BMS算法設(shè)計(jì)之SOC估算方法的介紹（二）

大家好！很高興又跟大家見面啦，本篇文章是【BMS 算法設(shè)計(jì)】系列文章的第二篇。本期主要介紹的是電池SOC 估算方法中的第一種方法——直接估算法。我們一起來學(xué)習(xí)吧！

事實(shí)上，各種估算電池SOC 的試驗(yàn)方法，模型和算法已經(jīng)被提出并且得到開發(fā)，每種方法都有他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)。下圖是SOC 估算方法的總結(jié)，也是本系列文章陸續(xù)要講到的算法（籃字為本期主要講解的方法）。

幾種典型的SOC估算方法：

在直接測量方法中，估算SOC 使用的是物理測量，比如電池的電壓和阻抗。最常用的直接測量方法是：開路電壓法、終端電壓法、阻抗法和波譜法。

開路電壓法（Open Circuit Voltage method－ OCV）

OCV 是電池在空載條件下的熱力學(xué)勢，與電池的SOC 呈現(xiàn)出非線性的關(guān)系。OCV 通常是通過在特定環(huán)境溫度和老化階段的離線OCV 測試下獲取的。盡管OCV 方法比較準(zhǔn)確，但是它需要一段靜置時(shí)間來估算SOC，因此很難在實(shí)際的應(yīng)用中被直接使用（通常與其他算法融合使用）。OCV 在等效電路模型中以理想型可變電壓源的形式出現(xiàn)，它的過電壓由等效電路中剩余的電阻和電容原件增加。還有就是，電池之間的OCV－SOC 曲線關(guān)系也不一樣，因此，SOC 估算算法直接使用這種變化的OCV－SOC 曲線數(shù)據(jù)可能會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不可接受的錯(cuò)誤的結(jié)果。傳統(tǒng)的OCV－SOC 曲線是通過在每個(gè)SOC 階段測量OCV 得到的，這種關(guān)系隨著電池容量的改變而不同，而且即使是有相同結(jié)構(gòu)和材料的電池，其結(jié)果也是不同的。但是，在每個(gè)SOC 上估計(jì)每個(gè)電池的OCV 來確定估算過程的有效性是一個(gè)十分耗時(shí)間的過程。

OCV 的遲滯性對(duì)SOC 的估算影響很大。遲滯性可以定義為OCV 充電和放電過程中的差異。因此，我們可以說，單純的OCV 信息并不能充分地決定SOC，我們也要把歷史的充放電數(shù)據(jù)考慮進(jìn)去。

更多地，不同類型的鋰離子電池電極其遲滯性也不同（以磷酸鐵鋰為活性物質(zhì)的電極存在滯后現(xiàn)象）。為了準(zhǔn)確地分析遲滯性對(duì)電池SOC 估算或者對(duì)等效電路參數(shù)的影響，應(yīng)根據(jù)電池SOC 值或者容量來測量遲滯性的影響。OCV－SOC 函數(shù)可以通過分析表達(dá)或者查表的方式來實(shí)現(xiàn)，其中，分析方法有很多的優(yōu)點(diǎn)，包括數(shù)據(jù)處理的效率。

終端電壓法（Terminal Voltage method）

可以說，僅僅有一些研究可以表明可以使用鋰離子電池的終端電壓法來決定其SOC。這個(gè)方法是基于當(dāng)電池由于內(nèi)阻放電時(shí)，終端電壓會(huì)下降，電動(dòng)勢與終端電壓相等的事實(shí)來估算的。

阻抗法（Impedence method）

為了使用阻抗法來計(jì)算SOC，我們必須要同時(shí)記錄不同激勵(lì)頻率下的電壓和電流，因?yàn)殡姵氐淖杩谷Q于頻率。原則包括注入一定頻率范圍的電流來找到阻抗。當(dāng)SOC 的值很高時(shí)阻抗的改變我們可以忽略不計(jì)，但是當(dāng)SOC 到達(dá)一定低SOC 水平的時(shí)候，阻抗會(huì)迅速上升。在眾多的方法中，EIS（Electrochemical Impedance Spectroscopy－ 電化學(xué)阻抗譜）被當(dāng)成是電池內(nèi)部復(fù)雜的電化學(xué)過程的重要信息來源。盡管很多估算SOC的方法都是基于EIS， 但是直接使用EIS的復(fù)雜程度很高。作為一種方法，阻抗模型是根據(jù)EIS數(shù)據(jù)建立起來的，EIS 數(shù)據(jù)以奈奎斯特圖的形式呈現(xiàn)，其中測量阻抗被繪制成實(shí)部和虛部。奈奎斯特圖阻抗譜分為三部分：低頻區(qū)、中頻區(qū)和高頻區(qū)。由于這種劃分簡化了參數(shù)的辨識(shí)，因此可以用基于ECM 模型的方法估算SOC。注：奈奎斯特圖是用圖解法表現(xiàn)系統(tǒng)頻率特性的方法，將頻率響應(yīng)通過其幅頻特性及相頻特性表示在極坐標(biāo)中的圖形，稱為幅相圖，或奈奎斯特（Nyquist）圖。以上就是本期對(duì)SOC 估算算法里的直接測量法的介紹，下期文章將繼續(xù)為大家介紹其他估算算法（計(jì)數(shù)法）。我們下期再見啦！為了防止有的小伙伴沒有看到第一篇文章，附上第一篇的原文鏈接：BMS算法設(shè)計(jì)之電池SOC介紹（一）如果有不同的看法歡迎掃描下方的二維碼關(guān)注本公眾號(hào)，我們期待著和大家一同交流。參考資料：知網(wǎng)、Energy期刊、相關(guān)書籍等

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