【導讀】隨著電池性能的大幅提升，越來越多的應用使用電池包提供能量。在電池管理係統中，如何準確地估算電池的 SOC 是設計者需要考慮的重點與難點。

SOC，全稱是 State of Charge，電池荷電狀態

，也叫剩餘電量，常用百分數表示。當 SOC=0 時表示電池放電完全，當 SOC=100% 時表示電池完全充滿。SOC 與我們的生活息息相關，如常見的手機電量，智能手表電量，電動車電量，都由 SOC 計算得出。由於電池複雜的化學特性導致 SOC 估算出現誤差，在 SOC 估算時需要考慮電池複雜的應用條件

，同時需要引入與電化學特性相關的多種變量。

圖1：電池容量與溫度和放電率的關係示意圖

1 SOC 難估算的原因

放電時，電池電壓小於一定值，認為電池放空
；充電時電池恒壓充電當電流小於一定值時，認為電池充滿。在電池放空到充滿的過程中，由於以下因素

，電池的容量是不一樣的。

a. 充放電倍率。由於電池存在內阻，充放電倍率不同，導致電池可以使用的容量不同。

b. 溫度狀態特性。不同材料的電池都會受到溫度的影響，特別是在低溫狀態下電池的性能會有所降低。

c. 電(dian)池(chi)壽(shou)命(ming)狀(zhuang)態(tai)特(te)性(xing)。電(dian)池(chi)在(zai)使(shi)用(yong)的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)壽(shou)命(ming)將(jiang)逐(zhu)漸(jian)衰(shuai)減(jian)
，衰(shuai)減(jian)機(ji)理(li)主(zhu)要(yao)在(zai)於(yu)正(zheng)負(fu)極(ji)材(cai)料(liao)晶(jing)體(ti)的(de)塌(ta)陷(xian)和(he)電(dian)極(ji)的(de)鈍(dun)化(hua)導(dao)致(zhi)了(le)有(you)效(xiao)鋰(li)離(li)子(zi)的(de)損(sun)失(shi)。總(zong)電(dian)量(liang)也(ye)將(jiang)從(cong) BOL（Beginning of Life）向 EOL（End of Life）狀態趨近。因此在計算 SOC 時需要考慮是采用 BOL 時刻的總容量

，還是當前壽命下的實際總容量。

電池包每節電池的 SOC 狀態會影響總電池包的 SOC 的計算。多節電池串聯時候，常常存在電池電壓不平衡的狀況。

2 SOC 算法介紹

基於內阻補償的開路電壓法

開路電壓法（OCV）是最早的電池容量測試方法之一
，開路電壓法是根據電池的開路電壓與電池內部鋰離子濃度之間的變化關係，間接地擬合出它與電池 SOC 之間的一一對應關係。

開路電壓法簡單便捷，但是估算的精度並不高。該方法隻能在電池長時間靜置狀態下估算 SOC，當電池有電流通過時，電池內阻產生的壓降會影響 SOC 估算精度。同時電池存在電壓平台
，特別是磷酸鐵鋰電池，在 SOC30%-80% 期間
，端電壓和 SOC 曲線近似為直線，這種情況下 SOC 的估算誤差會放大。

圖2：鋰電池開路電壓與 SOC 關係示意圖

基於以上問題，設計人員對開路電壓法做了補充，引入了電池內阻進行校正
，準確估算 OCV。當電池通過電流時，通過將實際測得的電池端電壓減去 I*R 來校正負載下的電壓，然後使用校正電壓來獲得當前的 SOC。

V = OCV-I*R(SOC,T）

基於內阻補償的開路電壓法提升了 SOC degusuanjingdu，danshishijiyingyongshiyouyuqifuzadedianhuaxuetexing


，dianchidianyabuhuilijiduifuzaidebianhuazuochufanying，ershiyouyidingyanchi。gaiyanchiyudianchidianyaxiangyingdeshijianchangshuxiangguanlian
，fanweiconghaomiaodaoshuqianmiao。tongshidianchideneibuzukangzaibutongtiaojianxiabianhuajiaoda

，yinci SOC 的精準估算依賴於阻抗的精準估算。

安時法（庫倫計數法）

經典的 SOC 估算一般采用安時積分法（也叫電流積分法或者庫侖計數法）。即電池充放電過程中，通過累積充進和放出的電量來估算 SOC。充電時
，進入電池的庫侖全部留在電池中，放電時全部流出的電量導致 SOC 的下降。

SOCnow = SOCpast-(Inow*t)/Qmax

安時積分法 SOC 估gu算suan精jing度du高gao於yu開kai路lu電dian壓ya法fa，但dan是shi該gai算suan法fa隻zhi是shi單dan純chun的de從cong外wai部bu記ji錄lu流liu入ru和he流liu出chu的de電dian池chi電dian量liang，忽hu略lve了le電dian池chi內nei部bu狀zhuang態tai的de變bian化hua。由you於yu不bu同tong的de電dian池chi模mo型xing有you不bu同tong的de自zi放fang電dian率lv
，這zhe也ye取qu決jue於yu電dian池chi的de SOC

、溫度和循環曆史，準確的自放電建模需要花費大量的時間收集數據，而且仍然相當不精確。同時電流測量不準
，造成 SOC 計算誤差會不斷累積，需要定期不斷校準。而且在電池長時間不活動或放電電流變化很大的應用中，庫倫積分法會產生一定誤差。

03 電壓電流混合算法

由(you)於(yu)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)法(fa)在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)況(kuang)下(xia)並(bing)不(bu)實(shi)用(yong)
，而(er)安(an)時(shi)積(ji)分(fen)法(fa)存(cun)在(zai)誤(wu)差(cha)，並(bing)且(qie)隨(sui)著(zhe)使(shi)用(yong)時(shi)間(jian)的(de)增(zeng)加(jia)誤(wu)差(cha)會(hui)繼(ji)續(xu)放(fang)大(da)。因(yin)此(ci)大(da)量(liang)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)將(jiang)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)法(fa)與(yu)其(qi)他(ta)方(fang)法(fa)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)

，共(gong)同(tong)進(jin)行(xing) SOC 的預測。業界用得最多的方法為開路電壓+安時積分法。

MPS 公司采用了先進的混合算法對 SOC 進行精準預測，結合庫倫積分法和開路電壓法優勢
，同時引入溫度和內阻兩個變量，通過不斷的計算和量測，擬合矯正 SOC，可以將 SOC 誤差平均值控製在2%以內。

圖3：MPS 公司基於電壓電流混合算法示意圖

MPF4279X，是基於 MPS 公司電壓電流混合算法的電量計芯片
，它具有以下特點：

●     支持2s~16s電池
，包括磷酸鐵鋰和三元鋰電芯

●     可以對每一節電池進行 SOC 計算，更好的預判整個電池充滿和放空條件

●     外圍線路簡單，易於設計
，支持外置5顆 LED 顯示電量，

●     外置 MCU M0 即可滿足運算要求

圖4：電量計芯片 -- MPF42790 功能方框圖

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