代码收藏家技术教程 2023-02-15

《基于开路电压的安时积分法估算锂电池SOC：研究方法与分析》

SOC对于电池的寿命以及使用效率是至关重要的，对于锂电池的SOC估算，有很多种，开路电压、安时积分、卡尔曼滤波、神经网络等方法。卡尔曼滤波、神经网络训练这两种方法目前只是处于理论阶段，对于开发人员开发难度大。安时积分法、开路电压法这两种开发难度较小，是行业内普遍的两种SOC估算方法。

但是安时积分法、开路电压法这两种方法弊端也很明显。安时积分法即采用AH累积的方法，对动态的锂电池进行实时的SOC估算，这就对系统电流采集的精度要求非常高，如果误差大，AH累积的容量那必将跟实际容量误差大，导致SOC误差大。同时该方法对SOC初始值依赖非常高，每次充放电都必须充满至100%或者放完至0%，否则随着时间的推移，SOC的偏差会越来越大。开路电压校准法需要电池完全静置的情况下去测量电池的输出电压，再根据OCV-SOC曲线进行校准。当电池的静置时间不够，同样造成SOC偏差大，并且开路电压法只能在电池处于静置的情况下才能使用，电池处于动态则无法使用，因为不同倍率的充放电，锂电池的动态电压变化都不一样，所以该方法存在一定的局限性。

基于安时积分法、开路电压法这两种的弊端，在这里给大家介绍一种方法，即开路电压法+安时积分法两种结合使用。使用开路电压法在电池静置时计算SOC的初始值，安时积分法计算电池动态的SOC值。

1、SOC-OCV关系

笔者在这里使用的是国轩的额定容量为52Ah、标定电压3.2v，充放电电压范围在2.0v~3.65v磷酸铁锂电池做试验。

室温内测试，忽略温度对电池的影响。单体电池以1C的电流放电电压至2.0v，静置30min，再以1C的电流充电至电压3.65v时转恒压充电，至充电电流降为2.6A时停止充电，充电后静置30min。然后再以1C的电流放电，每放5%容量，静置1h，然后记录静置后的电压数据，重复10次。数据如下：(如果量大，可以让电池供应商提供SOC-OCV曲线)

DOD/%	0%	5%	10%	15%	20%	25%	30%	35%	40%	45%	50%	55%
电压/V	3.375	3.329	3.328	3.328	3.328	3.328	3.327	3.324	3.310	3.294	3.290	3.289
DOD/%	60%	65%	70%	75%	80%	85%	90%	95%	100%
电压/V	3.288	3.288	3.284	3.272	3.253	3.230	3.210	3.180	2.928

在SOH为1的情况下，将DOD/%可当作SOC，SOC-OCV曲线图如下：

通过上图可以看出，锂电池的SOC-OCV的线性关系并不是很好，在SOC100%到95%之间，电池OCV跳变很大，SOC在95%~65%之间，OCV变化很小，趋于平滑，SOC65%以下电池OCV开始有明显变化，特别是5%时，跳变试变化。为此，考虑到是以5%为间隔记录数据，笔者采用分段线性法，相邻两点之间做线性关系，计算出K、B两个参数，再通过二分法查表，查出当前静置电池的OCV电压在那条线上，再代入相对应的函数，计算出当前SOC初始值。代码实现如下：

if((uMidIndex != 0) || (uMidIndex != (tCELL_OVC_TABLE_LEN - 1)))
{
    if(uOcvValue > tCELL_OVC[uMidIndex])
	{
        uMidIndex -= 1;
		ufSolpe = 500/(tCELL_OVC[uMidIndex] - tCELL_OVC[uMidIndex + 1]);
        uCellSoc = 	(10000 -(uMidIndex*500)) - (ufSolpe*(tCELL_OVC[uMidIndex] -uOcvValue));
        return uCellSoc; 
    }
    else
    {
        ufSolpe = 500/(tCELL_OVC[uMidIndex] - tCELL_OVC[uMidIndex + 1]);
        uCellSoc = 	(10000 -(uMidIndex*500)) - (ufSolpe*(tCELL_OVC[uMidIndex] -uOcvValue));
        return uCellSoc; 
    }
}

通过上述的方法进行测试验证，发现当电池充至SOC100%，静置1h后，SOC直接跳变为75.3%，放电SOC至0%后，静置1h，发现SOC直接跳变为4.8%左右，查看锂电池资料发现，静置时，锂电池的电压在2.9~3.0v之间，电池的电接近放完，电压在3.3~3.4V之间，电池满电。结合SOC-OCV曲线，我做了几点条件，需满足这些条件才SOC可以进行开路电压的校准，否则SOC不进行校准，继续保持当前值。

1、0%<SOC<100%

2、开路电压<3.3V

3、需静置1h

#define SOC_OCV_Adjust_TIEME 7200 		//50*12*60静置60min 等电池电压稳定
uTimes ++ ;
if((uTimes >= SOC_OCV_Adjust_TIEME) &&
 (tRealData.uCellVol < 10000)&& (tRealData.uCellVol!= 0))
  {
       if(tRealData.uCellVol <= 3324) //单体电压在3.3V之内不修正
		{
            tRealData.uCellSoc = Search_OCV_Table(tRealData.uCellVol);
        }
        else
        {
            tRealData.uCellSoc = tRealData.uCellSoc;
        }
  }
else
{
     tRealData.uCellSoc = tRealData.uCellSoc;
}

下一节介绍怎么将开路电压校准结合安时积分法估算SOC。