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單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 作者：王維維 1引言 隨著(zhù)全球氣候環(huán)境及能源供需的變化，越來(lái)越多的國家認識到能源的重要性。習總書(shū)記指出，“十四五”時(shí)期，我國生態(tài)文明建設進(jìn)入了以降碳為重點(diǎn)戰略方向、推動(dòng)減污降碳協(xié)同增效、促進(jìn)經(jīng)濟社會(huì )發(fā)展全面綠色轉型、實(shí)現生態(tài)環(huán)境質(zhì)量改善由量變到質(zhì)變的關(guān)鍵時(shí)期。隨著(zhù)相關(guān)技術(shù)日漸成熟，以純電動(dòng)汽車(chē)、混合動(dòng)力汽車(chē)和燃料電池汽車(chē)為代表的新能源汽車(chē)，得到了蓬勃的發(fā)展。 
資料來(lái)源：國家統計局 以蓄電池為動(dòng)力的純電動(dòng)汽車(chē)，簡(jiǎn)稱(chēng)EV（Electric Vehicle）。因其節能環(huán)保、零排放、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，正逐步取代傳統燃料汽車(chē)的地位。電池管理系統作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，對保護電池安全、提高車(chē)輛性能及延長(cháng)使用壽命至關(guān)重要。電池管理系統的關(guān)鍵功能有電池性能管理、安全保護、均衡管理、信息通訊以及充電管理等等。大家最關(guān)心的電動(dòng)汽車(chē)續航問(wèn)題，其關(guān)鍵就在于對電池荷電狀態(tài)（State of charge, SOC）估算的準確性。 電池SOC反映了電池中的剩余電量，對電池 SOC估算的準確性直接影響了整車(chē)續航里程、可輸出最大功率等整車(chē)核心性能和安全功能。又因為電池本身內部機理復雜，車(chē)輛運行工況多變，電池 SOC的精確估算存在著(zhù)很大的挑戰。 2電池SOC估計方法 SOC一般以美國先進(jìn)電池聯(lián)合會(huì )的定義為標準，表示為當前時(shí)間環(huán)境下電池的剩余電量與額定容量的比值，具體的計算表達式為：
其中，Q_remain為電池剩余電量，Q_N表示當前條件下電池的額定容量。與電流、電壓等參數不同，電池的SOC無(wú)法直接測量得到，而需要根據可測量的電流、電壓、溫度等物理量間接進(jìn)行估計。鋰電池在實(shí)際使用過(guò)程中，SOC會(huì )隨著(zhù)電池容量、內部阻容參數、溫度、放電率和老化程度等特征參數不斷變化，因此準確且實(shí)時(shí)地估計SOC一直是相關(guān)技術(shù)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)和難點(diǎn)。經(jīng)過(guò)國內外專(zhuān)家學(xué)者十幾年的研究，不同類(lèi)型的SOC估計方法陸續被提出。在大量的文獻檢索基礎上，對電池SOC估算方法進(jìn)行分類(lèi)，結果如下圖所示。
圖1 電池SOC估算方法分類(lèi) 2.1基于表征參數的估算方法 指利用電池外部特性參數與SOC之間的映射關(guān)系，通過(guò)實(shí)驗來(lái)表征電池行為，將電池參數與SOC的關(guān)系列表化，俗稱(chēng)查表法。這種方法能夠簡(jiǎn)單快速的求得SOC值，但是有兩個(gè)限制條件，其一是表征參數與SOC之間的關(guān)系需穩定，否則一一對應的查表法會(huì )帶來(lái)極大的估計誤差；其二是所選擇的參數必須是較容易獲得的，太難獲取或者與SOC值之間關(guān)系不明確的參數不予考慮。 目前常用的基于表征參數的估算方法有放電實(shí)驗法、開(kāi)路電壓法、內阻法和電化學(xué)阻抗譜。 2.2基于定義式的估算方法 又稱(chēng)作電流積分法或庫倫計數法，是目前應用最廣泛的鋰離子電池SOC估計方法之一。主要通過(guò)計算一段時(shí)間內電流和充放電時(shí)間的積分，進(jìn)而計算一段時(shí)間內放出的電量，估計電池的SOC。 與其它SOC估算方法相比，安時(shí)積分法相對簡(jiǎn)單易行，但該方法也存在著(zhù)兩方面的局限性：其一，該方法更適合用于放電電流比較穩定的情況，在實(shí)際應用中，電動(dòng)汽車(chē)在行駛狀態(tài)下電池的放電電流很難達到持續穩定的狀態(tài)；其二，該算法對SOC的初始值依賴(lài)性大，由于電流傳感器精度不夠、采樣頻率低、信號受干擾等原因，長(cháng)期使用會(huì )導致測量誤差不斷累積擴大，因此需要引入相關(guān)修正系數對累積誤差進(jìn)行糾正。 2.3基于模型的估算方法 該方法基于控制理論，根據研究對象的機理不同，對電池進(jìn)行建模，再根據電池模型設計相應的濾波器或者估計器。主要包括電化學(xué)模型、等效電路模型等電池數學(xué)模型。 ①電化學(xué)模型（EM）：根據電化學(xué)反應過(guò)程計算電池的端電壓和SOC，是一種基于多孔電極和溶液濃度理論的電池模型。主要反映電池內部化學(xué)反應機理，模型準確度高，但是很難確定所有的參數，具有巨大的計算復雜度和耗時(shí)性。 ②電化學(xué)阻抗模型（EIM）：可以準確描述電池特性，但在實(shí)際應用中匹配過(guò)程難度大、復雜并且不直觀(guān)，并且阻抗模型只有在特定的SOC和溫度有用，無(wú)法預測直流反應及電池運行時(shí)間。 ③等效電路模型（ECM）：用來(lái)描述和模擬電池的動(dòng)態(tài)特性，它將電池看作一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò )，用電壓源、電阻、電容等器件組成電路，來(lái)模擬電池內部特性 為了實(shí)現動(dòng)態(tài)SoC估計，常將濾波器和觀(guān)測器與電池模型相結合，構成基于模型的SoC估算方法。常用的濾波器和觀(guān)測器有： ①卡爾曼濾波器(KF) ②粒子濾波器（PF） ③H∞濾波器（HIF） ④其他狀態(tài)觀(guān)測器（滑模觀(guān)測器等） 基于模型的估算方法使用閉環(huán)結構，通過(guò)不斷不斷的修正SOC估算值，使得SOC估算值不斷的向真實(shí)值靠近，進(jìn)而使算法具有一定的魯棒性。具體如下圖所示。
圖2基于模型的鋰電池SOC估計方法結構圖 2.4基于數據驅動(dòng)的估算方法 基于數據驅動(dòng)的估算方法無(wú)需考慮電池內部復雜的化學(xué)反應機理，而是基于大量電池實(shí)驗測試數據，來(lái)建立并訓練電流、電壓、溫度等外部特性參數與SOC之間的映射關(guān)系模型。 以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型為典型代表，該方法在忽略電池內部化學(xué)反應細節的同時(shí)具備極高的擬合能力，適用于各種動(dòng)力電池的SOC估計，且估計精度高。但是訓練需要大量的數據，計算量大，在實(shí)際應用中，必須配備高性能的芯片，使得BMS成本增加。
圖3基于數據驅動(dòng)的估算方法 2.5混合方法 將兩種或多種方法結合應用，形成一種混合方法，可以利用不同算法的優(yōu)點(diǎn)來(lái)有效提高SOC的估計性能。如利用數據驅動(dòng)方法的優(yōu)化方法結合基于模型的算法來(lái)提高SOC估計的準確性、魯棒性和估算速度。 對5類(lèi)電池SOC估算方法的性能進(jìn)行總結，結果如下表所示。 表1各類(lèi)SOC估算方法性能對比
在對上述SOC估算方法的分析中可以發(fā)現，不同的估算方法各自的優(yōu)缺點(diǎn)明顯。目前國內實(shí)際應用的實(shí)時(shí)在線(xiàn)估算SOC的方法仍然以安時(shí)積分法為主，考慮到安時(shí)積分法自身的局限性，往往結合不同的修正方法共同完成對鋰電池初始荷電狀態(tài)的檢測，在此過(guò)程中，傳感器檢測性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到電動(dòng)汽車(chē)電池組的穩定性和可靠性。 03 電流檢測需求 根據《GB/T 38661-2020 電動(dòng)汽車(chē)用電池管理系統技術(shù)條件》標準中定義的BMS檢測精度，對相關(guān)功能項目性能指標提出了要求。
CSM系列電流傳感器，基于浙江巨磁自主知識產(chǎn)權iFluxgate®技術(shù)，具有高精度、低溫漂、發(fā)熱量低、響應速度快、模塊化設計等特點(diǎn)。通過(guò)CE、RoHS認證，能夠準確獲取充放電電流，有效優(yōu)化傳統的充放電方式，延長(cháng)電池使用壽命，節約能量。該系列電流傳感器可廣泛應用于需要精確測量電流的電池管理（SOC、SOE、SOF等）等應用場(chǎng)合，以及純電動(dòng)車(chē)、插電混合動(dòng)力汽車(chē)及儲能設備等領(lǐng)域，如新能源電動(dòng)汽車(chē)的PACK、BMS、BDU、PDU等。誠摯歡迎各位尊貴的用戶(hù)廣泛并深入了解我們的產(chǎn)品。
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