电池管理系统（BMS）系列—状态估计（一）之SOC

loohoolinda

在BMS系列首期电池管理系统（BMS）系列—功能介绍中，我们提到BMS的一大功能——状态估计，需要基于实时采集的动力电池数据，运用既定的算法和策略，从而获得每一时刻的动力电池状态信息，具体包括动力电池的SOC、SOH、SOP以及SOE等。本文作为BMS功能——状态估计系列的首篇，将介绍动力电池系统SOC的概念及计算方法等。

在电动车辆的使用过程中，我们经常听到，“这台车还剩（XX）%的电”。这个（XX）%的电，指的就是荷电状态（SOC），以百分比（%）的形式出现。
首先我们需要明确SOC的定义：
SOC = 剩余的电量（Ah）/电池的容量（Ah）*100%

注意式中分子和分母都是以Ah为单位的电量存在的，而不是能量——我们平常说的多少度电（kWh）。

接下来让我们看下在实际应用中是如何实现SOC估计的。
假如把一桶水类比电池，水桶的容积就是电池的容量（通常为固定值），剩余电量就是里面装了多少水。我们该怎么知道桶里有多少水，继而求得水桶的“SOC”呢？


最简单的方法就是在水桶上提前标好刻度！当液面完全静止时，通过读取刻度值即可知道现在桶里装了多少水。类似这种提前标好刻度的方法，在估计电池SOC时被叫做开路电压法。

开路电压法

在某一具体温度下，电池的电压与SOC之间往往存在一一对应的关系，如下图的OCV曲线。这表示我们可以把电池的电压值当作SOC的刻度，为估计SOC只需要读取电池电压值即可。



实现原理很简单，但是开路电压法也存在着诸多不足。
在我们通过水桶上的刻度值读取装了多少水的过程中，其实包含着一个隐藏条件——要求水面稳定。这需要没有水流入流出水桶，且水面经过静置已趋于稳定，否则水面来回波动就会造成读取误差。对电池系统而言就是要求其没有工作电流，电压充分回弹，电压值稳定。所以开路电压法仅适用于电池不工作后，等待一定时间进行SOC估计的场景。

那么对存在电流（工作中）的电池系统，我们该如何估计SOC呢？

回到我们的水桶上，假设已知它初始装了多少水，现在正不断往外放水，如果能通过某些元件采集到放水的量，是不是就能算出桶里还剩多少水了？类似这种根据初始水量和放水/注水量计算的方法，在估计电池SOC时被叫做安时积分法。



安时积分法
如果充放电起始状态记为SOC0,那么当前状态的SOC则为：


通过电流传感器测量电流，充放电电流对时间的积分就是充入/放出的电量，类似加入/放出的水量，根据上面的公式就能算出当前SOC。但使用安时积分法估计SOC有一些问题存在。第一，对初始值SOC0依赖较大。安时积分法只能解决一段时间内电荷量发生变化的情况，如果电池的初始SOC不准，将导致整体估计的误差。
第二，由于传感器存在采样误差，采集的电流值不准，该误差会随着时间逐渐累积，影响SOC估计精度。
第三，无法应对电池的自放电问题。这点类似于水桶里的水蒸发了，这部分量无法被计算。综上，开路电压法适用于静态估计，安时积分法适用于动态估计，两者各有所长。所以目前对电池SOC的估计常将二者结合使用。静态时，利用开路电压法估计SOC，并为安时积分法提供计算初始值，动态时使用安时积分法估计SOC，非常适用于三元体系的锂电池。开路电压+安时积分法也可应用在磷酸铁锂（LFP）体系的锂电池，但会存在某些问题，原因主要在LFP电池的OCV曲线（SOC-开路电压）斜率上。对比NCM（下图左）的OCV曲线，LFP（下图右）的曲线在中间SOC区域非常平缓，这导致使用开路电压法，通过读取电压确定SOC值时会存在较大的误差。


为有效解决上述SOC估计过程中的问题，类似基于Kalman滤波器的SOC估算等方法被提出，篇幅所限我们会在后续文章中进行介绍。欢迎感兴趣的小伙伴持续关注~

wwj557

关于电池管理系统（BMS）中的状态估计（一）之SOC的介绍：

SOC，即荷电状态，是电池管理系统（BMS）的关键参数之一。SOC的定义为电池剩余电量与电池总容量的比值，以百分比形式表示。在电动车辆的使用过程中，SOC的准确估计对于预测车辆的续航里程、防止电池过充或过放具有重大意义。

计算SOC需要基于实时采集的电池数据，包括电池的电压、电流、温度等。通过既定的算法和策略，如安时积分法、开路电压法等，可以估算出电池的SOC。此外，为了提高SOC估计的准确性和稳定性，还需要考虑电池的放电效率、老化程度等因素。

总之，SOC的准确估计是电池管理系统中的重要环节，对于保障电动车辆的安全和性能具有至关重要的作用。

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lidenghui

针对您提供的帖子内容，作为汽车工程师，我回复如下：

关于电池管理系统（BMS）系列中的状态估计——SOC篇：

SOC，即荷电状态，是电池管理系统中的重要参数之一，表示电池剩余电量占其总容量的百分比。其定义是：SOC = 电池剩余电量（Ah）/电池总容量（Ah）。准确估算SOC对于预测电池的使用时间、避免电池过充或过放以及优化电池性能具有重要意义。在实际应用中，我们基于实时采集的电池数据，运用算法和策略进行SOC的估算，确保其准确性。此文作为系列首篇，详细解析了SOC的概念及计算方法，为后续探讨其他状态参数奠定了基础。

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t007

关于电池管理系统（BMS）系列中的状态估计（一）之SOC介绍，以下是我的专业回复：

SOC，即荷电状态，是电池管理系统中的重要参数之一，用于表示电池的剩余电量。SOC的定义为电池的剩余电量（以安时计）占电池总容量的百分比。它是评估电池当前状态的关键指标，对于电动车的续航里程预测、能量管理以及维护等方面具有重要意义。在实际应用中，我们通过实时采集电池数据，并运用特定的算法和策略，如安时积分法、开路电压法等，来准确估算电池的SOC。对SOC的精确估算有助于提升电动车的使用效率和安全性。

接下来，我们将深入探讨SOC的估算方法，包括算法选择、实时数据处理等，以期为电池管理系统的优化提供有力支持。

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laoxiang21

针对您提供的帖子内容，作为汽车工程师，我回复如下：

关于电池管理系统（BMS）系列中的状态估计——SOC介绍：

SOC，即荷电状态，是电池管理系统（BMS）中至关重要的状态参数之一。它表示电池当前剩余的电量与总容量的比值，以百分比形式呈现。SOC的准确估计对于评估电动车辆的续航里程、避免电池过充或过放具有重要意义。

计算SOC，需要基于实时采集的电池数据，如电流、电压和温度等，并结合特定的算法和策略。常用的计算方法包括安时积分法和开/关磁通方法。通过估算当前剩余电量与电池总容量的比值，我们能够实时了解电池的SOC。准确估计SOC是电池管理系统高效运行的关键。

后续文章将深入介绍其他状态参数如SOH、SOP和SOE等，以全面解析电池管理系统的状态估计功能。

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