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電池的荷電狀 態 （stateofcharge，SOC）測量計算是 電池管理 系統 （BMS）中最基礎重要 的部分。電池荷電狀態的準確監測不僅能夠為使用者提供電池能量供給狀態 ，它還是電池管理系統中充放電管理、均衡控制管理的基礎 ，因此準確測量電池 SOC的值意義重大。鋰 電池 的均衡本質上是荷 電狀態的均衡 。其數值為電池 當前容量 與額 定容量 的比值 。 目前測量 SOC的方法有多種 ，主要有安時積分法 、開路電壓法 、內阻法和卡爾曼濾波方法 。內阻法測量不穩定 ，數據擾動量較大；卡爾曼濾波算法對實時性要求較高 ，且初始參量較多 ，計算量大 。在充分考慮各種算法優劣和實用性 的基礎上 。結合系統的具體情況 ，采用安時積分法估計 電池組的 SOC，然后通過開路 電壓法和溫度 系數修正 SOC值。


本文以 LTC6804—2芯片為鋰 電池 電壓采集控制芯片 ，使用霍爾傳感器采集充放 電電流，使用 12C總線溫度傳感器芯片采集電池表殼溫度 ，使用 LPC2478為主控芯片．設計 了一種基于 LTC6804—2的鋰 電池 SOC應用系統 。


鋰電池的SOC是什么意思？


State of Charge的縮寫，一般是充電容量與額定容量的比值，用百分比表示。


一個電池一般是有額定容量的，在某倍率下充電一定的時間，你可以得到充電容量，這個容量與你的額定容量的比值即位SOC。


SOC尚無嚴格定義。通常認為 SOC=100%-DOD


DOD為電池放出電量 100%為電池滿充狀態是電量安時值


這個定義來自1996年USABC發布的電池測試手冊。


這個定義里最大的問題在于100%是一個時變值，隨著電池老化而變化DOD也是一個不確定的值，不同工況DOD是不一樣的，同工況，測量方法不同DOD值也不同USABC電池測試手冊里給出了一個DOD測量流程。


SoC 測量系統原理安時積分法


安時積分法通過對單位時間內流過電池組的電流進行積分從而得 SOC．計算公式如下 ：






SOC 表示鋰 電池 SOC的初始值 ，c 表示鋰 電池的額定容量 ，t表示鋰 電池 的充放 電時 間，，表示鋰 電


池 的充放電電流。安時積分法簡單 ，是現在常用 的方法 。由于該方法需要對 電流積分 ，因此對電流采集 的精度要求較高，而且誤差會 由于積分不斷積累 ，常時間使用誤差會越來越大。


開路電壓法


開路 電壓法 的基本原理是鋰 電池 的 SOC在 一定范 圍內時 ．開路 電壓 與電池 的 SOC表現很 強 的相關性 ，可以通過實驗 的方法得 出其相關 曲線。該方 法通過對鋰電池充分靜置 ，使電池端 電壓恢復至開路電壓 ，根據開路 電壓 的大小來進行 SOC計算。該方法簡單易行 ，而且精度較高 。但是 電池需要靜置很長時間 ，不適合在線測量 ，實時性較差 。


本系統采 用安時積分法 加開路 電壓法進行 SOC估算 ．即在電池組充放 電的時候用安時法進行 SOC估算 ，在 電池組擱置狀態時 ，用開路電壓法和電池表殼溫度系數對安時積分法修正 ，充分運用兩種方法的特點 。提 高 SOC估算的精度。


系統硬件設計


系統采用 LPC2478作為主控芯片，整個系統由 l2節鋰 電池組 、電壓測量 電路 、溫度傳感器、溫度采集 電路 、霍爾電流傳感器 、電流測量 電路、通信 電路 組成。


系統硬件結構框圖如圖 1所示 。






電壓測量硬件電路


LTC6804—2是第三代多節 電池 的電池組監視器，可測量最多 12個串接電池的電壓并具有低于 1．2mV的 總測量 誤差 。所 有 12節 電池 的 電壓 可 在 290Ixs之內完成測量 ，并可選擇較低的數 據采集速率以實現高噪聲抑制 。LTC6804—2具有頻率可編程 三階噪聲濾波器的 l6位增量累加型 ADC。LTC6804—2電池電壓測量 電 路 如 圖 2所 示 。ISOMD 接 低 電 平 表 示 將LTC6804作為 SPI從設備 配置 ，SPI接 口與 LPC2478之間采用硅芯片隔離 ，減少電池側對數字主控電路 的干擾 。鋰電池每組電芯電壓為 3．3V。






溫度采集硬件電路


溫度采集芯片使用美 國德州儀器公 司的 TMP100溫度傳感器芯片 ，溫度 ADC采集硬件電路設計如圖 3所示 。


其中 TMP1O0一D1一ADD0和 TMP100一D1一ADD1的不同組合 ，代表該芯片從設備的通信地址 ，器件的從地址 定 義見 表 1


每個 TMP100芯片可以支持 8種不 同的 12C從地址 ，系統設計有 12路鋰 電池 ，需要 TMP100芯片兩片 ，需要 占用主控芯片 LPC2478兩路 IC接 口。


電流測量硬件電路


電流測量數據通 過霍爾 電流傳感器和 ADC電壓采集芯片得到 ，本系統設計采用南京中霍傳感科技有限公司的 HCS-LSP一20A霍爾電流傳感 器。該傳感器是基 于閉環磁平衡原理的一款霍爾 電流傳感器 ，能夠測量直流、交流 、脈沖以及各種不規則電流等。傳感器的輸出能真實反映通 電導體的的真實波。






電流傳感器的輸出電壓范圍為 0．5～4．5V，輸 出電壓通過 ADC采集芯片采集 ，ADC芯片采用 Maxim—IC公司的 MAX1062．該芯片支持 5V輸人 ．14bit采集精度 ，200kS／s采樣率 ，SPI通信接 口，LPC2478芯片一路SPI接 口接該 ADC采集芯片。