BMS算法設(shè)計(jì)之SOC估算方法（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(lái)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(cè)量方法中，估算SOC 使用的是物理測(cè)量，比如電池的電壓和阻抗。最常用的直接測(cè)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(shì)，與電池的SOC 呈現(xiàn)出非線性的關(guān)系。OCV 通常是通過(guò)在特定環(huán)境溫度和老化階段的離線OCV 測(cè)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(lái)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(guò)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(guò)在每個(gè)SOC 階段測(cè)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(lái)確定估算過(guò)程的有效性是一個(gè)十分耗時(shí)間的過(guò)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(guò)程中的差異。因此，我們可以說(shuō)，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(lái)測(cè)量遲滯性的影響。OCV－SOC 函數(shù)可以通過(guò)分析表達(dá)或者查表的方式來(lái)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(shuō)，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(lái)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(shì)與終端電壓相等的事實(shí)來(lái)估算的。

阻抗法（Impedence method）

為了使用阻抗法來(lái)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(lái)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(guò)程的重要信息來(lái)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(lái)的，EIS 數(shù)據(jù)以奈奎斯特圖的形式呈現(xiàn)，其中測(cè)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(jiǎn)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(guò)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(cè)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(méi)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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