BMS开发课程笔记-SOC估计模块设计

hudaren43

前言

本文以安时积分法为例，介绍BMS中SOC估计模块的设计思路及要求，安时积分法计算公式下：



进行SOC估计模块模型设计时，需要考虑以下几个因素：

【1】电芯温度对SOC估计的影响

【2】电芯一致性对SOC估计的影响

【3】SOC的末端修正对SOC估计的影响

【4】故障信息对SOC估计的影响

【5】电芯老化对SOC估计的影响

模块的输入与输出信号如下图所示：





模型结构

SOC估计模块的模型包含初始化子模块、SOC计算子模块、SOC仲裁子模块、数据存储子模块。SOC估计模型的调度周期通常为20ms，可以通过Stateflow实现模型调度，其模型结构如下图所示。



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初始化子模块

初始化子模块主要进行电池初始SOC的计算。首先需要进行读取存储器数据有效性判断，当数据读取正常时，则进入正常初始化流程，否则进入异常初始化流程。

在正常初始化情况下，初始SOC按以下流程计算：

【1】根据温度及最大、最小单体电压值查表得到SOC

【2】判断车辆静置时间

【3】根据存储器读取的△SOC查表得到滞回因子

【4】根据静置时长和存储器历史SOC值进行SOC初始化：

◆如果静置时间>设定时间，则通过【1】中查表得到SOC及【3】中得到的滞回因子计算初始SOC；

◆如果静置时间<设定时间，采用存储器中的SOC值作为初始SOC

◆计算得到的初始SOC与存储器中的SOC值之间不应存在跳变

【5】当单体低电压警告有效时，SOC值取0

在异常初始化情况下，由于无法读取有效的存储器数据，初始SOC按以下方式计算：

【1】采用开路电压查表初始化系统SOC、单体最大SOC及单体最小SOC

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SOC计算子模块

SOC计算模块主要根据采集到的电池信息进行实时的SOC估算，同时考虑温度、一致性、老化等影响。其计算流程如下：

【1】电池容量修正

电池容量受到温度及老化程度的影响，计算SOC是首先需要根据电池当前温度和容量修正因子（根据SOH得到）修正电池容量值。

【2】△SOC计算

根据工作电流，通过电流积分计算每一步的△SOC，即



由于BMS模型为离散状态下的模型，对于离散的模型，实际的计算如下所示：



【3】计算最大单体SOC及最小单体SOC

利用单步△SOC与上一时刻最大单体SOC及最小单体SOC累加，得到当前时刻最大单体SOC及最小单体SOC。最大单体SOC及最小单体SOC的初始值通过初始化子模块获得。

【4】电池系统SOC计算

◆根据电流方向、单体最大和最小SOC调整系统△SOC，消除单体一致性对系统SOC的影响。

如下图为电池SOC变化过程，系统SOC修正按以下策略进行：

①在充电时，为防止单体过充，将系统SOC向最大单体SOC修正；

②在放电时，为防止单体过放，将系统SOC向最小单体SOC修正。



◆将上一时刻系统SOC与△SOC累加得到当前时刻系统SOC。

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SOC仲裁子模块

SOC仲裁子模块主要用于SOC显示值的管理及SOC的末端修正。在BMS系统中存在SOC真实值及显示值，仲裁的目的就是处理显示值与真实值之间的关系。其遵循以下策略：

【1】SOC显示值不能发生跳变；

【2】SOC显示值需要考虑老化的影响

【3】末端修正：满电时SOC显示值应修正为100%；空电时SOC显示值应修正为0。

对于电池系统的SOC，其实是一个无法确定真实值的数据。所以，严格来说谈系统的SOC估计精度是没有意义的。对于SOC估计数据我们应更看重其合理性，显示的SOC值以充分满足用户良好体验作为主要的设计要求。

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数据记录子模块

数据记录子模块用于存储SOC计算模块所需的数据。

【1】记录触发条件判断

◆当系统进入休眠状态时，进行数据存储；

◆当△SOC超过一定值时，进行一次数据存储；

有的BMS系统会定时存储数据，这种情况下对存储空间的需求就比较大。

【2】存入数据

当记录条件触发时，将以下数据记录到存储空间：

◆电池包SOC；

◆单体最大SOC；

◆单体最小SOC；

◆△SOC；

◆当前时间；

【3】判断数据存储有效性

通过数据回读，判断数据是否写入成功，写入成功后将数据有效性标志位置位。

mizhongquan

本文详细探讨了基于安时积分法的电池管理系统（BMS）中SOC估计模块的设计要点。在设计过程中，需要考虑众多关键因素，如电芯温度、电芯一致性、SOC末端修正、故障信息及电芯老化对SOC估计的影响。模型的输入与输出信号设计也是关键一环。模型的构建主要包含初始化子模块、SOC计算子模块、SOC仲裁子模块以及数据存储和保护机制等部分。设计时需注重模型的准确性、可靠性和实时性，确保在各种条件下都能准确估计电池的剩余电量。此外，还需考虑模型的优化和升级，以适应不同电芯的特性和变化。整体设计应遵循工程实践标准，确保安全性和稳定性。

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回复：

关于BMS开发课程笔记中的SOC估计模块设计，安时积分法是一种常用的估计方法。在设计SOC估计模块模型时，需全面考虑多种影响因素。本文提到的因素包括电芯温度、电芯一致性、SOC末端修正、故障信息及电芯老化等。这些因素均会对SOC估计的精度产生影响，因此在设计过程中需充分考虑并做出相应的模型调整。模块的输入输出信号图示清晰，便于理解。在模型结构上，SOC估计模块包括初始化子模块、SOC计算子模块、SOC仲裁子模块和数据模块。设计过程中应遵循模块化、可维护性和可扩展性的原则，确保模型的准确性和稳定性。