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不同温度下动力电池管理系统SOC估算特性

【不同温度下动力电池管理系统SOC估算特性】_本文原始标题：不同温度下动力电池管理系统SOC估算特性
来源|电动学堂
1SOC估算方法
动力BMS常见的SOC估算方法有安时积分法、放电实验法、开路电压法和内阻法等 ， 下面对本文涉及的安时积分法和放电实验法进行简单的介绍 。
1.1安时积分法
安时积分法是由日本的CHUGOKUElectricPowerCo.Inc的TechnicalResearchCenter提出 ， 是目前最常用的SOC估算方法 ， 其原理是在已知电池的初始值（SOC0）的前提下 ， 通过计算电流对充放电时间的积分 ， 得出变化电流的百分比ΔSOC ， 最终算出初始SOC0和变化ΔSOC之差 ， 即为剩余电量SOC ， 其计算公式为：
不同温度下动力电池管理系统SOC估算特性
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式（2）中：CN———动力电池额定容量；I———t时刻流经电池的电流；η———充放电效率 。
1.2放电实验法
放电实验法常应用在实验室内 ， 是最简单、直接的SOC估算方法 ， 适用于所有的电池 。 其主要原理是：电池以恒定电流进行放电 ， 放电电流与时间的乘积作为电池的剩余电量Q剩余 ， 而剩余电量占额定电量Q额定的百分比即为电池的SOC ， 其公式为：
不同温度下动力电池管理系统SOC估算特性
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式（3）中：I———放电电流；t———恒流放电所用的时间 。
2试验方案
2.1试验对象
本文研究的对象是2套某磷酸铁锂动力电池系统（编号分别为1#、2#） ， 额定电压为318V ， 额定容量为82Ah（25℃ ， 1C） 。 BMS的设计商为安徽贵博新能源科技有限公司 ， 版本号为S51EV_CANLIST-UPPER；充放电设备的制造商为深圳市瑞能实业股份有限公司 ， 型号为RCDS-750V400A；温度箱的制造商为广州五所环境仪器设备有限公司 ， 型号为CW12670W2A 。
2.2试验步骤
本试验方案的步骤参考标准QC/T897-2011《电动汽车用电池管理系统技术条件》 。 选择高温（45℃）、常温（25℃）和低温（0℃）3个温度点进行测试 。 提供模拟输入放电回路闭合所需的12V供电电源 ， 上位机向动力电池系统发送行驶模拟命令 ， 放电回路接触器闭合 。 以下以45℃的试验方案为例进行介绍 。
2.2.1可用容量测试
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a）以8.2A（0.1C）恒流充电 ， 充电至最大单体电压≥4.25V截止；
b）静置大于30min ， 且电池组系统检测的温度为（45±2）℃；
c）45℃可用容量测试放电按照表1中的条件进行 ， 即：0℃以电流87A、25℃以电流97A放电至240V截止；
d）静置大于30min ， 且电池组系统检测的温度为（45±2）℃ ， 记录放电过程总的放电量Q01；
e）重复b）~e） ， 放电量分别为Q02、Q03 ， 3次放电量的算术平均值为Q0 。
如果Q01、Q02和Q03与Q0的偏差均小于2% ， 则Q0为电池组系统的可用容量 。 否则继续a）~e）试验步骤 ， 直到满足小于2%的条件为止 。
2.2.2SOC≥80%
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a）以可用容量测试时所采用的充电规范将电池组系统充电至满电状态：以8.2A（0.1C）恒流充电 ， 充电至最大单体电压≥4.25V截止；
b）静置大于30min ， 且电池组系统检测的温度为（45±2）℃；
c）以1Q0A放电10min；
d）静置10min；
e）采用充放电工况（方法如图1所示） ， 进行10个循环测试；
f）静置10min；
g）以Q0/3A充电20min；
h）以Q0/6A充电10min；i）静置10min；
j）记录BMS上报的SOC值为其估算值；
k）以可用容量测试时所采用的充电规范将电池组系统充电至满电状态 ， 记录充电量Q1；
l）SOC真值按（Q0-Q1）/Q0计 。
2.2.330%＜SOC＜80%
a）以可用容量测试时所采用的充电规范将电池组系统充电至满电状态；
b）静置大于30min ， 且电池组系统检测的温度为（45±2）℃；
c）以1Q0A放电20min；
d）静置15min；
e）采用充放电工况 ， 进行10个循环测试；
f）静置10min；
g）记录电池管理系统上报SOC值为其估算值；
h）以可用容量测试时所采取的放电规范将电池组系统放电 ， 记录放电电量Q2；
i）SOC真值按Q2/Q0计 。
2.2.4SOC≤30%
a）以可用容量测试时所采用的充电规范将电池组系统充电至满电状态；
b）静置大于30min ， 且电池组系统检测的温度为（45±2）℃；
c）以1Q0A放电40min；d）静置20min；
e）采用充放电工况 ， 进行10个循环测试；
f）静置10min；
g）记录BMS上报SOC值为其估算值；
h）以可用容量测试时所采取的放电规范将电池组系统放电 ， 记录放电电量Q3；
i）SOC真值按Q3/Q0计 。
3结果分析
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通过对试验数据进行处理、分析 ， 得到不同温度下动力电池SOC估算结果和误差如图2和表2所示 。 在25、0、45℃温度环境下 ， 两个样品的估算误差均未超过5%（标准QC/T897-2011中对SOC估算误差要求是不大于10%） ， 说明该款BMS的SOC估算整体效果较好 。
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1#、2#电池的SOC估算最大误差均在0℃、SOC≤30%的条件下 ， 在0℃、SOC≥80%的条件下误差也较高 ， 但在0℃、30%＜SOC＜80%的条件下误差较小 ， 其他温度、SOC的条件下SOC估算误差的整体波动较小 ， 即SOC的估算误差在低温时波动、误差相对较大 ， 说明SOC估算误差受温度影响 。
对比1#、2#电池每个温度条件下的SOC估算误差发现 ， 在SOC≤30%的条件下其误差均是最大 ， 在常温和高温时剩余电量越高 ， SOC估算误差越低 ， 精度越好 ， 说明SOC估算误差受电池当前所剩电量的影响 。
4结束语
本文主要针对高温、低温和常温下动力电池系统的SOC估算误差进行了试验方案设计 ， 通过对试验数据进行分析 ， 得出了以下几点结论 ， 可为动力电池系统SOC估算方法的改进提供指导：
1）SOC估算误差受温度影响 ， 低温时误差较大 ， 高温下和常温误差变化不明显；
2）SOC估算误差受电池当前所剩电量的影响 ， 剩余电量越低 ， 误差越大；
3）温度越低、剩余电量越少时SOC估算误差越大 。


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