【电动工具】 BMS 算法设计之 SOC 估算方法（上）

前言

对于 BMS 来讲，最核心的东西莫过于里面的电池保护设计以及 SOC 算法，衡量一个公司电池包产品的好坏莫过于他们对 SOC 的估算。那么接下来让我们看看目前有哪些 SOC 估算方法。

SOC 介绍

电池的 SOC（State of Charge）通常被定义为当前的容量 Q（t）和其标称容量的 Qn 比率，这也是表明电池中可以存储的最大的电量。公式如下：

SOC（t）＝Q（t）／Qn

图 1 电池 SOC 概念图

精确的 SOC 估算能够反映一些重要的信息，比如电池的性能、电池的剩余寿命等，这些信息最终都会导致对电池的功率和能量的有效管理和利用。此外，SOC 估算可以用来调节由于电池的过放和过冲而导致电池的寿命降低、爆炸或者起火，加速老化和电池电芯结构的永久性破坏。

图 2 锂电池自燃事故

因此，准确的SOC指示对于用户的便捷性和确保电池的效率、安全性和寿命非常重要。一个精确的SOC估算是我们对于消除热失控导致的失效和调节电芯均衡的基本考虑点。

SOC 估算方法介绍

各种估算电池 SOC 的试验方法，模型和算法已经被提出并且的到开发。，每种方法都有其各自的优缺点。目前典型的 SOC 估算方法可以分为三类：直接测量法、计数法和间接测量法。

直接测量法是通过直接检测电池的参数，根据电池特性获得电池电量状态，有开路电压法、终端电压法和阻抗法。

计数法是通过计量电池放出的电量来估算当前电池电量状况，有库伦计数法以及修正库伦计数法。

间接测量法主要有神经网络法，支持向量法，模糊逻辑法，卡尔曼滤波器法等。由于自适应系统可以处理电池系统的非线性，并且能够展现出很高的精度。

基本上现在市面上使用的 SOC 估算（包括汽车）都是以上两种或以上方式的结合，以获得更高的准确度。

其实对于客户来讲，由于要对 BMS 的成本进行控制，且对于电池包电量的计算不需要特别的精准（一般会类似充电宝一样，有四颗 LED 灯做电量显示），最常使用的 SOC 算法应该是直接使用开路电压法或开路电压 + 库仑计数法。

开路电压法（Open Circuit Voltage method- OCV）

电池开路电压指的是电池在静置状态下，正负电极之间的电位差。

电池在长时间静置的条件下，开路电压与SOC存在相对固定的函数关系，从而根据开路电压来估算SOC。

图 3 锰酸锂和磷酸铁锂的 OCV-SOC 曲线

开路电压法的基本原理是将电池充分静置，使电池端电压恢复至开路电压，静置时间一般在1小时以上。

OCV 通常是通过在特定环境温度和老化阶段的离线 OCV 测试下获取的。只要获得使用电池的 OCV-SOC 曲线，便能根据当前电池 OCV 来获得电池电量。

所以在产品上，我们可以将 OCV-SOC 曲线存储进 MCU，通过查表的方式，便可以实现 SOC 估算。

尽管 OCV 方法比较准确，但是它需要一段静置时间来估算SOC，因此很难在实际的应用中被直接使用（通常与其他算法融合使用）。

在下一篇中我们会再给大家介绍，开路电压以及库伦计数的结合使用。

参考文献：

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