锂电池管理系统的研究与实现 — 锂电池的原理特性及剩余电量研究

2.3本电池管理系统所采用方案

由以上分析可知，电池容量的估算方法有很多，不同的SOC估算方法各有其特点，本文通过实验分析，得出了适合锂离子电池的经验模型，采用安时积分法和开路电压测量法相结合的方案。

应用安时积分法对工作状态中的锂电池剩余容量进行计算。其基本思想是把不同电流下的放电电量等效成某个特定电流下的放电电量，再根据剩余电量来判定SOC.等效放电电量公式如下：



式中：t：充放电时间；

λ：不同充放电的系数；

i：充放电电流。



式中：0_C是电池以标定的电流恒流放电所具有的容量。
在安时积分法中由于电池自放电和充放电效率的问题，误差不断积累、SOC估计值最终可能严重偏离实际值，尚未找到根本性的解决方案。

除了利用安时积分法记录电池的容量变化外。通过试验，在每次系统上电时根据电池断电时间，及其上电时的开路电压对当前SOC做一定的修正，即补偿。对电池的补偿需要对其管理的电池有一定的先验性认识。这种做法虽然比较复杂。但却被认为是实际电池能量管理系统中较为有效的一种做法。锂离子电池的端电压在其充放电过程中变化较大。所以，我们无法在运行过程中利用端电压估计电池的剩余容量。但是，当电池断电后（即静止后），其端电压随着时间的延长会逐渐趋于稳定，这时的端电压与其容量的关系较为明确。电池停放的时间越长，端电压越能表征其内部容量。基于此，可以考虑将电池的停放时间t作为参数，在电池停放前的容量0 SOC与电池稳定后其端电压所表征的容量SOC₁做一定的加权，如下式：


式中：T：电池端电压稳定所需的时间；

t：电池停放时间（即两次使用的间隔时间）；

SOC₀ ：电池停放前的剩余容量；

SOC₁：电池稳定时其端电压标志的剩余容量。

理论上来说，T是一个无穷长的时间。但在实际应用中，一般认为其端电压变化率小于一定值的时候端电压即是稳定的。电池稳定后其端电压所表征的容量1 SOC可由电池供应商提供的电池参数确定，本电池管理系统所管理锂电池为雷天公司的90AH动力锂电池，参数如下图所示：