電池管理系統(tǒng)SOC估算精度測試詳解：基于GB/T 38661-2023標準

一、引言：SOC估算精度的重要性

電池管理系統(tǒng)（BMS）是連接動力電池與電動汽車的核心紐帶，其核心功能之一是對電池的荷電狀態(tài)（State of Charge, SOC）進行實時估算。SOC作為電動汽車的“電量表”，直接關(guān)系到車輛的續(xù)航里程預(yù)測、充放電控制策略、能量均衡管理及安全保護等關(guān)鍵功能。SOC估算的準確性直接影響用戶體驗，例如，不準確的SOC可能導(dǎo)致車輛突然斷電或續(xù)航里程嚴重虛標。因此，SOC估算精度是評價BMS性能優(yōu)劣的關(guān)鍵指標之一。

GB/T 38661-2023《電動汽車用電池管理系統(tǒng)技術(shù)條件》是中國針對電動汽車用BMS制定的國家級技術(shù)標準，取代了此前實施多年的行業(yè)標準QC/T 897-2011。該標準全面規(guī)定了BMS的技術(shù)要求、試驗方法和檢驗規(guī)則，其中對SOC估算精度的測試方法和要求做出了詳細規(guī)定，為BMS的設(shè)計、研發(fā)和驗收提供了統(tǒng)一、科學(xué)的依據(jù)。

二、GB/T 38661-2023標準概述

GB/T 38661-2023由國家市場監(jiān)督管理總局和國家標準化管理委員會于2023年發(fā)布，歸口于全國汽車標準化技術(shù)委員會。該標準適用于電動汽車用鋰離子動力蓄電池和鎳氫動力蓄電池的管理系統(tǒng)，其他類型的動力蓄電池管理系統(tǒng)也可參照執(zhí)行。相較于舊的QC/T 897-2011標準，GB/T 38661-2023在測試項目的全面性、測試方法的科學(xué)性以及技術(shù)要求的先進性上均有顯著提升。

• 標準定位：GB/T 38661-2023是一項推薦性國家標準，但其技術(shù)內(nèi)容被行業(yè)廣泛采納，成為BMS產(chǎn)品研發(fā)和驗收的重要技術(shù)依據(jù)。

• 核心變化：與舊版標準相比，GB/T 38661-2023顯著增加了對SOC估算精度、SOP（功率狀態(tài)）估算、均衡功能以及電磁兼容性等方面的測試要求，并采用了更貼近實際車輛運行工況的測試方法。

三、SOC估算精度的技術(shù)要求

GB/T 38661-2023對BMS的SOC估算精度提出了明確的技術(shù)要求。根據(jù)電動汽車類型的不同，SOC估算的累積誤差限值也有所差異，具體如下：

表：GB/T 38661-2023對SOC估算累積誤差的要求

除了上述累積誤差要求外，標準還對SOC誤差修正速度提出了明確要求。在低溫（≤15℃）、常溫（25℃）和高溫（≥35℃）條件下，BMS應(yīng)能夠快速修正SOC估算誤差，避免在實際行駛過程中因SOC跳變引發(fā)安全問題。

四、SOC估算精度的測試方法

GB/T 38661-2020附錄B詳細規(guī)定了SOC累積誤差的測試方法。測試過程需在規(guī)定的環(huán)境條件下（環(huán)境溫度25℃±5℃，相對濕度45%～75%，氣壓86～106 kPa）進行，并采用符合標準要求的測試電池組。

測試步驟概述

1. 準備工作：將BMS與測試電池組正確連接，確保所有參數(shù)采集設(shè)備正常工作。

2. 工況選擇：標準建議采用聯(lián)邦城市運行工況（FUDS） 或動態(tài)應(yīng)力測試工況（DST） 等能夠模擬實際車輛運行狀態(tài)的充放電工況進行測試。這些工況相比簡單的恒流充放電更能反映BMS在實車運行中的表現(xiàn)。

3. 測試執(zhí)行：在規(guī)定的充放電工況下進行多個完整的充放電循環(huán)。記錄每個循環(huán)中BMS實時顯示的SOC值和實際SOC值（通常通過安時積分法或容量測試法獲得）。

4. 數(shù)據(jù)記錄：詳細記錄每個循環(huán)的SOC估算誤差，并計算其累積誤差。

測試結(jié)果計算

SOC估算誤差（%） = （BMS顯示SOC值 - 實際SOC值）

累積誤差（%） = |∑（每個循環(huán)的SOC估算誤差）|

測試結(jié)束后，需判斷累積誤差是否滿足標準中對應(yīng)車型和電池類型的要求。

五、影響SOC估算精度的關(guān)鍵因素及改進方向

在實際測試中，多種因素可能影響B(tài)MS的SOC估算精度，主要包括：

• 電池特性差異：不同類型（如鋰離子電池與鎳氫電池）甚至不同批次、不同老化程度的電池，其特性（如開路電壓曲線、內(nèi)阻、容量等）存在差異，會直接影響SOC的估算準確性。

• 環(huán)境因素：溫度對電池性能有顯著影響。低溫會導(dǎo)致電池容量下降和內(nèi)阻增大，高溫可能加速電池老化，這些都會影響SOC估算的準確性。

• BMS自身性能：BMS的硬件采集精度（如電壓、電流、溫度采集精度）和所采用的SOC估算算法是影響精度的核心因素。先進的算法，如擴展卡爾曼濾波算法、基于等效電路模型的算法等，能夠有效提高SOC估算的準確性和魯棒性。

表：常見SOC估算算法比較

六、標準實施中的常見問題與對策

在依據(jù)GB/T 38661-2023進行SOC估算精度測試時，可能會遇到一些典型問題：

• 絕緣耐壓測試不通過：根據(jù)GB/T 38661-2023，BMS需進行嚴格的絕緣耐壓測試。測試不通過或?qū)е翨MS損壞的原因可能包括模組與電池包殼體之間的絕緣電阻偏低（如組裝過程中刺破絕緣膜），或者溫度采集模塊（如NTC）與電壓采樣線路之間的電氣間隙不足，導(dǎo)致高壓擊穿。對策包括在生產(chǎn)過程中嚴格控制絕緣防護工藝，并在BMS設(shè)計上優(yōu)化采集線路的布局與絕緣隔離。

• SOC跳變故障：標準中將“SOC跳變”列為可拓展的故障診斷項目。SOC跳變可能由傳感器采集信號突變、算法缺陷或電磁干擾等因素引起。為避免此類問題，需要在BMS開發(fā)中優(yōu)化硬件抗干擾設(shè)計，并在算法中增加合理性判斷與平滑濾波處理。

七、總結(jié)與展望

GB/T 38661-2023為電動汽車用BMS的SOC估算精度測試提供了科學(xué)、統(tǒng)一且貼近實際應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范。與舊版標準相比，其在測試方法的先進性、技術(shù)要求的全面性方面均有顯著提升，特別是通過引入FUDS、DST等復(fù)雜工況和SOC誤差修正速度測試，有效促進了BMS技術(shù)水平的提高，為電動汽車的安全性、可靠性和用戶體驗提供了重要保障。

未來，隨著電池技術(shù)的不斷進步和新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，對BMS的SOC估算精度要求將越來越高。算法模型的進一步優(yōu)化、多參數(shù)融合估計以及人工智能技術(shù)的應(yīng)用將成為提升SOC估算精度的重要方向。同時，相應(yīng)的測試標準也需與時俱進，以適應(yīng)新技術(shù)、新車型的發(fā)展需求，持續(xù)推動新能源汽車行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。