锂电池的SOC是什么意思?
eeskill 2022-09-29

电池的荷电状 态 (stateofcharge,SOC)测量计算是 电池管理 系统 (BMS)中最基础重要 的部分。电池荷电状态的准确监测不仅能够为使用者提供电池能量供给状态 ,它还是电池管理系统中充放电管理、均衡控制管理的基础 ,因此准确测量电池 SOC的值意义重大。锂 电池 的均衡本质上是荷 电状态的均衡 。其数值为电池 当前容量 与额 定容量 的比值 。 目前测量 SOC的方法有多种 ,主要有安时积分法 、开路电压法 、内阻法和卡尔曼滤波方法 。内阻法测量不稳定 ,数据扰动量较大;卡尔曼滤波算法对实时性要求较高 ,且初始参量较多 ,计算量大 。在充分考虑各种算法优劣和实用性 的基础上 。结合系统的具体情况 ,采用安时积分法估计 电池组的 SOC,然后通过开路 电压法和温度 系数修正 SOC值。

本文以 LTC6804—2芯片为锂 电池 电压采集控制芯片 ,使用霍尔传感器采集充放 电电流,使用 12C总线温度传感器芯片采集电池表壳温度 ,使用 LPC2478为主控芯片.设计 了一种基于 LTC6804—2的锂 电池 SOC应用系统 。

锂电池的SOC是什么意思?

State of Charge的缩写,一般是充电容量与额定容量的比值,用百分比表示。

一个电池一般是有额定容量的,在某倍率下充电一定的时间,你可以得到充电容量,这个容量与你的额定容量的比值即位SOC。

SOC尚无严格定义。通常认为 SOC=100%-DOD

DOD为电池放出电量 100%为电池满充状态是电量安时值

这个定义来自1996年USABC发布的电池测试手册。

这个定义里最大的问题在于100%是一个时变值,随着电池老化而变化DOD也是一个不确定的值,不同工况DOD是不一样的,同工况,测量方法不同DOD值也不同USABC电池测试手册里给出了一个DOD测量流程。

SoC 测量系统原理安时积分法

安时积分法通过对单位时间内流过电池组的电流进行积分从而得 SOC.计算公式如下 :

SOC 表示锂 电池 SOC的初始值 ,c 表示锂 电池的额定容量 ,t表示锂 电池 的充放 电时 间,,表示锂 电

池 的充放电电流。安时积分法简单 ,是现在常用 的方法 。由于该方法需要对 电流积分 ,因此对电流采集 的精度要求较高,而且误差会 由于积分不断积累 ,常时间使用误差会越来越大。

开路电压法

开路 电压法 的基本原理是锂 电池 的 SOC在 一定范 围内时 .开路 电压 与电池 的 SOC表现很 强 的相关性 ,可以通过实验 的方法得 出其相关 曲线。该方 法通过对锂电池充分静置 ,使电池端 电压恢复至开路电压 ,根据开路 电压 的大小来进行 SOC计算。该方法简单易行 ,而且精度较高 。但是 电池需要静置很长时间 ,不适合在线测量 ,实时性较差 。

本系统采 用安时积分法 加开路 电压法进行 SOC估算 .即在电池组充放 电的时候用安时法进行 SOC估算 ,在 电池组搁置状态时 ,用开路电压法和电池表壳温度系数对安时积分法修正 ,充分运用两种方法的特点 。提 高 SOC估算的精度。

系统硬件设计

系统采用 LPC2478作为主控芯片,整个系统由 l2节锂 电池组 、电压测量 电路 、温度传感器、温度采集 电路 、霍尔电流传感器 、电流测量 电路、通信 电路 组成。

系统硬件结构框图如图 1所示 。

电压测量硬件电路

LTC6804—2是第三代多节 电池 的电池组监视器,可测量最多 12个串接电池的电压并具有低于 1.2mV的 总测量 误差 。所 有 12节 电池 的 电压 可 在 290Ixs之内完成测量 ,并可选择较低的数 据采集速率以实现高噪声抑制 。LTC6804—2具有频率可编程 三阶噪声滤波器的 l6位增量累加型 ADC。LTC6804—2电池电压测量 电 路 如 图 2所 示 。ISOMD 接 低 电 平 表 示 将LTC6804作为 SPI从设备 配置 ,SPI接 口与 LPC2478之间采用硅芯片隔离 ,减少电池侧对数字主控电路 的干扰 。锂电池每组电芯电压为 3.3V。

温度采集硬件电路

温度采集芯片使用美 国德州仪器公 司的 TMP100温度传感器芯片 ,温度 ADC采集硬件电路设计如图 3所示 。

其中 TMP1O0一D1一ADD0和 TMP100一D1一ADD1的不同组合 ,代表该芯片从设备的通信地址 ,器件的从地址 定 义见 表 1

每个 TMP100芯片可以支持 8种不 同的 12C从地址 ,系统设计有 12路锂 电池 ,需要 TMP100芯片两片 ,需要 占用主控芯片 LPC2478两路 IC接 口。

电流测量硬件电路

电流测量数据通 过霍尔 电流传感器和 ADC电压采集芯片得到 ,本系统设计采用南京中霍传感科技有限公司的 HCS-LSP一20A霍尔电流传感 器。该传感器是基 于闭环磁平衡原理的一款霍尔 电流传感器 ,能够测量直流、交流 、脉冲以及各种不规则电流等。传感器的输出能真实反映通 电导体的的真实波。

电流传感器的输出电压范围为 0.5~4.5V,输 出电压通过 ADC采集芯片采集 ,ADC芯片采用 Maxim—IC公司的 MAX1062.该芯片支持 5V输人 .14bit采集精度 ,200kS/s采样率 ,SPI通信接 口,LPC2478芯片一路SPI接 口接该 ADC采集芯片。

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