【SOC的多種計(jì)算方法】

soc的估算方法大致有五種：電流積分法、開路電壓法、阻抗法、智能估算法、狀態(tài)觀測(cè)器。今天先給大家介紹前兩種方法。

什么是SOC
電池的狀態(tài)（State of Charge，SOC）是電池能夠提供的電荷總量與總電荷容量的比率，通常用百分比表示。在電池管理系統(tǒng)（Battery Management System，BMS）中，精準(zhǔn)地計(jì)算電池的SOC是非常重要的，因?yàn)樗梢詭椭鶥MS判斷電池的剩余能量，從而控制電池的使用和充放電過(guò)程，延長(zhǎng)電池的壽命。

目前，常用的計(jì)算電池SOC的方法主要有電流積分法和開路電壓法。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，但都存在一定的誤差。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常常將兩種方法結(jié)合起來(lái)使用，以提高SOC的精度。

本文將詳細(xì)介紹如何使用電流積分法和開路電壓法結(jié)合起來(lái)計(jì)算電池的SOC。

一、電流積分法
電流積分法是一種通過(guò)對(duì)電池的充放電電流進(jìn)行積分，來(lái)計(jì)算電池SOC的方法。它的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，不需要進(jìn)行標(biāo)定。下面是電流積分法的具體步驟：

步驟1：記錄電池開始充電或放電時(shí)的SOC。

步驟2：記錄電池充放電時(shí)的電流。

步驟3：對(duì)電池的電流進(jìn)行積分，得到電池的電量變化量。

步驟4：根據(jù)電量變化量和開始時(shí)的SOC，計(jì)算出當(dāng)前的SOC。

公式：SOC = 初始SOC + ∫(I*dt)/Q

其中，I表示電流，Q表示電池的電量，dt表示時(shí)間間隔。

需要注意的是，由于電池內(nèi)阻等因素的存在，電流積分法的計(jì)算結(jié)果存在一定的誤差。此外，電流積分法只能對(duì)電池進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的充放電測(cè)試，才能得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。

二、開路電壓法
開路電壓法是通過(guò)測(cè)量電池的開路電壓（即在沒(méi)有負(fù)載情況下的電壓）來(lái)計(jì)算電池SOC的方法。開路電壓法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，無(wú)需進(jìn)行電流測(cè)量。下面是開路電壓法的具體步驟：

步驟1：根據(jù)電池的型號(hào)和廠家提供的SOC-開路電壓曲線，建立SOC和開路電壓之間的關(guān)系。

步驟2：測(cè)量電池的開路電壓。

步驟3：根據(jù)步驟1中建立的SOC-開路電壓曲線，計(jì)算出當(dāng)前的SOC。

需要注意的是，電池的SOC-開路電壓曲線是隨著電池的使用和壽命的變化而變化的，因此，需要定期進(jìn)行標(biāo)定，以確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

另外，由于電池的內(nèi)阻等因素的影響，開路電壓法也存在一定的誤差。尤其在高放電狀態(tài)下，誤差會(huì)更大。

三、結(jié)合使用電流積分法和開路電壓法
電流積分法和開路電壓法各自有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，常常將兩種方法結(jié)合起來(lái)使用，以提高SOC的精度。

結(jié)合使用電流積分法和開路電壓法的具體步驟如下：

步驟1：使用電流積分法記錄電池的充放電情況，并得到當(dāng)前的SOC1。

步驟2：使用開路電壓法測(cè)量電池的開路電壓，并根據(jù)SOC-開路電壓曲線計(jì)算出當(dāng)前的SOC2。

步驟3：根據(jù)SOC1和SOC2，計(jì)算出當(dāng)前的SOC。

公式：SOC = k1SOC1 + k2SOC2

其中，k1和k2是權(quán)重系數(shù)，它們的和等于1。權(quán)重系數(shù)的選擇需要考慮到電池的使用情況、測(cè)試時(shí)間和測(cè)試精度等因素。一般來(lái)說(shuō)，如果電池進(jìn)行了較長(zhǎng)時(shí)間的充放電測(cè)試，那么k1的值應(yīng)該更大；如果電池的開路電壓測(cè)量精度較高，那么k2的值應(yīng)該更大。

需要注意的是，在結(jié)合使用電流積分法和開路電壓法時(shí)，需要進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定工作，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。此外，電池的內(nèi)阻、溫度等因素對(duì)計(jì)算結(jié)果也有一定的影響，需要進(jìn)行相應(yīng)的校正。

四、結(jié)論
綜上所述，電流積分法和開路電壓法是計(jì)算電池SOC的兩種主要方法，它們各自有其優(yōu)缺點(diǎn)。為了提高SOC的精度，在實(shí)際應(yīng)用中，常常將兩種方法結(jié)合起來(lái)使用。通過(guò)結(jié)合使用電流積分法和開路電壓法，可以克服各自的缺點(diǎn)，提高SOC的精度和可靠性。然而，在使用這兩種方法時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的標(biāo)定和校正，以保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。

第一種：電壓法
在 STM32 中，電池電量百分比的計(jì)算需要考慮到電池的電壓曲線和電量曲線。一般來(lái)說(shuō)，電量百分比可以通過(guò)下面的公式計(jì)算：

電量百分比 = （當(dāng)前電壓值 - 最低電壓值）/（最高電壓值 - 最低電壓值）* 100%

其中，最低電壓值和最高電壓值需要根據(jù)電池的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。在實(shí)際使用中，可以通過(guò) ADC 模塊讀取電池的電壓值，然后將其轉(zhuǎn)換為電量百分比。具體的 C 語(yǔ)言代碼如下：

#define ADC_MAX_VALUE 4096 // ADC 最大值
#define VOLTAGE_DIVIDER_RATIO 2 // 電壓分壓比
#define BATTERY_MAX_VOLTAGE 4.2 // 電池滿電電壓
#define BATTERY_MIN_VOLTAGE 3.0 // 電池極低電壓

float get_battery_voltage(void) {
uint16_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc); // 讀取 ADC 值
float voltage = (float)adc_value / ADC_MAX_VALUE * VREF * VOLTAGE_DIVIDER_RATIO; // 轉(zhuǎn)換為電壓值
return voltage;
}

uint8_t get_battery_percentage(void) {
float voltage = get_battery_voltage();
uint8_t percentage = (voltage - BATTERY_MIN_VOLTAGE) / (BATTERY_MAX_VOLTAGE - BATTERY_MIN_VOLTAGE) * 100;
return percentage;
}

以上代碼假設(shè)使用的 ADC 通道已經(jīng)初始化并啟動(dòng)，get_battery_voltage() 函數(shù)用于讀取電池電壓值，get_battery_percentage() 函數(shù)用于計(jì)算電量百分比。需要注意的是，上述代碼僅供參考，實(shí)際使用中需要根據(jù)具體情況進(jìn)行調(diào)整。

第二種：累積電量積分法
對(duì)于電池管理系統(tǒng)（BMS）的電量計(jì)算，一般采用累積電量積分法。要計(jì)算電池的電量百分比，需要知道當(dāng)前電池的電量和額定電量。以下是一種簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)方法：

獲取電池實(shí)際電壓值，單位為毫伏（mV）。

獲取電池額定電壓值，單位為毫伏（mV）。

計(jì)算電池當(dāng)前電量，單位為毫安時(shí)（mAh）。

計(jì)算電池額定電量，單位為毫安時(shí)（mAh）。

根據(jù)以下公式計(jì)算電池電量百分比：電量百分比 = 當(dāng)前電量 / 額定電量 * 100%

在BMS中，可以使用ADC模塊來(lái)獲取電池實(shí)際電壓值，并使用電流傳感器來(lái)獲取電池充放電電流值，從而計(jì)算電池當(dāng)前電量。以下是一種簡(jiǎn)單的代碼實(shí)現(xiàn)：

#define VBAT_R1 10000 // 電阻R1的值，單位為歐姆（Ω）
#define VBAT_R2 10000 // 電阻R2的值，單位為歐姆（Ω）
#define VBAT_ADC_RES 4096 // ADC的分辨率
#define VBAT_R1_R2_RATIO 0.5 // R1和R2的比值

float get_battery_voltage(void)
{
uint16_t adc_value = 0;
float voltage = 0;
// 讀取ADC的值
adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);

// 根據(jù)ADC的值計(jì)算電壓值
voltage = (float)adc_value * 3.3 / (float)VBAT_ADC_RES * VBAT_R1_R2_RATIO;

// 根據(jù)電壓分壓計(jì)算實(shí)際電池電壓值
voltage = voltage / (VBAT_R2 / (VBAT_R1 + VBAT_R2));

return voltage;
}

float get_battery_current(void)
{
uint16_t adc_value = 0;
float current = 0;
// 讀取ADC的值
adc_value = HAL_ADC_GetValue(&hadc2);

// 根據(jù)ADC的值計(jì)算電流值
current = ((float)adc_value - 2048) * 3.3 / 4096 / 0.04;

return current;
}

float get_battery_capacity(float current, float time)
{
float capacity = 0;
// 計(jì)算電量
capacity = current * time / 3600;

return capacity;
// 計(jì)算電池當(dāng)前電量
float current = get_battery_current();
float time = 1; // 積分時(shí)間，單位為秒
float current_capacity = get_battery_capacity(current, time);
capacity += current_capacity;

// 計(jì)算電池電量百分比
percentage = (int)(capacity / rated_capacity * 100);

// 限制百分比在0-100之間
percentage = percentage > 100 ? 100 : percentage;
percentage = percentage < 0 ? 0 : percentage;

return percentage;
}

其中，get_battery_voltage()函數(shù)用于獲取電池實(shí)際電壓值，get_battery_current()函數(shù)用于獲取電池充放電電流值，get_battery_capacity()函數(shù)用于計(jì)算電池當(dāng)前電量，get_battery_percentage()函數(shù)用于計(jì)算電池電量百分比。在使用時(shí)，需要提供電池的額定電壓、電量和實(shí)際電壓等參數(shù)。

注意，在計(jì)算電池當(dāng)前電量時(shí)，需要進(jìn)行電流積分，積分時(shí)間可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行調(diào)整。

第三種：開路電壓法
開路電壓法是一種基于電池開路電壓與SOC之間的關(guān)系計(jì)算SOC的方法。具體計(jì)算公式如下：

SOC = f(V_oc)

其中，V_oc是電池的開路電壓，f是一種特定的函數(shù)，它反映了電池開路電壓與SOC之間的關(guān)系。不同類型的電池有不同的f函數(shù)，常見(jiàn)的有線性關(guān)系、二次函數(shù)關(guān)系等。下面是使用C語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)線性函數(shù)開路電壓法計(jì)算電池SOC的代碼示例：

#include 
int main()
{
// 輸入電池的電壓、最小電壓和最大電壓
float voltage, min_voltage, max_voltage;
printf(“請(qǐng)輸入電池的電壓、最小電壓和最大電壓（以空格分隔）：”);
scanf("%f %f %f", &voltage, &min_voltage, &max_voltage);
// 計(jì)算電池的SOC
float soc = (voltage - min_voltage) / (max_voltage - min_voltage) * 100;
printf(“電池的SOC為：%.2f%%”, soc);
return 0;
}

第四種：卡爾曼濾波法
卡爾曼濾波法是一種基于電池電流、電壓及其他信息計(jì)算SOC的方法，它采用了狀態(tài)估計(jì)和卡爾曼濾波技術(shù)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程比較復(fù)雜，需要借助數(shù)學(xué)模型和計(jì)算機(jī)算法。下面是使用C語(yǔ)言調(diào)用卡爾曼濾波庫(kù)計(jì)算電池SOC的代碼示例：

#include 
#include “kalman.h”
int main()
{
// 初始化卡爾曼濾波器
kalman_state state;
kalman_init(&state, 1.0, 1.0, 1.0, 0.0);
// 輸入電池的電流和電壓
float current, voltage;
printf(“請(qǐng)輸入電池的電流和電壓（以空格分隔）：”);
scanf("%f %f", ¤t, &voltage);
// 使用卡爾曼濾波器計(jì)算電池SOC
float soc = kalman_update(&state, current, voltage);
printf(“電池的SOC為：%.2f%%”, soc);
return 0;
}

有需要的可以給作者留言

審核編輯 黃宇