3.4.4 开路电压特性分析

开路电压是锂电池长时间处于搁置状态后的端电压，在静止状态下，锂电池的OCV和SOC有很好的映射关系。因此，研究锂电池的开路电压特性，就是确定OCV-SOC的一一对应关系。锂电池的OCV-SOC标定实验使用可设定时间的电池测试设备，设计开路电压特性实验的步骤如图3-15所示。

正式实验开始前，通过恒流恒压充电将电池充满电，本次实验以1C的放电倍率对电池进行间歇放电。进而，根据设定的放电倍率和所需关系坐标点的数量设定每次循环放电时间，本次实验需要得到10个关系坐标点，所以每次放电时间为6min，每次放电结束后搁置电池40min，使其内部化学状态稳定以得到其开路电压。最后一次放电实验很可能不会持续到预期的放电时间，可以根据放电持续时间与放电电流得到放出的容量，由此得到电池最后一次放电后电池的SOC值。每次放电结束搁置40min后的电池电压就是与当前SOC所对应的OCV值。最小二乘法是通过最小化误差的二次方和寻找数据的最佳函数匹配的一种数学优化技术，适合进行曲线拟合，使用该方法拟合得到OCV-SOC的关系曲线和关系多项式。从实验室数据中提取出这些离散的点，得到OCV-SOC关系散点图，如图3-16所示。

由实验得到的散点是具有高信任度的点，应使曲线尽量穿过每一个点，而且曲线应尽量准确反映出OCV和SOC之间的关系走向，所以让拟合曲线在散点之间的区间内尽量平滑过渡，不能出现变化率太大的情况。显然拟合多项式的阶数越高，拟合的精度越好，但还要考虑实际情况下对处理器的运算能力的限度，即拟合多项式不能阶数太高，以减少计算复杂度。综合考虑上述情况，经过反复测试并对比拟合效果，最后发现5阶多项式的拟合效果较好，且对处理器来说复杂度适中，可以接受。故采用5阶多项式拟合，得到OCV-SOC的函数关系式为

式中，U_OC为开路电压。从式（3-16）中可以看出，当作为本次实验对象的锂电池的SOC=0时，开路电压为3.440V。OCV-SOC关系式为之后的锂电池等效电路建模中开路电压的计算提供了依据，并为实验参数提供了数学支撑。在得到锂电池的开路电压和电荷状态之间的关系后，就可以使用该关系估计电池实际容量了，估计的是电池的静态容量，即电池处于长时间搁置状态下的容量。通常的方法是查表法，虽然能节省计算工作量但精度不高，且没有采用拟合关系式，需要引入高效准确的方法来估计锂电池的SOC值。