动力锂电池荷电状态SOC是电池管理系统BMS关键技术

来源：存能电气  日期：2019-10-30 15:53  浏览量：次

　　动力锂电池荷电状态SOC是电池管理系统BMS关键技术。准确的SOC估算是电池管理系统的关键技术之一。电池管理系统是电动汽车的核心部件之一，主要作用是对锂电池组进行安全监控及有效管理，以提高电池使用效率，延长电池使用寿命，降低运行成本，进一步提高电池组的可靠性。

　　动力锂电池荷电状态SOC是电池管理系统BMS关键技术

　　锂电池的荷电状态SOC描述了电池的剩余数量，是电池在使用过程中最重要的参数之一。准确估计SOC可以防止锂电池的过充电或者过放电，有效延长电池的使用寿命，并且在电动汽车的行驶中可以预知可续驶里程。

　　由于SOC荷电状态估算受温度、老化、充放电倍率、自放电等因素的影响，使得电池在实际应用中呈现为高度的非线性，导致SOC的精确估算十分困难。

　　一般而言电动汽车的锂电池管理系统要实现以下几个功能：①准确估测动力电池组的荷电状态，即电池剩余电量；②保证SOC维持在合理的范围内；③防止由于过充电或过放电对电池的损伤，从而随时预报混合动力汽车储能电池还剩多少能量或者储能电池的荷电状态。

　　锂电池组的SOC直接反映了电池组的剩余可用容量，是评估电池组当前性能的重要指标，同时也是估计电动汽车当前可续行里程的重要参数。

　　功率状态反映了电池组当前状态下所有能够输出的最大功率，这是由于在不同的放电深度，在保证电池组的寿命和安全性的前提下，电池所能够承受的充放电电流受到限制，虽然SOC的大小在一定程度上决定了电池组所能承受的最大充放电功率，但还不够全面，为了保证电动汽车的安全行驶，必须能够对电池组的功率状态进行评估并将结果传送到整车控制系统和充电控制系统以优化充放电过程。

　　锂电池的SOC荷电状态反映了锂电池组的安全性和容量衰减程度，主要描述参数有总容量的衰减，电池内阻的变化，系统的绝缘阻抗等，目前还没有统一的定义对其进行评估。

　　提高动力锂电池组使用性能的解决方案

　　(1)通过大量的锂电池充放电实验,在分析了现有锂离子电池模型的基础上,提出了一种改进的二阶RC等效电路模型,这种模型便于汽车级的嵌入式处理器进行在线计算。验证了模型可以较好的模拟锂电池的外在特性,良好的模型计算精度为后续进行锂电池状态估算奠定了基础。

　　(2)对电池荷电状态的定义进行了详细阐述,综合比较了目前较为常见的锂电池荷电状态估算理论,针对镍钴锰三元锂离子电池搭建了实验平台,并详细阐述了主流的卡尔曼滤波SOC估算方法,提出了基于改进迭代中心差分卡尔曼滤波的SOC估算算法及将此算法与开路电压法进行加权融合的新算法,通过实验证明新的加权融合算法具有更高的估算精度。

　　(3)针对动力电池的安全使用,研究了电池最大充放电的功率估算问题,并提出了基于改进双极化等效电路模型的电池最大估算方法,以便在实际应用中对电池的充放电功率进行必要的控制,一方面可以最大限度的发挥电池的效能,另外也能起到对电池组的保护。

　　(4)针对动力锂电池组的均衡问题,由于双层开关电容均衡法有着均衡速度快、控制简单的优点,但是常规的开关电容容易产生开关损耗和电磁干扰,针对这一问题,进行了实验验证,仿真和实验结果均验证了本文所提出的均衡控制方法的有效性,为动力锂离子电池组管理系统的整体设计提供了有效的依据和保证。

　　(5)在研究了锂离子动力电池组状态估算和均衡理论的基础上，动力电池组的故障诊断及保护策略,应用改进的层次分析法对电池管理系统采集的电池组状态信息进行了综合评价,评估电池组的系统可靠性风险,为故障诊断系统的保护策略提供了量化依据。

　　总之，无论是国内还是国外，对电动汽车电池管理系统的研究仍处于一个初级阶段，如何准确的估算动力锂电池的SOC数值以及有效地进行电池组的均衡控制是当前BMS系统的两个研究瓶颈。