锂电池SOC研究综述
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ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１００９—８４７Ｘ．２０１８．１０．００７
锂电池 ＳＯＣ研究综述
刘 博 鑫 李 军
纯 电动汽 １ 址汽 车行业 的发展 方向 蕾 ｌ乜池 作 为 纯 电 动 汽 乍的 储 能 设 矫 ，具 有 电 爪 稳定 、供｝ Ｉｆ锘 等特点¨一 ¨前常川 的锂 电池 一 般 通 过 书联 蚪驳 的 方 式 肜 成 锉 电 ｛￥－￣ｔｔ以 满 足 也 动 汽 １ 离 【Ｕ 大 容 艟 使 Ｊｌ Ｊ要 求 ，存 使 川过 『｝１．… ｙ－ 体 电池性 能篪 蚌 、环境温 度 变化 、过 允放电 等Ｉ夫】素影 响 ，电池组 悱能
关键 词
Ｎ。… —盈
取决 于性能最 差 的单 体 电池 冈此 需要 对 电池组进 行有 效 的能量管理 。以提 高锉 ［乜池 使用效 率 ．延长 电池 组使 Ｈ】寿命 ，降低运 仃 成本 ，提高 电池组 可靠性 ，、ＳＯＣ估计 电池 管理 系统研究 的核心 干¨难点 ，准 确的 （： 汁值 可以作为 电池能擐钳州 的依据
（１】开 路 电 压 法 开 路 电压 测 试 ，，得 到锂 离子 电 池开 路
一
电压 与电池 ＳＯＣ的关系，电池的充 电ＯＣＶ—ＳＯ８ Ｃ ６ ４ ２ 曲 线 与 放 电 ＯＣＶ—ＳＯＣ曲 线 趋 势 基 本 相 同 。 在 ＳＯＣ的 中 间 区 间 （１０％＜ＳＯＣ＜９０％） 内 ， 电 池 的 ＯＣＶ变化极 小 ，电池 处于平 台区 ；而在 ＳＯＣ的 两 端 区 间 （ＳＯＣ＜１０％或 ＳＯＣ＞９０％）， ＯＣＶ的变 化 率较 大 Ｉ。锂 电池 的 ＳＯＣ与开 路 电压 ＯＣＶ的这一 稳定 的对 应关系 是开路 电压 法 的估 算 依 据 。尤其 是 在 充 电的 初 期 和 末 期 ，锂 电池 的 ＳＯＣ与开路 电压 ＯＣＶ具有 良好 的线性 可以获得 比较 精确 的锂电池 ＳＯＣ估 算 值 。但 当锂 电池 ＳＯＣ处 于 平 台 区时 ， 由于 ＯＣＶ—ＳＯＣ曲线线性较 差 ，会造成 ＳＯＣ估计不 准 确 。 同 时 ，使 用 该 算 法有 一个 显 著 的缺 点 ， 即 要 在 电 压 稳 定 的 前 提 下 进 行 测 量 ，所
对 镡 电 池 的 ＳＯＣ的 ｆ＾钎：需 要 缱 ｌＵ池 的 等 效 模 型 ， 本 文 允 时 常 川 的 电 池 傲
进 行 总 结 于 中Ｈ Ｊ、 的 电 池 效 愤 ，Ｉ ， 匹 配 与之 卡Ｈ迂 』、 的 算 法 能 进 ，彳 ＩＵ池 ｓ（）（ 的准确 估订一 常 的镡 电池 ＳＯＣ估箅 荫：浊 订 安 时 积 分 法 、ＪＦ路 电 发 、神 经 网络 法 、 ｋ 尔 曼滤 波 法 等 本 文 埘 已经 提 … 的 镡 电 池 ＳＯＣ算法 进行 总结 ，分析 各算法 的优 劣 ，捉 卅锂 电池 ＳＯＣ 算算法 的研究 方向
ＳＯＣ估 算方 法研 究
美 国先进 电池 联 合会 （Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ａｄ— ｖａｎｃｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ，ＵＳＡＢＣ）将 ＳＯＣ定 义为在 特定放 电倍 率条件 下 ，电池剩余 电量 占相同条件下额定 容量百分 比 ：
ＳＯＣ＝ＱｃｆＱ 式 中 Ｑ ：为电池剩 余 的电量 ，Ｑ 为 以电流 Ｉ放 电 时 所 具 有 的 容 量 。 电 池 完 全 充 电 时 ， ＳＯＣ＝Ｉ；电池 完全 放 电时 ，ＳＯＣ＝０。电 池放
电 路 等 效 建 模 用 米 Ⅲ 究 咀 池 的 端 ｆＵ ， 宽 、放 电 电流 ． １＿作 温 发 等 外特 性 的 父 系 ，能 很 好 地 丧 ｆＩＦ电 池 静 态 特 性 及 动 忿 特 性 代表模 ｒｒｈｅｖｅｒｌｉｎ模 Ｆ贞 ｌ所，ｊ
其 中 ． 慰 电压 源 ０ＣＶ表示 电 池 的 Ｊｆ：路 电 ； 电 阻 Ｒ 为 电池 的 欧 蝌 内 阻 ；电 Ｒ。．为 电 池 的 擞 化 内 阻 ； 电 容 Ｃ为 Ｒ．．的 并 联 ｝乜奔 ： Ｉ】为 电 池 的 负载 电 流 ； Ｉ。．为 ｆＵ池 的 做 化 Ｉ 缸； Ｖ。为 电 池 的 端 电 、依 扔 等 效 模 以 ｝Ｕ池 ＳＯＣ 和 ｝歧化 Ｉ乜』 Ｖ ．为 状 态 变 ｝ 端 咀 流 为 输 入 变 付 、端 电 Ｖ．为 输 … 变 ． 依
锂 电池模 型研 究
常 用的 电池建模 方法 大致有 种 ：卡｝！批 电池 内部 的化学 机理建模 、实验 建模 、ｌ乜路 等效模 、
电化学分 析法 是『ｆｊ电化学 的理 论 埘【Ｕ池 进行 分析 ，分析 电池 内部的 化学 成分 化 反应 过程 巾的作用 和分 析 ｆ 作时 电池 ｆＥ￣７＂１乏 应 的 过 程 从 理 论 上 ， 电 化 学 建 立 的 摸 应 该是 最 准确 的 代 表模 ＳｈｅｐＩｌｅｒｃｌ使 ， ． Ｕｎｎｅｗｅｌｕ’模 型 ，Ｎｅｒｎｓｔ模 型 ， 以 及 堪 丁 种 模 型 的 联 合模 ，
４４ 汽 车工业研究 ·月刊 ２０１８年第 １Ｏ期
电电 流的大 小 ，会直 接影 响到电池 的实 际容 量 。放 电电流越 大 ，电池 容量 相应 减小 。这 表 明 电池 在 不 同 Ｔ 况 下 Ｑ 会 发生 变 化 。 因 此 ，人们在实 际ｌＴ程 中一般 用电池标 称容 量 Ｑ 来代 替不 同放 电倍率 下的额定 容量 Ｑ．。以 此为基 础展开锂 电池 ＳＯＣ的估 算 。常用 的锂 电池 ＳＯＣ估算 方法有 开路 电压法 、安 时积分 法 、神经 网络法 、卡尔曼滤波法 。
汽 车 工 业 研 究 ·月 刊 ２０１８年 第 １０期 ４３
■墨 Ｎ ｗ
尔 霍夫 定律得 到 Ｔｈｅｖｅｎｉｎ等 效 电路 电池 模 型 的状态方程 和输 出方程 。
实 验建模 是 以实验数 据为依 据 ，基本不 考 虑电池 的化学 反应 ，用 电学 模型来 模拟 电 池 的工作 。电学模 型不 可能完 全准确 的模拟 电池 系统 ，因此这 种方 法建立 的模 型是 电池 的 一 种近 似 表示 。代 表模 型 ＢＰ神经 网络模 型 ，是 目前 理论 最 完 备 ，应 用 最 广 泛 的模 型 。 南输 入层 、隐 含层 、输 出层组 成 ，输 入 为 电 流 １、锂 电池 ＳＯＣ和 温 度 Ｔ，输 出为 电 压 和功率 Ｐ，隐含层 使用 Ｓ型神经元 ，输 出层使 用 线性神 经元 。如 果隐含层包 含 足够多 的神 经 元 ，整个神 经网络 可以逼 近任何 具有 有限 断 电 的 电 池 外 特 性 。
锂电池 ＳＯＣ研究综述
刘 博 鑫 李 军
纯 电动汽 １ 址汽 车行业 的发展 方向 蕾 ｌ乜池 作 为 纯 电 动 汽 乍的 储 能 设 矫 ，具 有 电 爪 稳定 、供｝ Ｉｆ锘 等特点¨一 ¨前常川 的锂 电池 一 般 通 过 书联 蚪驳 的 方 式 肜 成 锉 电 ｛￥－￣ｔｔ以 满 足 也 动 汽 １ 离 【Ｕ 大 容 艟 使 Ｊｌ Ｊ要 求 ，存 使 川过 『｝１．… ｙ－ 体 电池性 能篪 蚌 、环境温 度 变化 、过 允放电 等Ｉ夫】素影 响 ，电池组 悱能
关键 词
Ｎ。… —盈
取决 于性能最 差 的单 体 电池 冈此 需要 对 电池组进 行有 效 的能量管理 。以提 高锉 ［乜池 使用效 率 ．延长 电池 组使 Ｈ】寿命 ，降低运 仃 成本 ，提高 电池组 可靠性 ，、ＳＯＣ估计 电池 管理 系统研究 的核心 干¨难点 ，准 确的 （： 汁值 可以作为 电池能擐钳州 的依据
（１】开 路 电 压 法 开 路 电压 测 试 ，，得 到锂 离子 电 池开 路
一
电压 与电池 ＳＯＣ的关系，电池的充 电ＯＣＶ—ＳＯ８ Ｃ ６ ４ ２ 曲 线 与 放 电 ＯＣＶ—ＳＯＣ曲 线 趋 势 基 本 相 同 。 在 ＳＯＣ的 中 间 区 间 （１０％＜ＳＯＣ＜９０％） 内 ， 电 池 的 ＯＣＶ变化极 小 ，电池 处于平 台区 ；而在 ＳＯＣ的 两 端 区 间 （ＳＯＣ＜１０％或 ＳＯＣ＞９０％）， ＯＣＶ的变 化 率较 大 Ｉ。锂 电池 的 ＳＯＣ与开 路 电压 ＯＣＶ的这一 稳定 的对 应关系 是开路 电压 法 的估 算 依 据 。尤其 是 在 充 电的 初 期 和 末 期 ，锂 电池 的 ＳＯＣ与开路 电压 ＯＣＶ具有 良好 的线性 可以获得 比较 精确 的锂电池 ＳＯＣ估 算 值 。但 当锂 电池 ＳＯＣ处 于 平 台 区时 ， 由于 ＯＣＶ—ＳＯＣ曲线线性较 差 ，会造成 ＳＯＣ估计不 准 确 。 同 时 ，使 用 该 算 法有 一个 显 著 的缺 点 ， 即 要 在 电 压 稳 定 的 前 提 下 进 行 测 量 ，所
对 镡 电 池 的 ＳＯＣ的 ｆ＾钎：需 要 缱 ｌＵ池 的 等 效 模 型 ， 本 文 允 时 常 川 的 电 池 傲
进 行 总 结 于 中Ｈ Ｊ、 的 电 池 效 愤 ，Ｉ ， 匹 配 与之 卡Ｈ迂 』、 的 算 法 能 进 ，彳 ＩＵ池 ｓ（）（ 的准确 估订一 常 的镡 电池 ＳＯＣ估箅 荫：浊 订 安 时 积 分 法 、ＪＦ路 电 发 、神 经 网络 法 、 ｋ 尔 曼滤 波 法 等 本 文 埘 已经 提 … 的 镡 电 池 ＳＯＣ算法 进行 总结 ，分析 各算法 的优 劣 ，捉 卅锂 电池 ＳＯＣ 算算法 的研究 方向
ＳＯＣ估 算方 法研 究
美 国先进 电池 联 合会 （Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ａｄ— ｖａｎｃｅｄ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｃｏｎｓｏｒｔｉｕｍ，ＵＳＡＢＣ）将 ＳＯＣ定 义为在 特定放 电倍 率条件 下 ，电池剩余 电量 占相同条件下额定 容量百分 比 ：
ＳＯＣ＝ＱｃｆＱ 式 中 Ｑ ：为电池剩 余 的电量 ，Ｑ 为 以电流 Ｉ放 电 时 所 具 有 的 容 量 。 电 池 完 全 充 电 时 ， ＳＯＣ＝Ｉ；电池 完全 放 电时 ，ＳＯＣ＝０。电 池放
电 路 等 效 建 模 用 米 Ⅲ 究 咀 池 的 端 ｆＵ ， 宽 、放 电 电流 ． １＿作 温 发 等 外特 性 的 父 系 ，能 很 好 地 丧 ｆＩＦ电 池 静 态 特 性 及 动 忿 特 性 代表模 ｒｒｈｅｖｅｒｌｉｎ模 Ｆ贞 ｌ所，ｊ
其 中 ． 慰 电压 源 ０ＣＶ表示 电 池 的 Ｊｆ：路 电 ； 电 阻 Ｒ 为 电池 的 欧 蝌 内 阻 ；电 Ｒ。．为 电 池 的 擞 化 内 阻 ； 电 容 Ｃ为 Ｒ．．的 并 联 ｝乜奔 ： Ｉ】为 电 池 的 负载 电 流 ； Ｉ。．为 ｆＵ池 的 做 化 Ｉ 缸； Ｖ。为 电 池 的 端 电 、依 扔 等 效 模 以 ｝Ｕ池 ＳＯＣ 和 ｝歧化 Ｉ乜』 Ｖ ．为 状 态 变 ｝ 端 咀 流 为 输 入 变 付 、端 电 Ｖ．为 输 … 变 ． 依
锂 电池模 型研 究
常 用的 电池建模 方法 大致有 种 ：卡｝！批 电池 内部 的化学 机理建模 、实验 建模 、ｌ乜路 等效模 、
电化学分 析法 是『ｆｊ电化学 的理 论 埘【Ｕ池 进行 分析 ，分析 电池 内部的 化学 成分 化 反应 过程 巾的作用 和分 析 ｆ 作时 电池 ｆＥ￣７＂１乏 应 的 过 程 从 理 论 上 ， 电 化 学 建 立 的 摸 应 该是 最 准确 的 代 表模 ＳｈｅｐＩｌｅｒｃｌ使 ， ． Ｕｎｎｅｗｅｌｕ’模 型 ，Ｎｅｒｎｓｔ模 型 ， 以 及 堪 丁 种 模 型 的 联 合模 ，
４４ 汽 车工业研究 ·月刊 ２０１８年第 １Ｏ期
电电 流的大 小 ，会直 接影 响到电池 的实 际容 量 。放 电电流越 大 ，电池 容量 相应 减小 。这 表 明 电池 在 不 同 Ｔ 况 下 Ｑ 会 发生 变 化 。 因 此 ，人们在实 际ｌＴ程 中一般 用电池标 称容 量 Ｑ 来代 替不 同放 电倍率 下的额定 容量 Ｑ．。以 此为基 础展开锂 电池 ＳＯＣ的估 算 。常用 的锂 电池 ＳＯＣ估算 方法有 开路 电压法 、安 时积分 法 、神经 网络法 、卡尔曼滤波法 。
汽 车 工 业 研 究 ·月 刊 ２０１８年 第 １０期 ４３
■墨 Ｎ ｗ
尔 霍夫 定律得 到 Ｔｈｅｖｅｎｉｎ等 效 电路 电池 模 型 的状态方程 和输 出方程 。
实 验建模 是 以实验数 据为依 据 ，基本不 考 虑电池 的化学 反应 ，用 电学 模型来 模拟 电 池 的工作 。电学模 型不 可能完 全准确 的模拟 电池 系统 ，因此这 种方 法建立 的模 型是 电池 的 一 种近 似 表示 。代 表模 型 ＢＰ神经 网络模 型 ，是 目前 理论 最 完 备 ，应 用 最 广 泛 的模 型 。 南输 入层 、隐 含层 、输 出层组 成 ，输 入 为 电 流 １、锂 电池 ＳＯＣ和 温 度 Ｔ，输 出为 电 压 和功率 Ｐ，隐含层 使用 Ｓ型神经元 ，输 出层使 用 线性神 经元 。如 果隐含层包 含 足够多 的神 经 元 ，整个神 经网络 可以逼 近任何 具有 有限 断 电 的 电 池 外 特 性 。
