一、前言
一般来说,业内可以将SOC的精度做到5%左右,如果想要让SOC精度进一步提升,这时需要提高电流采样的精度或者提高电流在0点的宽度(业内一般是判断电流小于一定的值,则说明电流为0),但这种提高电流采样的方法成本很高,然而一套BMS价格只在300-500元左右,所以就出现了SOC估算,下面开始介绍SOC的几种估算方法。
二、OCV-SOC
OCV(open circuit voltage):OCV是“开路电压”的缩写,首先等待电池电流恢复到零,搁置2H,此时电池的电压就是开路电压。(电池不接负载时两边的电压)
电压是相对一个参考源出来的概念,比如两端的压差,与参考源是地的压差等等
针对磷酸铁锂电池来说,磷酸铁锂的正极是磷酸铁锂,负极是石墨(碳),磷酸铁锂的电极电位是3.45V,C的电极电位是0.02-1.5V(C的电位会随着镶嵌Li的数量不断变化,从最开始的LiC36镶嵌第一个锂离子->LiC18->LiC12->LiC6充饱)。当SOC=0%时,负极电压=1.5V;镶嵌一个LI离子后,电压值突变到0.2V左右;SOC=22%时,负极电压=0.12V;SOC=68%时,负极电压=0.08V;SOC=100%时,负极电压=0.08V;
由上述的曲线我们可以得知,30%-98%这段曲线很平缓,同一个mv值对应着几个soc,但由于电压的采样精度限制,电压采样偏差是5mv,也就是10mv的偏差,那么我们的SOC估算就会存在50%左右的偏差,这种估算方法是不可行的。
但为什么又要提出ocv-soc估算方法了,原因有两个
第一个是三元锂电池的OCV-SOC曲线的范围特别大,所以适用这个开路电压法
第二个是磷酸铁锂电池 的OCV曲线中,(5%-8%)和(17%-23%)这两段曲线较陡,可以用来校准SOC,因为我们在安时积分的过程中会出现因为电流0值的不准导致SOC的偏差,长期以往就会出现SOC的偏差逐渐增大,但如果存在这种条件,电池没有工作,静止2h左右,此时我们可以采集电池电压,我们判断是否在上面两个区间中,如果是,此时可以校准SOC。
(5%-8%):由于此时的电池容量较少,当发现我们计算SOC和实际SOC偏差较大时,电池此时是空闲或者放电状态,我们都需要每隔1S降低一下SOC,每隔一秒降低一下,直到计算SOC和实际SOC相同。(如果等待放电状态采取校准SOC,很有可能电量不够)
(17%-23%):例如280AH的电池,以0.5C的电流放电,那么经过这段曲线,放电时间都可以由500多秒,因此当电池空闲状态时,完全可以不校准SOC,然后当电池为放电状态时,根据放电到截止电压的时间,在缓慢的去校准SOC,让放电曲线更加平滑。
三、IR
针对电池容量较大的电芯,电池内阻和SOC的曲线不单调,及一个内阻值对应几个SOC,所以不选取IR方式估算SOC
但针对容量小于20AH的电芯电池内阻和SOC,他们的曲线是单调的,因此可以选用IR方法来估算SOC。
四、安时积分法
也就是库仑计方法,我们直到一个初始的SOC值,然后可以测量充放电电流,然后已知时间,我们就可以通过积分的方法去计算SOC值,但是需要注意0端和末端SOC的特殊处理,如果出现过放和过充现象,需要把SOC分别置为0和100%。
五、SOC估算方法之(OCV-SOC+安时积分法)
此方法主要参考电动汽车用磷酸铁锂电池SOC估算方法这篇论文
- 总结:
- 开路电压的测量需要将电池静止相当长的一段时间才能达到平衡状态进行测量。
- 安时积分法存在初始SOC的估算和累积的误差。
- 所以上述两种方法都存在一定的缺陷,因此下面主要讲解两种方法混合估算SOC的方法。
OCV-SOC+安时积分法步骤:
第一步:获取在不同温度时OCV-SOC的曲线
第二步:上电校准SOC
实际采样OCV和关机时保存的电压差超过200mV,那么此OCV可用于上电修正SOC,否则使用之前掉电保存的SOC
第三步:安时积分法
充电时:
//单节最高电压小于3600mV时,进行正常SOC积分
//单节最高电压大于3600mV时,调整SOC积分斜率(目的是充到保护电压时正好SOC=100%)
放电时:
//单节最低电压大于2900mV时,进行正常SOC积分
//单节最低电压小于2900mV时,调整SOC积分斜率(目的是放空时正好SOC=0%)