电池监视器如何影响SOC的准确性

    电池监控器/保护器是负责检测电池电压、电流和温度的 IC。然后将这些测量值发送到电量计，电量计根据这些读数估算电池的 SOC。
    由于电池监测器（Battery Monitor，BM）是SOC估算过程的步，其测量精度不可避免地对终的SOC估算误差产生影响。在严重依赖库仑计数或简单电池模型来估算 SOC 的传统 BMS 中，电池监视器测量精度是 SOC 估算偏差的主要来源。这促使电池组设计人员寻求准确的电池电压测量能力。然而，使用的电量计算法改进 SOC 估计在提高 SOC 精度方面远比仅提高电池监控器电压测量精度更有效。
    此外，当前电池组设计的趋势正在转向使用组合电池监视器和保护器 (BMP) IC。BMP IC 利用了这样一个事实：电池监视器是距离电池近的元件，因此是个检测潜在故障和危险的元件。这意味着BMP IC无需MCU干预即可触发保护，使电池系统更加安全。
    尽管一些设计人员主要根据精度来选择电池监视器，但测量值和实际值之间的微小差异对系统几乎不会造成危险。小偏差不会损坏电池，因为它不会严重到足以阻止保护被触发。
    电池 监视器和电量计的影响
    到目前为止，本文已经描述了电量计方法和电池监视器精度如何驱动 SOC 估算精度。然而，我们仍然需要评估不同的电量计方法和 BM 精度如何影响 SOC 精度。运行了多个仿真，结合不同的电量计方法和 BM 精度，以确定它们对 SOC 误差的贡献。图 2 和图 3 显示了这些场景的 SOC 误差。
    图 2 和图 3 中的不同场景包括 10 个完整的充电/放电周期，中间有 15 分钟的松弛和 50% 的初始 SOC。在所有场景中，BM 电流测量偏移均为 20 mA。一个理想的数学模型被用来化由于模型不准确引起的误差，这意味着电池数据是从所有电量计方法使用的同一模型生成的。考虑了三种不同的电量计方法。
    库仑计数，对进出电池的电流进行积分；请注意，电压仅用于 SOC 初始化。
    库仑计数加上基于开路电压 (OCV) 的校正，它在充电/放电期间使用库仑计数方法，并在松弛期间使用开路电压关系进行 SOC 校正。

    MPS 的混合方法，该方法考虑了测量和数学单元模型的不确定性，以实现库仑计数的短期精度和数学单元模型提供的长期收敛性。

    图 2显示了锂镍锰钴氧化物 (NMC) 化学电池的 SOC 误差。
    图 2 NMC 化学示例的 SOC 误差显示使用混合方法时误差减少。资料来源：单片电源系统

    图 3显示了磷酸铁锂 (LFP) 化学电池的 SOC 误差。请注意，由于 LFP 的 OCV 平坦，因此其化学成分对电压测量的不准确性更加敏感。

    图 3 LFP 化学示例的 SOC 误差显示使用混合方法时误差减少。资料来源：单片电源系统
    从图 2 和图 3 中可以得出以下结论：
    库仑计数方法提供的结果差，因为由于缺乏反馈，它无法从不准确的初始 SOC 中恢复。此外，电流测量中的任何误差都会导致 SOC 随着时间的推移而漂移。
    库仑计数加上基于 OCV 的校正方法有助于减少 SOC 随时间的漂移，但也有一些缺点。首先，修正可能并不频繁，因为它们只发生在放松期间。其次，修正会导致 SOC 跳跃，从而产生系统级问题并对终用户产生负面影响。OCV 模型和电池电压测量中的任何错误都会极大地影响该方法。
    混合方法应用小但连续的 SOC 校正，以确保 SOC 估计平滑并跟踪真实的 SOC。这是通过使用高保真模型的电压、电流和温度测量来实现的。此外，该算法还根据当前运行条件对 SOC 进行校正，并考虑模型/测量的误差。这限制了对任何单个参数（例如电池电压测量）非常高精度的需求。
    请务必注意，随着时间的推移，电池模型参数（例如电阻和容量）会发生变化，这可能会影响 SOC 精度，即使在使用昂贵的高端电池监视器的系统中也是如此。这就是为什么拥有一个准确的电量计至关重要，该电量计可以通过从电池监视器接收同步电压和电流测量值来计算电池阻抗。先进的电池监控 IC 可实现同步测量。