电动汽车动力电池SOC估算方法研究结题

环球市场/理论探讨-80-电动汽车动力电池剩余电量估算研究黄 蕾国网江西省电力公司南昌供电分公司摘要：SOC 是电池内剩余电荷的可用状态，能够准确估算出电池电池剩余电量是进行动力电池均衡控制的基础，是电动汽车电池管理系统中的关键技术，电池SOC 的估计受很多外界因素的影响，因此很难非常精确的估算出电池SOC。

本文对动力电池模型，SOC 估算方法进行了研究，分析了各种估算方法的原理、优缺点及目前实际应用的情况等。

关键词：均衡控制；剩余电量；SOC 估计前言为了解决全球性的石油资源紧缺与气候环境不断恶化的问题，电动汽车以其独特的节能环保优势成为未来交通工具的首选。

而动力电池作为电动汽车的关键技术，对荷电状态(stateofcharge，SOC)进行准确的估计和监测，从安全性和电池使用效率来看都至关重要。

1、SOC 影响因素分析1.1充放电率不同的充放电率，电池放出或者充入的电量是有差异的，电池放电率增加，电池可用容量下降；而充电率增加，可用容量上升。

1.2温度电池内部化学物质的活性随温度的变化而变化，同时，温度降低会导致电池内阻增加；而温度过高会减少电池内部的化学物质，从而导致丧失电池部分容量。

1.3自放电率电池由于其内部的化学反应而普遍存在着自放电的情况。

该现象会导致电池损失部分容量，自放电率越高，损失的容量越严重。

1.4老化程度电池随充放电次数的增加，其内部的化学物质反应也越来越充分，在相同条件下，电池的总容量迅速增加。

当电池达到一定的充放电次数，电池的可用容量便会出现下降。

当电池充放电次数达到其循环寿命时，电池的可用容量开始迅速降低。

2、SOC 估算方法2.1放电实验法放电实验法是最可靠的SOC 估算方法，其原理为，采用恒定电流进行连续放电，放电电流与时间的乘积即为剩余电量。

但它存在两个显著缺点，首先，实现整个过程需要大量时间；其次，电池进行的工作必须要中断，不适合行驶中的电动汽车，不能在线对SOC 进行测量。

4.1.2现有SOP估算方法 (29)4.2基于二阶等效电路模型的多参数限制SOP估算 (30)4.3动力电池组充放电策略 (34)4.4电池组均衡充电 (35)4.4.1电池单体不一致性影响 (35)4.4.2被动均衡 (36)4.5本章小结 (37)第五章电池组状态估算仿真实验 (38)5.1仿真环境 (38)5.2电池组状态估算仿真模型 (39)5.3仿真结果与分析 (42)5.3.1基于PID闭环修正的SOC估算算法测试 (44)5.3.2基于二阶等效电路模型的多参数限制SOP估算测试 (47)5.4本章小结 (49)第六章总结与展望 (50)6.1总结 (50)6.2展望 (51)参考文献 (52)攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况 (56)插图清单图2.1锂离子电池工作原理 (8)图2.2镍钴锰三元材料的层状结构 (9)图2.3LR185SK电池 (11)图2.4OCV-SOC特性 (14)图2.5Rint模型 (15)图2.6Thevenin模型电路图 (15)图2.7PNGV模型电路图 (16)图2.8GNL模型电路图 (16)图2.9二阶模型 (17)图3.1基于PID的SOC算法 (23)图3.2SOC算法流程 (24)图3.3参数整定 (27)图4.1SOP估算方法 (30)图4.2CAN网络拓扑 (34)图4.3电阻分流均衡拓扑 (37)图5.1ADVISOR界面 (39)图5.2模型顶层 (40)图5.3电池模型底层 (41)图5.4状态估算模型 (41)图5.5NYCC工况速度 (42)图5.6UDDS工况速度 (42)图5.7NYCC工况电流 (43)图5.8UDDS工况电流 (43)图5.9NYCC工况SOC (43)图5.10UDDS工况SOC (44)图5.11NYCC工况仿真 (44)图5.12NYCC工况误差 (45)图5.13UDDS工况仿真 (45)图5.14UDDS工况误差 (46)图5.15错误初值测试 (46)图5.16SOC0=0.94放电SOP (47)图5.17SOC0=0.94充电SOP (47)图5.18SOC0=0.11放电SOP (48)图5.19SOC0=0.11充电SOP (48)图5.20SOC0=0.5放电SOP (48)图5.21SOC0=0.5充电SOP (49)表格清单表2.1LR185SK常规指标 (12)表2.2充放电实验 (13)表3.1Z-N法特征参数 (26)第一章绪论第一章绪论1.1背景由于能源和环境问题的双重压力，近年来电动汽车技术在各大车企以及各国政府的推动下得到了长足的发展。

动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究共3篇动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究1动力电池组SOC估算及均衡控制方法研究随着电动汽车的普及，如何保证电动汽车的续航里程成为了一个热门话题。

电动汽车的续航里程需要依赖电池组的能量储存，因此动力电池组的管理非常重要。

其中，动力电池组SOC估算及均衡控制方法的研究是管理电池组的核心问题之一。

本文将探讨动力电池组SOC估算及均衡控制方法的研究进展。

动力电池组SOC估算SOC（State of Charge）是动力电池组的电量状态，表示电池组剩余电能与总容量的比值。

因此，动力电池组SOC的估算是很有必要的。

SOC的估算方法大致可以分为开路电压法、能量平衡法、卡尔曼滤波法、神经网络法等。

其中能量平衡法和卡尔曼滤波法被广泛应用于电动汽车动力电池SOC的估算。

能量平衡法是将电池组内外流的能量总和与动力电池的容量进行比较，通过能量平衡方程进行SOC估算。

这种方法可以有效地避免电池内部参数的变化，较为稳定可靠。

但是，能量平衡方法需要获得电池组的状态变化信息，且需要考虑电池组的温度、内阻等因素对SOC的影响。

卡尔曼滤波法是一种基于状态空间模型的线性滤波方法，通过对测量值进行加权平均，得到对系统状态的精确估计。

卡尔曼滤波法在动力电池组SOC估算中可以减小误差和噪声的影响，提高SOC估算的准确度。

但是，该方法需要预先定义一个状态空间模型，且需要测量电流、电压等多个物理量，系统复杂度较高。

动力电池组均衡控制方法动力电池组的均衡控制可以有效地减少电池组内部的SOC差异，延长电池组的使用寿命。

目前，动力电池组均衡控制方法主要分为被动平衡和主动平衡。

被动平衡方法是利用电阻、电感、二极管等元件来消耗电池组内部SOC差异，使得电池组能够达到均衡状态。

该方法的优点是结构简单，成本低。

但被动平衡方法对电池组的使用和控制有一定的局限性，难以实现精确控制。

主动平衡方法是通过控制电池组中的开关器件，实现电池组内部的SOC均衡。

doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2023.06.004 收稿日期：2023-04-03基于模型的新能源汽车动力电池SOC估算方法的仿真研究刘承杰（重庆安全技术职业学院，重庆 404048）摘 要：本文对目前动力电池SOC现状进行了简要介绍，然后提出了一种基于模型的新能源汽车动力电池SOC估算方法。

该方法使用基于化学反应动力学的电池模型来预测动力电池的电荷和放电行为，并利用滤波器和卡尔曼滤波器来估算电池的SOC。

仿真实验结果表明，该方法具有比较高的估算精度和稳定性，最后对动力电池SOC以后的发展进行展望。

关键词：动力电池；SOC；卡尔曼滤波器中图分类号：TM912 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2023）06-0016-05Simulation Research on Model Based SOC Estimation Methodfor New Energy Vehicle Power BatteryLIU Cheng-jie(Chongqing Safety T echnology Vocational College, Chongqing 404048, China) Abstract: This article briefly introduces the current status of power battery SOC, and then proposes a model based method for estimating the SOC of new energy vehicle power batteries. This method uses a battery model based on chemical reaction kinetics to predict the charge and discharge behavior of a power battery, and uses filters and Kalman filters to estimate the SOC of the battery. The simulation results show that this method has relatively high estimation accuracy and stability. Finally, the future development of power battery SOC is prospected.Key Words: Power Battery; SOC; Kalman Filter1 引言随着电动汽车、混合动力汽车等新型交通工具的快速发展，动力电池作为其重要组成部分之刘承杰毕业于江西科技学院，本科学历，现就职于重庆安全技术职业学院，任专任教师，主要研究方向：储能技术。

电动汽车锂离子电池建模及SOC估计方法研究一锂离子电池模型建立1 内阻模型图1.1.1 内阻模型2 戴维南等效电路模型通过测量锂离子电池对恒流充放电的电压响应曲线建立的戴维南等效电路模型应用场合非常广，等效电路模型结构见图2.1。

图1.2.1 戴维南等效电路模型同样，电池的开路电压U为电池SOC的函数，等效电路其他的电路参数可以通过对电池电压的响应曲线进行非线性最小二乘拟合获取，模型参数获取方便。

Gabrial A. Rincon-mora改进了戴维南等效电路模型，增加电容和电流控制电流源来模拟电池容量、开路电压，提高了模型的精度，戴维南等效电路模型结构简单，参数获取容易，目前被广泛应用于电池SOC的估计中。

但是等效电路模型参数固定，适用于电流变化不大的场合，因此在实际工况下，SOC估计的精度不高。

3 阻抗谱模型电化学阻抗谱(Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS)是研究固体电极表面反应过程的重要方法，EIS 技术是通过对电化学体系施加一定振幅、不同频率的正弦波交流扰动信号获得频域范围内相应电信号反馈的交流测试方法。

电化学阻抗谱测量频率很宽的阻抗谱来研究锂离子电池。

因而可以获得更多的电池动态特性和阴极、阳极界面的特征，通常情况下，测试频率范围为O.O1Hz - 10000Hz 。

它可以根据电化学嵌入反应每一步弛豫时间常数的不同，在较宽频率范围内表征电化学嵌入反应的每一步。

因此电化学阻抗谱可以表征铿离子电池的反应过程。

锂离子电池的典型阻抗谱如图3.1所示，其中横坐标表示阻抗的实部，纵坐标表示阻抗的虚部，因为锂离子电池的阻抗谱的虚部总呈现容抗特性，容抗的虚部总为负，为了使阻抗谱图形位于第一象限，因此使用虚部的相反数作为虚轴，这也是阻抗谱的惯例。

从图中可以直观的看出锂离子电池在不同频率段的阻抗特征。

如果能够使用电学元件(如电阻、电容和电感等)组成的电路，使得电路的阻抗谱与实验得到的电化学阻抗谱类似，这样的电学电路为等效电路。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

基于神经网络的电动汽车电池SOC估算研究摘要：本研究基于神经网络的方法，针对电动汽车电池SOC估算进行了研究。

首先介绍了电动汽车电池SOC估算的重要性和现状，然后详细阐述了神经网络的基本原理及其在电动汽车领域的应用。

提出了一种基于神经网络的SOC估算模型，并详细描述了模型的架构设计、输入特征选择和预处理、输出层设计和目标函数选择以及训练数据的获取和处理等步骤。

通过实验验证了模型的准确性和可靠性。

本研究为电动汽车SOC估算提供了可行的解决方案，并展望了未来的研究方向。

关键词：电动汽车电池；神经网络；SOC估算引言：随着电动汽车的快速发展，电池的状态估算成为了关键问题之一。

准确估算电动汽车电池的SOC（State of Charge）是确保电动汽车性能和安全的重要任务。

近年来，基于神经网络的方法在SOC估算领域引起了广泛关注。

神经网络通过模仿人脑神经系统的工作原理，具备了处理复杂数据和非线性关系的能力。

本文旨在探讨基于神经网络的SOC估算研究，并提出了一种用于准确估算电动汽车电池SOC的模型。

一、神经网络基础1.神经网络的基本原理神经网络是一种模拟生物神经系统工作原理的计算模型。

神经网络由大量相互连接的人工神经元构成，通过权重和激活函数的调节来实现信息的传递和处理。

神经网络的基本原理是通过训练数据来学习权重参数，以实现对输入数据的模式识别和预测。

它通过前向传播将输入数据从输入层传递至输出层，并通过反向传播根据与目标输出的差异来调整权重，从而逐步提升模型的准确性。

神经网络的深度结构和非线性激活函数使其能够处理复杂的非线性关系，使其在估算电动汽车电池SOC等任务中具有广泛的应用潜力。

2.深度学习及其在电动汽车领域的应用深度学习是一种基于多层神经网络的机器学习方法，通过多个隐层的非线性变换和特征提取，实现对复杂数据的高级表示和学习。

在电动汽车领域，深度学习被广泛应用于电池SOC估算、充电优化和电池寿命预测等任务。

Vm/VCOSOC（%）图1 某三元电池OCV—SOC曲线影响很大。

发展趋势综上所述，SOC 估算方法可归纳为离线估算法和在线估算法，安时积分法与开路电压法属于离线估算法，卡尔曼滤波法与神经网络法属于在线估算法。

各种估算方法比较，见表1。

在线估算法由于其精度较高，属于目前热门研究方向，但脑神经元系统的新型算法，它依据大量的样本数据和神经网络模型，以回路电流、电池端电压与电池温度为输入参数，SOC 为输出参数，通过大量的数据分析，实时输出电池SOC 。

神经网络法能够实时、精确地估算出电池SOC ，但是它的缺点是需要对大量的参考数据进行训练，且SOC 估计误差受训练数据和训练方法的图2 某铁锂电池OCV —SOC 曲线图3 锂离子电池电模型SOC （%）O C V / m V（下转第19页）等效阻抗等效电压源序号对比项内容1结构优势同轴电驱动桥方案由电机、行星减速器、差速器与桥壳同轴布置成一个整体，转动链短，零部件少，结构简单电机直驱方案由分散独立的电机、万向传动总成和车桥等零部件组成，传动链长，零部件多，结构相对复杂2空间布置优势同轴电驱动桥方案动力及传动系统同轴布置、高度集成，有效释放底盘空间，直接将车桥系统布置在底盘上即可电机直驱方案需要将电机、万向传动轴总成和车桥等布置在底盘上，占空间较多，不方便整车布置3节能环保优势同轴电驱动桥方案电机直驱+行星减速器传动，转动惯量低，综合传动效率比直驱高（纯机械传动效率≥96%）电机直驱方案传动链长，传动效率没有同轴电驱动桥方案高（纯机械传动效率≤90%）4传动原理同轴电驱动桥方案车桥外接电池，通过电机带动电机轴的旋转，再经过差速器、行星减速器带动轮毂转动，驱动车轮电机直驱方案通过电机输出转矩，传递到万向传动轴，再经主减速器、差速器和半轴驱动车轮转动。

5重量优势同轴电驱动桥方案相比电机直驱方案重量轻（10%～25%），有效降低电耗，电机转速高，外形尺寸小，功率密度高，延长续驶里程电机直驱方案传动系统重量大，外形尺寸大，功率密度相对低6技术优势同轴电驱动桥方案使用同轴驱动集成化技术，能实现较高能量回馈，符合未来驱动桥集成化发展趋势电机直驱方案集成化程度相对较低，能量回馈较低7维护保养优势同轴电驱动桥方案降低在生命周期中维护保养成本，维护保养相对简单电机直驱方案零部件总成多，维护保养相对复杂表2 同轴电驱动桥布置方案优势在高效率区间，有效降低电耗；⑤减速机构减速为车轮提供驱动力。

SOC估算方法研究及其在新能源汽车电池管理系统中应用分析作者：陈俊虎来源：《科学与财富》2018年第35期摘要：随着现代人们节能环保意识的提升，越来越多的家庭在购车过程中倾向于选择纯电动车，这推动了电动汽车产业的发展。

电池管理系统是纯电动汽车重要组成部分，该部分的工作性能对于纯电动汽车的使用体验具有直接影响，因此越来越受到人们的关注。

文章主要针对SOC估算方法及其在新能源汽车电池管理系统中的应用展开探讨。

关键词：SOC估算方法；新能源汽车；电池管理系统新能源汽车通常是指纯电动汽车，其主要依靠电力运转，动力系统的主要组成部分为动力蓄电池以及电动机。

虽然电动汽车的发展一开始不受到人们的看好，但是随着锂离子电池、高效动力系统等新型技术的应用以及节能环保型社会的建设，纯电动汽车越来越受到人们的关注，且在欧美、日本等地区得到了推广，我国也在公交行业中大力推广纯电动汽车。

为了进一步推动纯电动汽车的发展，需要不断提高其动力系统的性能与稳定性。

因此，需要不断的创新纯电动汽车的电池管理系统，从而实现环境友好型社会的建设，贯彻落实科学发展观。

一、新能源汽车电池管理系统新能源汽车与其他汽车的最大区别在于驱动力，混合动力汽车、纯电动汽车以及燃料电池电动汽车被统称为新能源汽车，其中纯电动汽车完全采用电力驱动，能够实现零排放的目标，因此对电池的要求相对较高，因此本次研究主要针对纯电动汽车的电池管理系统展开探讨。

纯电动汽车对于电池续航能力有着较高的要求，需要达到100～160wh/kg比能量。

纯电动汽车的电池需要具备放电率低、使用时间长、安全性能高等优势。

目前各个国家在电池开发中主要是对锂电池进行开发[1]。

此外，铅酸电池、太阳能电池等都是目前市场中常用的绿色环保电池。

电池具有非线性与时变特点，在汽车驾驶过程中，电池容量、最大放电功率、等效内阻等参数会随着电池使用时间、充放电状态等因素而产生相应的变化。

因此需要一套配套的管理系统从而提供更加稳定的驱动力。

电动汽车用锂电池SOC估算方法研究张松【摘要】电动汽车用锂电池具备宽电压以及显著的两极化特点,会对电池荷电状态(soc)造成一定的干扰,另外在电池组的差异性以及使用时间方面,SOC也存在较大的干扰.所以,SOC是电动汽车运转进程中相当关键的因素,是预防电池过度充放电的关键性参照,只有正确估算电池组SOC才可以更好地提升电动汽车的利用率,延长电池的使用年限,对汽车运转进行进一步的优化.研究了多种SOC估算方法,为电动汽车电池组的优化以及相应的管控提供了基础性的参照信息.%Lithium-ion batteries for electric vehicle have wide voltage and significant polarization characteristics,having certain interference with the battery SOC.In the battery pack difference and service time,SOC has larger interference.SOC is a pivotal factor for the electric car operation process,so is the key reference for preventing battery excessive charging and discharging.The correct estimation of battery SOC can better improve the utilization rate of electric cars,boost battery life and optimize the car running.A variety of SOC estimation methods were studied,providing basic reference information for the battery optimization and corresponding control of electric car.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2017(041)012【总页数】3页(P1792-1794)【关键词】电动汽车;锂电池;SOC;估算方法【作者】张松【作者单位】南京师范大学计算机科学与技术学院,江苏南京210023【正文语种】中文【中图分类】TM912.9现在能源枯竭以及生态污染情况日益严峻，国际汽车领域对这方面也投入了非常高的关注，因为汽车会消耗大量能源，排放的尾气会对生态造成较大侵害，所以被称作汽车领域未来的电动汽车(EV)变成了一个关键性的探讨方向，逐渐在国际汽车领域展现出自身积极的一面，很多国家以及合作方都对其表现出了浓厚的兴趣，继而促进了EV的快速发展。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。

矿产资源开发利用方案编写内容要求及审查大纲
矿产资源开发利用方案编写内容要求及《矿产资源开发利用方案》审查大纲一、概述
㈠矿区位置、隶属关系和企业性质。

如为改扩建矿山, 应说明矿山现状、
特点及存在的主要问题。

㈡编制依据
(1简述项目前期工作进展情况及与有关方面对项目的意向性协议情况。

(2 列出开发利用方案编制所依据的主要基础性资料的名称。

如经储量管理部门认定的矿区地质勘探报告、选矿试验报告、加工利用试验报告、工程地质初评资料、矿区水文资料和供水资料等。

对改、扩建矿山应有生产实际资料, 如矿山总平面现状图、矿床开拓系统图、采场现状图和主要采选设备清单等。

二、矿产品需求现状和预测
㈠该矿产在国内需求情况和市场供应情况
1、矿产品现状及加工利用趋向。

2、国内近、远期的需求量及主要销向预测。

㈡产品价格分析
1、国内矿产品价格现状。

2、矿产品价格稳定性及变化趋势。

三、矿产资源概况
㈠矿区总体概况
1、矿区总体规划情况。

2、矿区矿产资源概况。

3、该设计与矿区总体开发的关系。

㈡该设计项目的资源概况
1、矿床地质及构造特征。

2、矿床开采技术条件及水文地质条件。