在电池管理系统领域，精确的荷电状态（State of charge, SOC）估计是众多状态估计中最基础的技术之一。 但是便于实际应用的等效电路模型有时并不能很好的等效电池的特性，因而基于传统卡尔曼滤波算法的SOC估计会出现精度下降的问题。本文提出一种基于模型误差分析的卡尔曼滤波算法，实现了SOC全区间的精确估计。 基于离线分析等效电路模型在各个SOC区间内的等效性能优劣，得到各个SOC区间的噪声协方差控制表。进一步，将噪声协方差应用于对应的SOC区间段内，从而实现卡尔曼滤波算法对SOC的全区间精确估计。实验表明在SOC低于20%的区间内，基于模型误差的卡尔曼滤波算法可以大大提高SOC估计精度。