现代有轨电车动力电池SOC评估方法

（1）电荷累积法 电荷累积法（Coulomb Counting Method，也称作CC法）又称容量积分法，是预先知道上一时刻电池剩余电量状态，并对一段时间内动力电池充入、放出的电荷进行统计，从而得到当前电池荷电状态的一种方法。

假设上一时刻t₁电池的剩余电量为Q_t1，当前时刻t₂电池的剩余电量为Q_t2，从t₁到t₂期间电池充入、放出的累计电量为

那么

式（4-32）中，i（t）可以取正也可以取负，当i（t）＞0时，表示电池在放电；当i（t）＜0时，则表示电池在充电。

同理，在式（4-33）中，若Q_t1^t2＞0，表示在t₁到t₂这段时间内，总体而言电池放出电量多于充入电量；反之，若Q_t1^t2＜0，则表示在t₁到t₂这段时间内，总体而言电池充入的电量多于放出的电量。

通过式（4-33）求得Q_t2后，可以进一步通过比例运算求得此时的SOC值（%）。

然而，电荷累积法存在以下三个问题：

1）对初始值的依赖性。事实上，电荷累积法只能解决一段时间内电量变化的情况Q_t1^t2，而我们最终关心的是电池的剩余电量Q_t2，这依赖于Q_t1的准确性。若初始值Q_t1存在误差，则利用式（4-32）和（4-33）是没有办法对其进行修正的。

2）累积误差的问题。由于电流传感器精度不足、采样频率低、信号受干扰等原因，用于积分的电流i（t）与真实值相比存在一定的误差，多次循环之后会出现一些误差积累。目前的校正方法大多利用电池组电压来校正因电流积分导致的累积误差。通过电池组放电到放电终止电压时，无论SOC值为多少都置为0，这样可以避免长时间积分的累积误差。有的在电池组静态时采用电压法来校正SOC，而在工作时用电流积分的方法。然而由于电压和容量的对应关系会受到温度和放电电流大小的影响，且电池组的电压和容量的对应关系受电池组均衡性的影响较大，因此仅仅通过电压校正的方法也需要做进一步的改进。另一种较为有效的校正方法就是把电池充至饱满或将电池的剩余电量全部放光。当然，这种方法会减少电池的循环使用寿命，实用性不强。

3）不能应对电池的自放电问题。几乎所有的二次电池都存在自放电问题，即电池中的电荷以极慢的速度放出来。电荷累积法对于这种现象几乎是无能为力的，其原因在于：

①自放电的等效电流很小，一般的电流传感器无法准确测量；

②相当一部分的自放电电流并不走工作电流的回路，设置在工作电流回路中的传感器自然检测不到自放电电流；

③自放电可能发生在电池管理系统不工作的情况下，例如车辆熄火后，此时BMS工作，自然也无法监测电池的自放电情况。

除上述的三个方面以外，使用电荷累积法还要注意其他一些细节。例如要求BMS关闭时需要记录最后时刻的剩余电量值Q_t1，否则第二天重新起动车辆时，电量评估就缺少了初始值。另外，在更换了动力电池组以后，必须对电池剩余电量进行一次校正，这可以通过对电池组进行一次饱充来进行。

（2）开路电压法 开路电压法（Open-Circuit Voltage method，简称OCV法），就是当电池既不处于充电状态，也不处于放电状态，即工作电流为零的情况下，通过测量动力电池的开路电压（OCV）来估算电池的SOC。使用开路电压法一般基于以下三个前提：(www.xing528.com)

1）SOC与电池的电动势（EMF）有一一对应关系。即给出0～100%之间的任意一个SOC值，存在唯一的一个电动势（EMF）值与之对应。

2）在工作电流为零的情况下，开路电压（OCV）与电池电动势（EMF）相等。

3）不考虑温度及电池老化程度等因素。即认为在不同的温度条件下，不同老化程度的电池具有相同的SOC-EMF曲线。

由电池的工作特性可知，电池组的开路电压和电池的剩余容量存在着一定的对应关系。随着放电电池容量的增加，电池的开路电压降低。由此可以根据一定的充放电倍率时电池组的开路电压和SOC的对应曲线，通过测量电池组开路电压的大小，插值估算出电池SOC的值。在车辆的实践应用中，OCV法通常利用工作电流为零的时机，测量电池电压U₀，然后反求出电池的SOC值。

该方法简单易行，但由于不同充放电倍率时电池组的电压不一致，因此在电流波动比较大的场合，这种计量方式将失去意义。在车辆的具体应用中，开路电压法存在以下不足：

1）关于工作电流为零的问题。由于开路电压法是基于工作电流为零的情况进行的，而往往在车辆的行驶过程或充电过程中，即工作电流不为零的情况下，也需要知道SOC的值是多少，这个时候开路电压法显然是不适用的。此外，即使车辆不起动、不充电，处于静止状态，仍然不能认为动力电池的工作电流为零，因为此时车辆的弱电系统仍在工作，例如整车控制器没有关闭，通信网络仍处于工作状态，仪表可能开启等，至少此时BMS本身仍在工作，这些都意味着车辆的工作电流不一定绝对为零。在实际应用中，可设定一个电流的门限值，当电流小于该门限值时，即认为可通过OCV法评估SOC。

2）EMF-SOC曲线的获取和利用。电池电压的滞回特性对用OCV法表示EMF产生很大的影响。虽然在电压的平台区内，电池的充放电平衡电动势相差不过十几毫伏，但由于SOC从90%降到10%的这个平台区内，整个电压降也不超过200mV，因此，若忽略滞回特性，则所评估的SOC可能存在10%左右的误差。在实际应用过程中，由于用户更关注电池在放电过程中的SOC值，可以选择放电时的EMF-SSO曲线作为SOC评估的标准。但由于车辆使用过程中存在能量回馈制动、不同电池间的均衡控制等，可能造成放电与充电交替的情况，所以，滞回特性对开路电压法的影响只能减小，不能克服。另外，不同温度对电池组的放电平台电压影响也较大，因此，单靠电压来估算SOC的方法难以满足实际需求。

3）电压回弹问题。开路电压法必须考虑电池电压的回弹效应。当车辆由于某些原因（如等待绿灯）短暂停车时，是否可以用开路电压法对SOC做一次评估也是需要考虑的问题。如果停留时间过短，电压还没有回弹到稳定状态，估算出的SOC值必然偏小，并且误差的大小与停留的时间有关。针对电压回弹问题通常可以有两种解决办法：

①设定一个时间阈值，当工作电流持续小于电流门限值的时间大于时间阈值时才用开路电压法对SOC的值做评估；

②利用电池模型，通过10～30s内电压回弹的趋势来预估出电池电压回弹的极限值，再用这个极限值来估算SOC。

综上所述，开路电压法对单体电池的估计要优于电池组，当电池组中出现的单体电池不均衡，会导致电池组的容量低时电压会很高，因此该方法不适合于个体差异大的电池组。然而，开路电压法也存在着许多不足，例如在电池正常工作时不能使用，而需要等到电池停止工作一段时间后才能使用。

（3）一种折中的方法 由于电荷累积法和开路电压法的优缺点存在明显的互补性，有学者提出了一种折中方法：当电池处于工作状态（工作电流大于设定的门限值）时，用电荷累积法实时更新SOC值，同时，为了消除电荷累积法的累积误差，并解决电荷累积法的初始SOC评估问题，在电池系统每次起动时或电池组短暂不工作时，利用开路电压法对SOC进行校准。

该方法能够在一定程度上弥补电荷累积法存在的不足，如每隔一段时间消除累积误差，并解决了电池应用长期静置不用后SOC的初值问题、自放电问题等。同时，该方法也解决了电荷累积法无法在电池组正常工作时估算SOC值的问题。

这种折中的方法在实际的BMS系统中得到了广泛的应用。但该方法并不能解决开路电压法本身所存在的不足，例如电流为零问题、电压滞回效应以及EMF受温度和使用历史影响等问题。因此，对SOC评估算法的改进依然是一个值得研究的课题。