背景概述

廣大純電動(dòng)汽車(chē)或插電式混合動(dòng)力車(chē)輛的消費(fèi)者經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)儀表上顯示的剩余電量與實(shí)際續(xù)航里程存在一定的差異，這引發(fā)了一個(gè)常見(jiàn)疑問(wèn)：為什么剩余電量顯示不準(zhǔn)確？

造成剩余電量顯示不準(zhǔn)確的原因有多個(gè)方面。首先，電池本身的特性會(huì)受到環(huán)境溫度、充電方式、充放電速度等因素的影響，這可能導(dǎo)致電池的實(shí)際可用能量與系統(tǒng)估算的SoC存在出入。

SOC（State of Charge）是指電池的荷電狀態(tài)或剩余電量，它表示電池當(dāng)前的可用能量與總的能量容量之間的比值。SOC通常以百分比的形式表示，用于衡量電池的充放電程度。

SOC在各種電池應(yīng)用中具有重要意義，特別是在電動(dòng)車(chē)、便攜式設(shè)備和可再生能源系統(tǒng)等領(lǐng)域。了解電池的SOC可以幫助用戶(hù)合理管理電池的充電和使用，避免電池過(guò)度充放電，延長(zhǎng)電池的壽命并提高系統(tǒng)的效率。

為了準(zhǔn)確測(cè)量和估計(jì)SOC，通常需要使用特定的電池管理系統(tǒng)（BMS）或SOC算法，結(jié)合電池的充放電特性和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和預(yù)測(cè)。SOC的準(zhǔn)確度對(duì)于電池的性能評(píng)估、系統(tǒng)運(yùn)行安全和能量管理都至關(guān)重要。

盡管電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)量產(chǎn)多年，但對(duì)于電池SoC的準(zhǔn)確估算技術(shù)仍然不夠成熟。目前存在多種電池SoC估算方法，常見(jiàn)的包括安時(shí)積分、開(kāi)路電壓法、卡曼濾波法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。然而，這些方法都存在一定的缺陷，其中卡曼濾波和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)大多仍停留在研究階段，尚未廣泛應(yīng)用于實(shí)際場(chǎng)景。在實(shí)際應(yīng)用中，常常采用在安時(shí)積分的基礎(chǔ)上加入一些影響因子進(jìn)行校正的方法。

經(jīng)典的SOC估算方法通常采用安時(shí)積分法，也稱(chēng)為電流積分法或庫(kù)侖計(jì)數(shù)法。該方法在電池充放電過(guò)程中，通過(guò)累積充入和放出的電量來(lái)估算電池的SOC?；驹硎歉鶕?jù)電流與時(shí)間的乘積，對(duì)充電和放電的電量進(jìn)行累加或累減，從而得出電池的剩余電量。

簡(jiǎn)化公式如下：

然而，由于電池的特性復(fù)雜性以及隨著時(shí)間和溫度變化的影響，安時(shí)積分法在長(zhǎng)期使用和溫度變化較大的情況下可能存在一定的誤差，主要體現(xiàn)在下面3個(gè)因素：

• 電流采樣造成誤差：采樣精度、采樣間隔
• 電池容量變化造成誤差：溫度變化、電池老化、充放電倍率不同、電池自放電
• SOC：初始SOC估算困難、最終SOC過(guò)程取舍誤差

安時(shí)積分法是經(jīng)典的SOC估算方法，通過(guò)累積充入和放出的電量來(lái)估算電池的剩余電量，然而在實(shí)際應(yīng)用中需要考慮其他因素進(jìn)行校正，以提高估算的準(zhǔn)確性和可靠性。

準(zhǔn)確估算電池SoC不僅是電動(dòng)汽車(chē)估算續(xù)航里程的基本要求，也是提升電池利用效率和安全性能的基本保證。因此，不斷改進(jìn)和研究電池SoC估算技術(shù)是當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)重要課題。通過(guò)對(duì)電池特性的深入研究和建模，結(jié)合高精度的測(cè)量設(shè)備和先進(jìn)的算法，可以逐步提高電池SoC估算的準(zhǔn)確性和可靠性，以更好地滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)電動(dòng)汽車(chē)使用的需求，并推動(dòng)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

解決方案

電池SOC作為電動(dòng)汽車(chē)的研究重點(diǎn)，電池狀況監(jiān)控系統(tǒng)也需基于 CAN 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建：在電池、電機(jī)、空調(diào)等處配置能量流監(jiān)測(cè)裝置，其采集的數(shù)據(jù)通過(guò) CAN 總線傳輸?shù)狡?chē)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。為了驗(yàn)證電池狀況監(jiān)控系統(tǒng)的可靠性與精度，需要將控制系統(tǒng)的分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)的功率分析儀所分析的作對(duì)比。然而，由于數(shù)據(jù)量大、時(shí)延要求高（以100ms的周期進(jìn)行采集），在后期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析時(shí)，還需要人工比照采集時(shí)差，并且隨著算法的復(fù)雜程度越來(lái)越高，數(shù)據(jù)量也來(lái)越大，測(cè)試復(fù)雜度也隨之增加。為了提高測(cè)試效率，簡(jiǎn)化測(cè)試難度，暴露更多的設(shè)計(jì)問(wèn)題，自動(dòng)化測(cè)試系統(tǒng)變得尤為重要。為此，綠測(cè)科技聯(lián)合汽車(chē)廠商推出了一款自動(dòng)化測(cè)試的軟件Communicator，來(lái)提高測(cè)試效率。

特色功能

• 遠(yuǎn)程參數(shù)配置：一鍵配置功率分析儀，無(wú)需手動(dòng)操作
• 配置導(dǎo)入導(dǎo)出：支持切換多個(gè)配置，以應(yīng)對(duì)多種測(cè)試場(chǎng)景
• 同步獲取數(shù)據(jù)：以極低的時(shí)差采集CAN總線和功率分析儀的數(shù)據(jù)
• 功率分析儀數(shù)據(jù)與CAN數(shù)據(jù)同時(shí)顯示
• 實(shí)時(shí)分析原始數(shù)據(jù)：時(shí)差比照、物理量積分等，并實(shí)時(shí)顯示、比照分析結(jié)果
• 自定義采集項(xiàng)目，根據(jù)需求變更采集CAN信號(hào)和信號(hào)矩陣
• 測(cè)量數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)，并支持以文件形式（.excel/.csv）導(dǎo)出
• 查看測(cè)試報(bào)告
• 運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控
• 多語(yǔ)種的操作界面
• 其他定制化功能

本方案支持CAN 采集卡讀取CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)+TCP 讀取功率分析儀主機(jī)數(shù)據(jù)，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、定時(shí)（可預(yù)約）的分析、記錄、波形分析及支持多機(jī)級(jí)聯(lián)。原理框圖如下所示：

采集的周期主要跟采集端的更新率及數(shù)據(jù)傳輸處理這兩者決定。主流的功率分析儀可以做到10ms 的數(shù)據(jù)更新率，汽車(chē)端CAN數(shù)據(jù)的更新率也可以做到10ms~100ms。其中自動(dòng)化測(cè)試軟件Communicator 基于C++開(kāi)發(fā)，自研高性能通信接口及算法，典型數(shù)據(jù)處理每次僅需幾個(gè)ms，可以充分發(fā)揮并響應(yīng)采集端的數(shù)據(jù)性能。

常見(jiàn)采集信號(hào)：

• VCU：車(chē)速、駕駛模式
• BMS：電池電流、電池電壓、電池2S放電功率限值、電池真實(shí)SOC、電池溫度
• MCU：電機(jī)扭矩、電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)功率、電機(jī)溫度
• OBC：OBC輸入電流、OBC輸入電壓、OBC輸出電流、OBC輸出電壓
• DCDC：DCDC輸入電流、DCDC輸入電壓、DCDC輸出電流、DCDC輸出電壓

常見(jiàn)計(jì)算功能：

• 單循環(huán)耗電量
• 單循環(huán)驅(qū)動(dòng)電量
• 單循回饋電量
• 電池放電量
• 驅(qū)動(dòng)電量
• 回饋電量
• 每個(gè)單循環(huán)耗電量
• 電池充入電量
• 回饋效率
• 充電機(jī)輸出電量
• 充電效率
• 總充電效率
• 整車(chē)充電效率
• 所有循環(huán)最高車(chē)速平均功率

軟件功能

自定義 CAN 采集的 Message 項(xiàng)目根據(jù)需求變更采集CAN信號(hào)和信號(hào)矩陣

一鍵導(dǎo)入導(dǎo)出配置，可配置車(chē)輛工作模式，設(shè)置數(shù)據(jù)導(dǎo)出格式，設(shè)置保存路徑、文件名等，設(shè)置記錄數(shù)據(jù)的間隔。

查看預(yù)設(shè)的可采集的 Message 以及包含的 Signal，勾選需要采集的項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的復(fù)選框還可以通過(guò)編輯 JSON 文件，添加自定義的 Message。

實(shí)時(shí)展示設(shè)備的狀態(tài)、測(cè)量模式、最高車(chē)速、記錄間隔、開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)時(shí)間、當(dāng)前循 環(huán)、任務(wù)信息等狀態(tài)。