動力鋰電池荷電狀態SOC是電池管理系統BMS關鍵技術

來源：存能電氣  日期：2019-10-30 15:53  瀏覽量：次

　　動力鋰電池荷電狀態SOC是電池管理系統BMS關鍵技術。準確的SOC估算是電池管理系統的關鍵技術之一。電池管理系統是電動汽車的核心部件之一，主要作用是對鋰電池組進行安全監控及有效管理，以提高電池使用效率，延長電池使用壽命，降低運行成本，進一步提高電池組的可靠性。

　　動力鋰電池荷電狀態SOC是電池管理系統BMS關鍵技術

　　鋰電池的荷電狀態SOC描述了電池的剩余數量，是電池在使用過程中最重要的參數之一。準確估計SOC可以防止鋰電池的過充電或者過放電，有效延長電池的使用壽命，并且在電動汽車的行駛中可以預知可續駛里程。

　　由于SOC荷電狀態估算受溫度、老化、充放電倍率、自放電等因素的影響，使得電池在實際應用中呈現為高度的非線性，導致SOC的精確估算十分困難。

　　一般而言電動汽車的鋰電池管理系統要實現以下幾個功能：①準確估測動力電池組的荷電狀態，即電池剩余電量；②保證SOC維持在合理的范圍內；③防止由于過充電或過放電對電池的損傷，從而隨時預報混合動力汽車儲能電池還剩多少能量或者儲能電池的荷電狀態。

　　鋰電池組的SOC直接反映了電池組的剩余可用容量，是評估電池組當前性能的重要指標，同時也是估計電動汽車當前可續行里程的重要參數。

　　功率狀態反映了電池組當前狀態下所有能夠輸出的最大功率，這是由于在不同的放電深度，在保證電池組的壽命和安全性的前提下，電池所能夠承受的充放電電流受到限制，雖然SOC的大小在一定程度上決定了電池組所能承受的最大充放電功率，但還不夠全面，為了保證電動汽車的安全行駛，必須能夠對電池組的功率狀態進行評估并將結果傳送到整車控制系統和充電控制系統以優化充放電過程。

　　鋰電池的SOC荷電狀態反映了鋰電池組的安全性和容量衰減程度，主要描述參數有總容量的衰減，電池內阻的變化，系統的絕緣阻抗等，目前還沒有統一的定義對其進行評估。

　　提高動力鋰電池組使用性能的解決方案

　　(1)通過大量的鋰電池充放電實驗,在分析了現有鋰離子電池模型的基礎上,提出了一種改進的二階RC等效電路模型,這種模型便于汽車級的嵌入式處理器進行在線計算。驗證了模型可以較好的模擬鋰電池的外在特性,良好的模型計算精度為后續進行鋰電池狀態估算奠定了基礎。

　　(2)對電池荷電狀態的定義進行了詳細闡述,綜合比較了目前較為常見的鋰電池荷電狀態估算理論,針對鎳鈷錳三元鋰離子電池搭建了實驗平臺,并詳細闡述了主流的卡爾曼濾波SOC估算方法,提出了基于改進迭代中心差分卡爾曼濾波的SOC估算算法及將此算法與開路電壓法進行加權融合的新算法,通過實驗證明新的加權融合算法具有更高的估算精度。

　　(3)針對動力電池的安全使用,研究了電池最大充放電的功率估算問題,并提出了基于改進雙極化等效電路模型的電池最大估算方法,以便在實際應用中對電池的充放電功率進行必要的控制,一方面可以最大限度的發揮電池的效能,另外也能起到對電池組的保護。

　　(4)針對動力鋰電池組的均衡問題,由于雙層開關電容均衡法有著均衡速度快、控制簡單的優點,但是常規的開關電容容易產生開關損耗和電磁干擾,針對這一問題,進行了實驗驗證,仿真和實驗結果均驗證了本文所提出的均衡控制方法的有效性,為動力鋰離子電池組管理系統的整體設計提供了有效的依據和保證。

　　(5)在研究了鋰離子動力電池組狀態估算和均衡理論的基礎上，動力電池組的故障診斷及保護策略,應用改進的層次分析法對電池管理系統采集的電池組狀態信息進行了綜合評價,評估電池組的系統可靠性風險,為故障診斷系統的保護策略提供了量化依據。

　　總之，無論是國內還是國外，對電動汽車電池管理系統的研究仍處于一個初級階段，如何準確的估算動力鋰電池的SOC數值以及有效地進行電池組的均衡控制是當前BMS系統的兩個研究瓶頸。