Abstract: The rapid development of the automobile industry makes the global energy and environmental problems more prominent. In order to make the automotive industry could develop continually; various countries have carried out energy transformation. New energy electric vehicles have become an important direction for the future development of the automotive industry, and as a power source of electric vehicles, lithium battery is one of the key technologies which restrict the development of the new energy electric vehicles. For management and control of the lithium battery, the state of charge(SOC) of the battery estimation is very necessary. This paper first chooses to establish the second-order RC equivalent circuit of the battery, and use improved ampere-hour integral method to combine the open-circuit voltage method and the ampere-hour integral method. We also consider the influence of temperature and charge-discharge efficiency on the second-order RC equivalent circuit model, then estimated the SOC of the battery. The simulation of SOC algorithm is carried out by Matlab / Simulink toolbox. The simulation results verify the feasibility of the algorithm.

Key words: Electric vehicle; State of charge; RC equivalent circuit; Improved ampere-hour integral method

【中图分类号】TM912 【文献标识码】B  【文章编号】1561-0330（2018）06-0000-00

1 引言

电池作为电动汽车的动力源，关系到整车的动力性、经济性和安全性。因此需要对电池管理系统进行研究和开发，来确保电动汽车的安全稳定持续的运行。对于电池管理系统而言，电池剩余电量（SOC）的准确估算是管理系统需要突破的技术难点之一。电池内部的运行机理比较复杂，而且状态随时在变化，对电池的荷电状态进行准确估算并不简单。电池剩余电量的估算有很多种算法，比如内阻法，安时积分法，开路电压法，卡尔曼滤波法，神经网络算法。上边所提到的几种算法中，安时积分法比较简单，而且实用性强，缺点是随着电荷的积累会产生累积误差，本文选用改进的安时积分法，在原有的安时积分法的基础上，结合开路电压法，并将安时积分公式中的参数进行修正，有效地降低了SOC计算中的误差。

2.1 等效电路模型

电池模型的建立可以有效地帮助估算电池的剩余电量。现有的电池等效电路模型主要有电化学模型，等效电路模型和神经网路模型三种。电化学模型比较复杂，很难将其应用在电动汽车上；神经网络模型从理论上来说比较适合电池建模，但是实际应用中需要大量数据进行训练，实际运用中具有一定的局限性；等效电路模型通过电阻、电容等电路元件构成网络，体现电池的端电压、工作电流等外特性之间的关系。由于其物理意义明确，能够用数学方程解析表达，目前使用较为广泛。目前比较典型的等效电路模型有Rint模型、Thevenin模型、PNGV模型和RC模型。理想的电池模型应包能够比较系统地体现电池的工作特性；复杂程度不高，状态方程容易建立且便于计算；工程实现可行。

2.2 参数拟合

所示的参数拟合曲线。

从图2中可以看出，曲线呈现出“两端陡峭、中间平缓”的特征。在SOC为0.3到0.9之间，电池表现出比较稳定的电压平台。

3 SOC估算方法

3.1 传统的SOC估算方法

3.1.1 开路电压法

开路电压法（Open-Circuit Voltage method，OCV）是最简单的测量方法，主要根据电池组开路电压判断电池SOC大小。通过图2可知，电池容量降低，电池的开路电压也会随之降低，它们之间存在对应关系，通过测量电池的开路电压数值然后查表得到对应的荷电状态的大小。开路电压法在充电和放电的初期和末期估算效果比较好，在电池工作过程中由于电流波动等的影响导致估算结果不理想。

3.1.2 安时积分法

安时积分法将电池等效为封闭的系统，只研究电池的外特性，即在测试过程中只需要实时地监测进出电池的电量然后积累电量，所以可以获得电池任意时刻的剩余电量。

安时积分法运用过程中需要实时监测充放电电流，通过对电流在时间段内的积分就可以得到该时段被电池充入或者放出的电量。该方法SOC估算的表达式为：

3.2 改进的安时积分法

结合开路电压法和暗示积分法的优势，通过开路电压法获取电池电量的初始值，利用安时积分法估算电池工作过程中充入或者释放的电量，这样既可以弥补两种方法的缺点，使得SOC在线实时估算精度进一步提高。在放电时还可以通过测负载电压来来获得电池的SOC值，用该值对安时积分法求得的SOC进行修正，将两者取平均值会提高SOC估算精度。

电池电量的初始值通过图2查表获取。电池实际工作过程中电量获取时传统安时积分法没有考虑温度、充放电效率补偿因素的影响，造成剩余电量的估算精度不高，本文综合考虑了温度、充放电效率因素对SOC估算影响，在电量计算过程中进行温度和在充放电效率的补偿，与之前相比能够更加接近SOC的真实值。

锂离子的充放电效率由Peukert方程求得。可用电量与放电电流的关系式为：

4 SOC估算方法的仿真

基于锂电池二阶等效电路模型，利用MATLAB/Simulink仿真软件，对电池SOC估算方法进行建模仿真分析。基于Simulink工具箱搭建的仿真模型如图3。其中子系统SOC计算模型，子系统2为电池二阶等效电路模型。

假设电池的工作温度是25度，SOC充放电模型分别在1.5C的恒定电流、脉冲电流下进行放电仿真，输出的SOC曲线如图4、图5所示。对应的电池的输出电压波形如图6、图7所示。

5 结论

本文通过对锂电池建立等效电路模型，利用开路电压法对传统的安时积分法进行改进，并对安时积分法公式中的系数进行了修正，基于Simulink得出了剩余电量SOC在恒流和脉冲电流放电下的SOC曲线，并将其在锂电池等效电路模型中进行验证，得出输出端电压的仿真曲线，符合电池的放电特性。仿真结果表明改进的安时积分法适用于锂电池剩余电量的估算，可以有效地表征锂电池的荷电状态，为电池系统的管理提供了可靠的保障。

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作者简介

杨亭亭 女 硕士研究生 研究方向为电力电子技术及新能源电池管理