在锂电池管理系统中，是什么常用的SOC计算办法你了解吗？

2021-04-25 ryder

1.2.2电流采样电路

电流采样时，电池管理系统中的参数是电池过流保护的紧要根据。本系统中电流采样电路如图2所示。当电池放电时，用康铜丝对电流信号进行测试，将测试到的电压信号经过差模放大器的放大，变为0～5V的电压信号送至单片机。如果放电的电流过大，单片机测试到的电压信号比较大，就会驱动三极管动作，改变MOS管栅极电压，关断放电的回路。比如，对于36V的锰酸锂离子电池来说，设定其保护电流是60A。康铜丝的电阻是5mΩ左右。当电流达到60A时，康铜丝的电压达300mV左右。为提高精度，将电压通过放大器放大10倍送至单片机测试。

1.2.3温度测试

电池包在充、放电过程中，一部分能量以热量形式被释放出来，这部分热量不及时排除会引起电池包过热。如果单个镍氢电池温度超过55℃，电池特性就会变质，电池包充、放电平衡就会被打破，继而导致电池包永久性损坏或爆炸。为戒备以上情况发生，需要对电池包温度进行实时监测并进行散热解决。

采用热敏电阻作为温度传感器进行温度采样。热敏电阻是一种热敏性半导体电阻器，其电阻值随着温度的升高而下降。电阻温度特性可以近似地用下式来表示：

1.3均衡模块

电池包常用的均衡办法有分流法、飞速电容均衡充电法、电感能量传递办法等。在本系统中，需要较多的I/O口驱动开关管，而单片机的I/O口有限，所以采取整充转单充的充电均衡办法。原理图如图3所示。Q4是控制电池包整充的开关，Q2、Q3、Q5是控制单节电池充电的开关。以10节锰酸锂离子电池包为例，变压器主线圈两端电压为42V，副线圈电压为电池的额定电压4.2V。刚开始Q4导通，Q2、Q3、Q5截止，单节电池的电压不断升高，当测试到某一节电池的电压达到额定电压4.2V以后，电压测试芯片发出驱动信号，封闭Q4，打开Q2、Q3、Q5，整个系统进入单充阶段，未洋溢的电池持续充电，以达到额定电压的电池保持额定电压不变。经探测，电压差值不会超过50mV。

2SOC电量测试

在锂电池管理系统中，常用的SOC计算办法有开路电压法、库伦计算法、阻抗测量法、综合查表法[3]。

(1)开路电压法是最简单的测量办法，主要依据电池开路电压的大小判断SOC的大小。由电池的工作特性可知，电池的开路电压与电池的剩余容量存在着一定的对应关系。

(2)库仑计算法是通过测量电池的充电和放电电流，将电流值与时间值的乘积进行积分后计算得到电池充进的电量和放出的电量，并以此来估计SOC的值。

(3)阻抗测量法是利用电池的内阻和荷电状态SOC之间一定的线性关系，通过测出电池的电压、电流参数计算出电池的内阻，从而得到SOC的估计值。

(4)综合查表法中电池的剩余容量SOC与电池的电压、电流、温度等参数是密切相关的。通过设置一个相关表，输入电压、电流、温度等参数就可以查询得到电池的剩余容量值。

在本设计中，从电路的集成度、成本、所选MCU的性能方面考虑，采用了软件编程的办法。综合几种办法，采用库伦计算法比较适宜。

(1)用C表示锂离子电池包从42V降到32V时放出的总的电量。

(2)用η表示电流i经过时间t后，放出的电量与C的比值。

其中CRM为剩余电量。令ΔCi=i×Δt，表示?驻t时间内电池包以i放电的放电量；或者是以i充电的充电量，剩余电量实际上是对ΔCi的计算以及累加。设定适宜的采样时间Δt，测定当前的电流值，然后计算乘积，得到Δt时间内剩余容量CRM的变化量，从而不断更新CRM的值，即可实现SOC电量的测试。

3实验结果

通过电池管理系统对锰酸锂离子电池包进行充放电探测。图4(a)为锂离子电池包放电探测图，放电电流为8A，当电池包电压降至32V时，放电MOS管关断。图4(b)为充电的探测图。充电结束4小时后，均衡完成。