收稿日期：2010-07-25作者简介：李文江（1951—），男（蒙古族），辽宁省人，教授，博士生导师，主要研究方向为节能型电力传动技术与应用，电机与电器检测技术。
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电动汽车用铅酸电池管理系统SOC算法研究李文江，张志高，庄益诗（辽宁工程技术大学电气与控制学院，辽宁葫芦岛125105）
摘要：SOC数据是电动车运行过程中一个重要的参数，它是防止电动车蓄电池过充和过放的主要依据。通过安时(Ah)积分法和开路电压法相结合的方法来估算电池荷电状态（SOC）。利用ADVISOR整车仿真软件，在MATLAB/Simulink仿真平台上搭建了SOC仿真模型验证估算方法的精确性。在电池管理系统硬件设计中，系统采用
了分散采集集中处理的设计方案，采用MC9S12DP128MPV控制芯片进行信息处理计算，得出电池荷电状态和单体电池工作状态、电流、温度等信息,并在软件中实现了算法的嵌入式应用。关键词：电池荷电状态；纯电动汽车；电池管理系统中图分类号：TM912文献标识码：A文章编号：1002-087X(2010)12-1266-03
ResearchonalgorithmofSOCestimationforelectriccar’slead-acidbatterymanagementsystemLIWen-jiang,ZHANGZhi-gao,ZHUANGYi-shi(FacultyofElectricalandControlEngineering,LiaoningTechnicalUniversity,HuludaoLiaoning125105,China)
Abstract:SOC(StateOfCharge)isoneofthemostimportantparametersforEVs,whichisthemainbasistopreventoverchargeandoverdischargeoftheEVbattery.Thebattery'sstateofchargewasestimatedbythemethodwhichcombinedtheamperehourlaw(Ah)withtheopen-circuitvoltagemethods.ThesimulationsoftwareofvehicleADVISORwasappliedtobuildthesimulationmodeltoverifytheaccuracyofestimationbasedontheMATLAB/Simulinksimulationplatform.Thedesignproposalofdispersedgatheringandcentralizedprocessingwasusedtodesignthebatterymanagementsystem'shardware,theMC9S12DP128MPVcontrolchipwasadoptedtocomputetheinformation,andthenthebattery'sstateofcharge,singlebattery'sstatusofwork,current,temperatureandsoonwereobtained.Theembeddedapplicationsinthesoftwarealgorithmswereimplemented.Keywords:SOC;pureelectricvehicle;batterymanagementsystem
对于纯电动汽车（EV）而言，动力蓄电池是汽车动力的唯一来源，因此蓄电池的性能对汽车整体性能起着决定作用。这就要求电池管理系统不仅能够正确监测反应使用过程中消耗的电池能量，而且也能够实时预测电池所剩余的电量，电池的剩余电量直接决定着EV的最大行驶里程，电池管理系统要根据汽车当前行驶路况，预测汽车的续驶里程，减轻驾驶员的心理负担，尽可能地避免半路抛锚。由于目前国内电池生产技术的限制，动力蓄电池为整车成本中较高的部件之一，合理利用电池提高电池使用寿命，必须将SOC控制在一个合理的范围之内[1]。因此，准确的估算电池组的SOC是纯电动和混合动力汽车产业化必不可少的先决条件之一。当前应用的各种电池组SOC实时在线估算方法都存在着不同的缺陷，不能达到实际使用的要求。这主要是因为电池组的SOC和很多因素相关且具有很强的非线性，从而给SOC实时在线估算带来很大的困难[2]。本文通过安时(Ah)积分法和开路电压法相结合的方法来估算电池荷电状态（SOC）。设计了电池管理系统的硬件电路，并在软件中实现了该算法的嵌入式应用。并通过SOC仿真模型验证了估算方法的精确性。1SOC估计方法
电池的SOC值是电池能量管理系统中一个非常重要的参数，同时也是电动汽车与混合动力汽车中制定控制策略的一个关键参数。实时准确的SOC值的确定是提高电池效率有效保护电池的基础。这里，我们将电池的荷电状态分为：标称荷电状态SOCB
和动态荷电状态SOCD两种情况：
（1）标称荷电状态SOCB
特指某恒定温度下，以标称的恒流放电IB时电池所放出
的标称容量QB为基准所确定的SOCB值。SOCB只需对电池不可恢复性容量影响因素进行修正，如式（1）。SOCB＝（SOC0－QB/CB）×K1(1)
式中：CB为电池以标定的电流IB为恒流放电所具有的容量；K1为电池不可恢复性容量影响系数；SOC0为初始电池的剩余
容量。
研究与设计2010.12Vol.34No.121267（2）动态荷电状态SOCD
指随放电电流、温度参数变化的电池荷电状态，SOCD以
标称荷电状态SOCB为基准，根据电流的变化进行换算，温度变化以影响系数的形式予以修正，如式（2）。SOCD＝f(SOCB,K2,I)（2
）
式中:K2为温度影响系数；I为实际放电电流。本设计中不考虑电池不可恢复性容量影响，即K1=1
。是
基于安时积分—开路电压法估计SOC的。
1.1开路电压法
在开始将要放电时，在满足一定条件下，用开路电压法测出初始电池的剩余容量SOC0。
由于对铅酸或者锂电池而言，在其性能完全稳定的时候，其开路电压与剩余电量存在很明显的线性关系，而且这种线性关系受环境温度以及蓄电池的老化因素影响很小[3]。所以：
SOC0＝(Uk－b)/(a－b)(3)
式中：Uk为电池开路电压；a,b为估计系数。1.2安时积分法
试验中除了用开路电压法估计SOC外，其余时间均用安时积分计量法来估计SOC[3]。即：
SOC＝SOC0－QB/CB(4)
，式中：K＝K2×K3，为电流修正系数；K2代表温度修正系数；K3代表在标准温度下，以标准电流IB放电放出的电量QB与以不同放电电流I放电放出的电量Q之比，即K3=QB/Q
，可以通过试验求得。
(1)K2的确定
目前常用的温度补偿公式为式（5）。K2=1+0.008(TB－T)(5)
式中:TB为标准温度；T为设定温度。(2)K3的确定
由派克特（peukert）公式,电池放电时的剩余电量C与放电电流I有式（6）关系。C＝K×I1－n(6)
只要初始条件相同，则K和n是相同的。因此有式(7)。K3=CB/C=(I/IB)n－1(7)
这样，只要测得几组C、I来求得K和n，即可确定K3（n为与蓄电池结构特别是极板厚度有关的常数，其值在1.15～1.42之间；K为与蓄电池中活性物质的量有关的常数）。
Peukert方程说明，放电电流愈大，蓄电池容量愈小；但放电电
流很小时不适用。1.3SOC的确定
开路电压和安时积分法结合可得式（8）。(8)设计中将开路电压法和安时积分法相结合使用，此方案试验阶段要测量的量有：恒定的充放电流，充放电时间，开路电压，温度。实际应用时要测量的量有：开路电压Uk，动态电流I，温度T。SOC估计的程序流程图如图1所示。其中用安时积分法实时估计SOC的过程流程图如图2所示。
1.4SOC估算编程代码
voidChip_init(){Para_init();//自己定义的全局变量参数初始化(例如
K
2
与K3等)
ADC_init();//模数转换模块初始化
CRG_init();//时钟复位产生模块初始化
SPI_init();//串行外设接口模块初始化
//......//主控芯片中你还需要用到的模块都在这里初始化
(例如定时器等)}unsignedintTemperature(){//先用热敏电阻调试
//数据从AD口读入，根据试验标定数值，转换成相应的
温度值
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