電池監(jiān)視器如何影響SOC的準(zhǔn)確性

    電池監(jiān)控器/保護(hù)器是負(fù)責(zé)檢測電池電壓、電流和溫度的 IC。然后將這些測量值發(fā)送到電量計，電量計根據(jù)這些讀數(shù)估算電池的 SOC。
    由于電池監(jiān)測器（Battery Monitor，BM）是SOC估算過程的步，其測量精度不可避免地對終的SOC估算誤差產(chǎn)生影響。在嚴(yán)重依賴庫侖計數(shù)或簡單電池模型來估算 SOC 的傳統(tǒng) BMS 中，電池監(jiān)視器測量精度是 SOC 估算偏差的主要來源。這促使電池組設(shè)計人員尋求準(zhǔn)確的電池電壓測量能力。然而，使用的電量計算法改進(jìn) SOC 估計在提高 SOC 精度方面遠(yuǎn)比僅提高電池監(jiān)控器電壓測量精度更有效。
    此外，當(dāng)前電池組設(shè)計的趨勢正在轉(zhuǎn)向使用組合電池監(jiān)視器和保護(hù)器 (BMP) IC。BMP IC 利用了這樣一個事實(shí)：電池監(jiān)視器是距離電池近的元件，因此是個檢測潛在故障和危險的元件。這意味著BMP IC無需MCU干預(yù)即可觸發(fā)保護(hù)，使電池系統(tǒng)更加安全。
    盡管一些設(shè)計人員主要根據(jù)精度來選擇電池監(jiān)視器，但測量值和實(shí)際值之間的微小差異對系統(tǒng)幾乎不會造成危險。小偏差不會損壞電池，因?yàn)樗粫?yán)重到足以阻止保護(hù)被觸發(fā)。
    電池 監(jiān)視器和電量計的影響
    到目前為止，本文已經(jīng)描述了電量計方法和電池監(jiān)視器精度如何驅(qū)動 SOC 估算精度。然而，我們?nèi)匀恍枰u估不同的電量計方法和 BM 精度如何影響 SOC 精度。運(yùn)行了多個仿真，結(jié)合不同的電量計方法和 BM 精度，以確定它們對 SOC 誤差的貢獻(xiàn)。圖 2 和圖 3 顯示了這些場景的 SOC 誤差。
    圖 2 和圖 3 中的不同場景包括 10 個完整的充電/放電周期，中間有 15 分鐘的松弛和 50% 的初始 SOC。在所有場景中，BM 電流測量偏移均為 20 mA。一個理想的數(shù)學(xué)模型被用來化由于模型不準(zhǔn)確引起的誤差，這意味著電池數(shù)據(jù)是從所有電量計方法使用的同一模型生成的?？紤]了三種不同的電量計方法。
    庫侖計數(shù)，對進(jìn)出電池的電流進(jìn)行積分；請注意，電壓僅用于 SOC 初始化。
    庫侖計數(shù)加上基于開路電壓 (OCV) 的校正，它在充電/放電期間使用庫侖計數(shù)方法，并在松弛期間使用開路電壓關(guān)系進(jìn)行 SOC 校正。

    MPS 的混合方法，該方法考慮了測量和數(shù)學(xué)單元模型的不確定性，以實(shí)現(xiàn)庫侖計數(shù)的短期精度和數(shù)學(xué)單元模型提供的長期收斂性。

    圖 2顯示了鋰鎳錳鈷氧化物 (NMC) 化學(xué)電池的 SOC 誤差。
    圖 2 NMC 化學(xué)示例的 SOC 誤差顯示使用混合方法時誤差減少。資料來源：單片電源系統(tǒng)

    圖 3顯示了磷酸鐵鋰 (LFP) 化學(xué)電池的 SOC 誤差。請注意，由于 LFP 的 OCV 平坦，因此其化學(xué)成分對電壓測量的不準(zhǔn)確性更加敏感。

    圖 3 LFP 化學(xué)示例的 SOC 誤差顯示使用混合方法時誤差減少。資料來源：單片電源系統(tǒng)
    從圖 2 和圖 3 中可以得出以下結(jié)論：
    庫侖計數(shù)方法提供的結(jié)果差，因?yàn)橛捎谌狈Ψ答仯鼰o法從不準(zhǔn)確的初始 SOC 中恢復(fù)。此外，電流測量中的任何誤差都會導(dǎo)致 SOC 隨著時間的推移而漂移。
    庫侖計數(shù)加上基于 OCV 的校正方法有助于減少 SOC 隨時間的漂移，但也有一些缺點(diǎn)。首先，修正可能并不頻繁，因?yàn)樗鼈冎话l(fā)生在放松期間。其次，修正會導(dǎo)致 SOC 跳躍，從而產(chǎn)生系統(tǒng)級問題并對終用戶產(chǎn)生負(fù)面影響。OCV 模型和電池電壓測量中的任何錯誤都會極大地影響該方法。
    混合方法應(yīng)用小但連續(xù)的 SOC 校正，以確保 SOC 估計平滑并跟蹤真實(shí)的 SOC。這是通過使用高保真模型的電壓、電流和溫度測量來實(shí)現(xiàn)的。此外，該算法還根據(jù)當(dāng)前運(yùn)行條件對 SOC 進(jìn)行校正，并考慮模型/測量的誤差。這限制了對任何單個參數(shù)（例如電池電壓測量）非常高精度的需求。
    請務(wù)必注意，隨著時間的推移，電池模型參數(shù)（例如電阻和容量）會發(fā)生變化，這可能會影響 SOC 精度，即使在使用昂貴的高端電池監(jiān)視器的系統(tǒng)中也是如此。這就是為什么擁有一個準(zhǔn)確的電量計至關(guān)重要，該電量計可以通過從電池監(jiān)視器接收同步電壓和電流測量值來計算電池阻抗。先進(jìn)的電池監(jiān)控 IC 可實(shí)現(xiàn)同步測量。