1.1 研究背景和意义

能源主要包括石油、天然气、煤炭、核能、水电以及可再生能源等，其中石油作为全球的主导性燃料，消耗量逐年增长。同样，我国对石油的产量与进口依存程度与日俱增。其中，石油在交通领域的消耗占绝大多数，使用于包括汽车在内的机动车上。燃油汽车在行驶过程中会产生大量的有害气体，对人类的生活环境和身体健康都造成了严重的威胁，也是温室效应的主要诱因。面对能源短缺、环境污染、全球变暖等多重人类生存危机，我国出台了多项政策措施促进新能源汽车产业的发展。

电池作为电动汽车的储能单元，相当于传统汽车的汽油，对电动汽车的发展至关重要。电动汽车所用的动力电池有铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池和锂离子电池。与其他几种电池相比，锂电池具有工作电压高、比能量大、体积小、质量轻、循环寿命长、自放电率低、无记忆效应、无污染等优点，因此，越来越多的汽车厂家选择采用锂离子电池作为纯电动车的动力电池。目前电动汽车的广泛应用收到了动力电池成本、安全性能以及续航里程的限制。因此，高效的的电池管理系统(Battery ManagementSystem，简称BMS)是不可或缺的，其核心之一电池荷电状态（State of Charge，简称SOC）估计，正是目前研究与发展电动汽车的核心问题。

准确的SOC估计有以下重要作用：（1）续驶里程精确估计。目前电动汽车充电方式主要有三种：快换站换电模式、充电站/充电桩模式、家庭充电模式。由于目前电动汽车基础设施建设才刚刚起步，现有充电模式不足以满足电动汽车正常运营要求。精确的SOC估计是实现续驶里程估计的基础，从而提高电动汽车驾驶的安全性，让驾驶员可以找到充换电处理的最优解。（2）保护电池。过度充放电会对锂电池造成不可逆的破坏，充放电后期过大的负载电流同样会对电池产生严重影响，从而降低锂电池的固有纵容了和循环寿命，精确的SOC估计可以辅助BMS限制过度的充放电，以达到保护电池的目的。（3）提高电池利用率。电池利用率指在一次充放电过程中使用的容量与电池固有总容量的比值，目前驾驶的电动车有续驶里程和最高行驶速度两个参数，SOC的精确估计可以缩短充电时间和增加电池正常放电区间，使电动汽车允许的最佳功率行驶范围增大，从而提高电池利用率^[1]。

1.2 国内外研究现状

比较主流的 SOC 定义主要从能量守恒的角度描述为：在标定的放电倍率下，电池剩余容量与其在同等条件下总的可用容量的比值，定义描述公式为：

SOC=Q/Qo (1)

式中，Q表示电池剩余容量，Qo为电池的额定容量

SOC是锂电池的内部状态参数，无法通过直接测量得到，一般思路是通过能够测量的外部直观量，如电池电压、电流等来估计锂电池的剩余电量。根据文献^[2-4]，可将目前国内外对于SOC研究的方法分为以下两类：一是基于电池的电化学特性，通过能量守恒关系及电池的物理特性（工作电流、开路电压、内阻等）来计算电池剩余电量，从而避免对电池建模，介绍了常用方法用：Ah计量法^{[5, 6]}、开路电压法^{[7, 8]}；二是基于电池的数学模型，通过测量电池工作时的外部参数（端电压、电流、温度等），通过特定算法对电池的SOC进行估计，常用模型主要有：等效电路模型^[9]、神经网络模型^{[10, 11]}、模糊控制模型^{[12, 13]}等。

文献^[5]为了解决Ah计量法不能估计初始荷电状态(SOCo)、难于准确测量库仑效率和电池可用容量变化的问题，提出折算库仑效率的定义,建立开路电压法、Kalman滤波法和安时计量法的组合方法估计电池SOC。具体算法中,根据温度和老化对电池可用容量的影响试验建立电池容量的影响因素模型，基于单变量电池模型实现Kalman滤波。经验证，与放电试验真实值比较得到的误差为2.3%，优于安时计量法的19.7%，满足电动汽车对SOC估计误差8%的使用要求。

传统开路电压法通过测量电池开路电压，由电池开路电压与电池荷电状态之间的关系曲线得到电池SOC，耗时较长。文献^[7]在此基础上提出一种新的办法，通过对电池放电曲线及恢复曲 线分析，结合电池等效模型，拟合出开路电压的计算公式。用放电停止后的某时刻电压估计电池的开路电压，再以戴维宁模型为基础，采用扩展卡尔曼滤波算法实现了对电池荷电状态的估算，状态参数 SOC 估算初始值由改进后的开路电压法估算出的 SOC 值确定.。结果表明该方法解决了初始值的偏差导致的估算初期误差较大问题，提高了整体的估算精度。

文献^[10]提出了基于人工神经网络的电动汽车中铅酸蓄电池的可用容量计算模型。与基于Peukert方程的方法相比，该方法通常用于计算EV中铅酸电池的可用容量，该模型更准确。 实验结果证明了该模型的准确性；计算值与实验数据吻合良好，从工程角度来看，相关误差被认为是可接受的。