BMS电池管理系统学习笔记_SOC算法

一、SOC算法介绍

什么是SOC？SOC其实就是电池的电量。求SOC值就是求电池现在还剩百分之几的电量。例如 100% 表示满电，0% 表示电量耗尽。

SOC最常用的算法：开路电压法(OCV查表法)+安时积分法

这种算法的核心逻辑是 “用安时积分法保证动态实时性，用 OCV 查表法解决安时积分的累计误差”，通过两者互补实现 “低成本、高可靠性” 的 SOC 估算

特别提醒：我们所说的获取电池的SOC，一般指的是获取单节电池的SOC。如果要求电池组的SOC，电池组的SOC只能由 “电量最少的那节电池” 决定，这是电池组计算的核心原则。（比如 5 节里有 1 节只剩 10%，组就只能按 10% 算，否则这节会过放损坏）

OCV查表法与安时积分法关系

当电池不充电、不放电（静置）时，电压很稳定，用通过查表法算 SOC，这就是 OCV 法。

当电池在充电 / 放电时，电压会波动（比如充电时电压突然升高），OCV 法不准，这时候用 “电量守恒” 算：剩余电量 = 之前剩余电量 + 充进去的电(放出去的电)。

因此，静置状态用OCV查表法，非静置状态（充放电状态）用安时积分法

1.1 OCV查表法

// 1. OCV-SOC对应表（SOC:0%~100%，电压单位：mV）
static const uint16_t SocOcvTab[101] =
{3282, // 0%3309, 3334, 3357, 3378, 3398, 3417, 3434, 3449, 3464, 3477, // 1%~10%3489, 3500, 3510, 3520, 3528, 3536, 3543, 3549, 3555, 3561, // 11%~20%3566, 3571, 3575, 3579, 3583, 3586, 3590, 3593, 3596, 3599, // 21%~30%3602, 3605, 3608, 3611, 3615, 3618, 3621, 3624, 3628, 3632, // 31%~40%3636, 3640, 3644, 3648, 3653, 3658, 3663, 3668, 3674, 3679, // 41%~50%3685, 3691, 3698, 3704, 3711, 3718, 3725, 3733, 3741, 3748, // 51%~60%3756, 3765, 3773, 3782, 3791, 3800, 3809, 3818, 3827, 3837, // 61%~70%3847, 3857, 3867, 3877, 3887, 3897, 3908, 3919, 3929, 3940, // 71%~80%3951, 3962, 3973, 3985, 3996, 4008, 4019, 4031, 4043, 4055, // 81%~90%4067, 4080, 4092, 4105, 4118, 4131, 4145, 4158, 4172, 4185  // 91%~100%
};

通过查电压 - 电量表，中间值用 “比例分摊”；说白了就是用一个大数组，通过查电池的电压，得到电量SOC值。

这里面会用到查找算法（折半查找）和线性插值算法（在两个值之间用一次函数求电量）

1.2 安时积分法

该方法仅添加了温度补偿，商用级别的BMS肯定会考虑更多因素

SOC值

电量（Ah）= 电流（A） × 时间（h）；

1Ah = 1A 电流充 / 放 1 小时的电量（比如 1A 充 2 小时，就是 2Ah 电量）

理想情况下：单节电池SOC = 剩余电量/额定电量(2.2Ah)x100%。

由于精度误差，实际情况下：

单节电池SOC = 剩余电量/实际电量x100%

实际容量

实际电量 = 额定电量(2.2Ah) × 电池容量系数(该例程只涉及温度补偿)(rate_temp)；

剩余容量

剩余电量（Ah） = 之前剩余电量(Ah)+充进去的电量(+Ah) 或者 放出去的电量(-Ah)。

举例：

电池实际容量 = 2Ah，现在剩余电量 = 1.5Ah，放电：电流 2A，时间 0.1 小时

剩余电量 = 1.5Ah - (2A x 0.1h) = 1.3Ah

温度补偿

 线性温度补偿模型：实际容量 = 额定容量 × [1 + (当前温度-基准温度)×温度系数]
    real_cap = rated_cap * (1 + (temp - TEMP_BASE) * TEMP_COEFFICIENT);

二、SOC例程

例程中有非常详细的注释，直接看代码看注释就可以理解。

前提说明：

float V[5];//5节各电池电压
float V_Sort[5];//5节各电池电压排序，数据由大到小
float V_Small;
float V_Big;
float All_V;//电池组电压
float A;//电流
float T;//温度

我的程序已经定义了变量，并且已经声明为了全局变量

定义结构体变量和工具函数

// 宏定义：核心参数配置（集中管理关键参数，便于后期调整）
#define RATED_CAPACITY        4.3f    // 单节电池额定容量(Ah)，电池出厂时的标准容量
#define SAMPLE_INTERVAL       1       // 采样间隔(s)，即SOC计算函数的调用周期
#define TEMP_BASE             25.0f   // 基准温度(℃)，电池额定容量对应的标准温度
#define TEMP_COEFFICIENT      0.001f  // 温度系数(每℃容量变化率)，温度每偏离基准1℃，容量的变化比例// 1. OCV-SOC对应表（SOC:0%~100%，电压单位：mV）
static const uint16_t SocOcvTab[101] =
{3282, // 0%3309, 3334, 3357, 3378, 3398, 3417, 3434, 3449, 3464, 3477, // 1%~10%3489, 3500, 3510, 3520, 3528, 3536, 3543, 3549, 3555, 3561, // 11%~20%3566, 3571, 3575, 3579, 3583, 3586, 3590, 3593, 3596, 3599, // 21%~30%3602, 3605, 3608, 3611, 3615, 3618, 3621, 3624, 3628, 3632, // 31%~40%3636, 3640, 3644, 3648, 3653, 3658, 3663, 3668, 3674, 3679, // 41%~50%3685, 3691, 3698, 3704, 3711, 3718, 3725, 3733, 3741, 3748, // 51%~60%3756, 3765, 3773, 3782, 3791, 3800, 3809, 3818, 3827, 3837, // 61%~70%3847, 3857, 3867, 3877, 3887, 3897, 3908, 3919, 3929, 3940, // 71%~80%3951, 3962, 3973, 3985, 3996, 4008, 4019, 4031, 4043, 4055, // 81%~90%4067, 4080, 4092, 4105, 4118, 4131, 4145, 4158, 4172, 4185  // 91%~100%
};//单节电池SOC信息结构体（存储单节电池的关键参数和状态）
typedef struct
{float rated_cap;    // 额定容量(Ah)，固定为RATED_CAPACITY，不随温度变化float real_cap;     // 温度修正后实际容量(Ah)，=额定容量×温度补偿系数，随温度变化float remain_cap;   // 剩余容量(Ah)，当前可使用的容量float soc;          // 荷电状态(0.0~1.0)，=剩余容量/实际容量，反映电池当前电量比例float voltage;      // 单节电压(V)，记录当前采样周期的电压值
} CellSOC_Info;// 全局变量：存储所有单节电池的SOC信息
static CellSOC_Info cell_info[5] = {0};

//工具函数
//二分法(折半查找)查找右边界索引（用于OCV查表）
//查找数组，数组低索引，数组高索引，目标内容
uint16_t right_bound(const uint16_t* arr, uint16_t low, uint16_t high, uint16_t target)
{while (low <= high){uint16_t mid = low + (high - low) / 2;if (arr[mid] > target){high = mid - 1;}else{low = mid + 1;}}return high; // 返回≤target的最大索引
}

温度补偿模块

/*** @brief  温度补偿计算：根据当前温度修正电池实际容量* @param  temp：当前电池组温度(℃)* @param  rated_cap：电池额定容量(Ah)* @return 温度修正后的实际容量(Ah)* @note   电池容量受温度影响：低温容量下降，高温容量略有上升，此处用线性模型近似*/
static float temp_compensate(float temp, float rated_cap)
{float real_cap;// 线性温度补偿模型：实际容量 = 额定容量 × [1 + (当前温度-基准温度)×温度系数]real_cap = rated_cap * (1 + (temp - TEMP_BASE) * TEMP_COEFFICIENT);// 限制容量范围（避免极端温度下计算值不合理，如超低温时容量不会无限下降）if (real_cap < rated_cap * 0.8f){real_cap = rated_cap * 0.8f;  // 最低为额定容量的80%}else if (real_cap > rated_cap * 1.2f){real_cap = rated_cap * 1.2f;  // 最高为额定容量的120%}return real_cap;
}

SOC初始化

/*** @brief  初始化单节电池参数（仅首次运行时执行）* @param  cell_idx：电池索引（0~4）* @note   初始化额定容量和初始剩余容量（默认为50%）*/
static void single_cell_Init(uint8_t cell_idx)
{// 仅当额定容量未初始化（为0）时执行初始化if (cell_info[cell_idx].rated_cap == 0.0f){cell_info[cell_idx].rated_cap = RATED_CAPACITY;  // 赋值额定容量4.3Ahcell_info[cell_idx].remain_cap = RATED_CAPACITY * 0.5f;// 初始剩余容量默认为50%}
}

开路电压法计算SOC值

开路电压法中，SOC值对应的就是数组的索引

/*** @brief  开路电压法计算单节SOC（静止模式下使用）* @param  cell_idx：电池索引（0~4）* @note   原理：静止时电池电压（OCV）与SOC有固定对应关系，通过电压查OCV表获取SOC*/
static void calc_soc_by_ocv(uint8_t cell_idx)
{uint16_t voltage_mV;  // 电压转换为mV（OCV表单位为mV）uint16_t ocv_index;   // 查找到的OCV表索引（对应SOC百分比）// 将电压从V转换为mV，并四舍五入（如3.282V → 3282mV）voltage_mV = (uint16_t)(cell_info[cell_idx].voltage * 1000.0f + 0.5f);// 调用二分法查找OCV表，获取对应SOC的索引ocv_index = right_bound(SocOcvTab, 0, 100, voltage_mV);// 索引边界保护（防止电压超出OCV表范围时索引异常）if (ocv_index > 100)ocv_index = 100;// 更新SOC（索引转换为0.0~1.0的比例）cell_info[cell_idx].soc = (float)ocv_index / 100.0f;// 更新剩余容量（SOC × 实际容量）cell_info[cell_idx].remain_cap = cell_info[cell_idx].soc * cell_info[cell_idx].real_cap;
}

安时积分法计算SOC值

/*** @brief  安时积分法计算单节SOC（非静止模式下使用）* @param  cell_idx：电池索引（0~4）* @note   原理：通过积分充放电电流计算容量变化，累计得到剩余容量*         公式：容量变化 = 电流(A) × 时间(s) / 3600(s/h) → 单位转换为Ah*         电流方向：充电时为正（容量增加），放电时为负（容量减少）*/
static void calc_soc_by_coulomb(uint8_t cell_idx)
{float cap_change;  // 本采样周期的容量变化量(Ah)// 计算容量变化：电流×采样时间（秒）/3600（转换为小时）// 充电时A为正 → cap_change为正 → 剩余容量增加（remain_cap += 正数）// 放电时A为负 → cap_change为负 → 剩余容量减少（remain_cap += 负数 → 等价于减）cap_change = A * SAMPLE_INTERVAL / 3600.0f;// 更新剩余容量（加上容量变化量）cell_info[cell_idx].remain_cap += cap_change;// 剩余容量边界保护（避免超出0~实际容量范围）if (cell_info[cell_idx].remain_cap < 0.0f){cell_info[cell_idx].remain_cap = 0.0f;  // 最低为0（过度放电保护逻辑）}else if (cell_info[cell_idx].remain_cap > cell_info[cell_idx].real_cap){cell_info[cell_idx].remain_cap = cell_info[cell_idx].real_cap;  // 最高为实际容量（过度充电保护逻辑）}// 计算当前SOC（剩余容量 / 实际容量）cell_info[cell_idx].soc = cell_info[cell_idx].remain_cap / cell_info[cell_idx].real_cap;
}

单节电池SOC值总计算(OCV查表法+安时积分法融合)

/*** @brief  单节电池SOC总计算（协调初始化、参数更新和方法选择）* @param  cell_idx：电池索引（0~4）* @note   按步骤完成单节SOC计算：初始化→更新电压→温度补偿→选择计算方法*/
static void update_single_cell_soc(uint8_t cell_idx)
{// 1. 初始化单节参数（首次运行时执行）single_cell_Init(cell_idx);// 2. 获取当前采样周期的单节电压cell_info[cell_idx].voltage = V[cell_idx];// 3. 计算温度修正后的实际容量cell_info[cell_idx].real_cap = temp_compensate(T, cell_info[cell_idx].rated_cap);  // 4. 根据当前能量模式选择SOC计算方法if (Energy_Mode == Energy_Static_Mode){calc_soc_by_ocv(cell_idx);  // 静止模式→开路电压法}else if(Energy_Mode == Energy_Charge_Mode || Energy_Mode == Energy_Discharge_Mode){calc_soc_by_coulomb(cell_idx);  // 非静止模式→安时积分法}
}

我在自己的工程里定义了枚举，当电流小于0.02A（大于-0.02A）时，电池属于静止状态Energy_Mode == Energy_Static_Mode；反之处于非静止模式（充放电模式）。

电池组SOC计算

/*** @brief  计算电池组SOC* @return 电池组SOC（0.0~1.0）* @note   串联电池组的SOC由电量最低的一节决定（短板效应），取所有单节SOC的最小值*/
static float get_pack_soc(void)
{float min_soc = 1.0f;  // 初始化最小值为最大可能值（100%）uint8_t i;// 遍历所有单节电池，找到最小的SOCfor (i = 0; i < 5; i++){if (cell_info[i].soc < min_soc){min_soc = cell_info[i].soc;}}return min_soc;  // 最小SOC即为电池组SOC
}

总入口函数

/*** @brief  SOC总更新函数（外部调用入口）* @return 电池组当前SOC（0.0~1.0，即0%~100%）* @note   调用流程：更新所有单节SOC→计算电池组SOC→返回结果*         建议按SAMPLE_INTERVAL（如1秒）的周期调用*/
float soc_total_update(void)//1s调用一次
{uint8_t i;// 1. 依次更新所有单节电池的SOCfor (i = 0; i < 5; i++){update_single_cell_soc(i);}// 2. 计算并返回电池组SOC（短板效应）return get_pack_soc();
}

使用方法

MyPrintf(USART1,"SOC:%.1f%%\r\n",soc_total_update()*100);
VTaskDelay(1000);

每1秒调用一次函数