蓄电池剩余容量预测技术现状及发展

据电池的剩余容量与开路电压有一定的线性(正比)关系而建立起来的，通过测量开路电压就能够直接得到剩余容量的大校其优点是不依赖蓄电池尺寸、大小和放电速度，只以开路电压为测试参数，相对比较简单[13][14][15]。文献[16]描述了铅酸蓄电池开路电压、剩余容量和电解液密度的关系，并给出了SOC与开路电压之间的计算公式：

其中：VBO为电池的开路电压，Vα为充满电时的开路电压，Vb为充分放电时的开路电压，其大小对应关系随不同的蓄电池生产厂家而略有不同。

使用该方法时，通过测量电池的开路电压，一般查表就可得到估计的SOC值。但是开路电压法也存在着明显的缺点：(1)电池需要长时静置才能达到稳定状态，且静置时间如何确定也是问题；(2)随着电池老化、剩余电量下降时，开路电压变化不明显，因此也就无法准确预测剩余电量；(3)对于传统使用的串联电池组，所用电池处于有载状态，一般无法测量开路电压，不能实现在线测量。从目前文献来看，一般不单独使用开路电压法，由于开路电压法在充电初期和末期SOC估计效果好，常与安时法、卡尔曼法结合使用。

针对电池需要长时静置这一缺点，文献[14]利用蓄电池在各种状态下开路电压的恢复曲线几乎相同这一试验结果，得出开路电压的预测公式进而计算SOC，预测值与测量值相对误差在6%以内。

文献[17][18][19]对VRLA蓄电池在不同放电率下的放电曲线进行归一化，发现放电曲线具有很好的一致性，且放电模式、放电率、环境温度及放电终止电压等因素的变化对这种一致性影响非常小，提出只利用放电电压预测SOC，其计算公式如下：

其中：tT为整个放电时间长度，Vend为放电终止电压，Vp为放电初始电压。在任意时刻，当知道蓄电池的放电电压V(t)时，可计算VU(tU)，对照归一化曲线求得归一化的tU，进而得到荷电状态(其估计精度在10%以内，适合一些要求不高的场合)。

文献[20][21]则利用不同的初始放电电压对应不同的放电时间这一规律，通过对处于工作状态下电池周期性地外接一恒流负载，测得一系列工作电压，建立以电压、温度为输入，剩余时间为输出的SOC模糊估测系统，从而得到单体动力电池的SOC，其相对误差在1%以内，此方法也称为负载电压法。该方法可在线估算蓄电池的SOC，在恒流放电时具有较好的效果，但是不适用于变电流或者剧烈波动的放电工况。

2.5内阻(电导)法

蓄电池内阻有交流内阻(impedance)和直流内阻(resistance)之分，他们都与SOC有密切关系，可实现在线测量。电池处于不同的电量或不同的使用寿命状态下，它的内阻值都是不一样的，内阻(电导)法就是通过测量蓄电池在放电过程中内阻(电导)的变化来预测SOC的变化[22]。

在应用内阻法预测SOC的问题上还存在争议。文献[23]利用电导测试仪对阀控密封铅酸蓄电池的电导进行测试和统计，发现放电时间与电导值存在线性相关关系，且相关系数达到0.825；在IEEE1188-1996标准中，也提出了测量内阻的必要性，明确规定了电池内阻测试至少每季度进行一次[24]。但是文献[25][26][27][28]分别通过实验测试和理论分析的方法对蓄电池内阻(电导)与剩余容量的关系进行了研究分析，结果表明：(1)阀控密封铅蓄电池SOC在50%或40%以上时，其内阻(或电导)基本没有变化，只是SOC低于40%时，蓄电池的内阻才很快升高；(2)对于容量在80%以上的在线使用VRLA蓄电池，不能根据内阻(电导)值去在线检测蓄电池的SOC；(3)根据蓄电池电导值或者内阻值，可以在一定程度上确定蓄电池性能。

争议的出现除因统计方法的不同外，主要与试验用蓄电池本身以及内阻(电导)测试仪的精度有关。因为即使同厂家、同批次、同规格的蓄电池，其内阻(电导)也存在不一致性，这是由蓄电池生产厂家的技术水平决定的。且蓄电池内阻极小，SOC大范围变化时，内阻的变化也不大，测量仪器的精度如果达不到要求，将很难得出内阻与剩余容量的对应关系。文献[29]通过阻抗谱测量，指出欧姆内阻的变化可以正确反映SOC的变化，只是当SOC从16%递增到91%时，其欧姆内阻变化很小，约为0.6mΩ。并提出了利用当蓄电池内部阻抗从容性变到感性时，对应的激励信号频率与其SOC之间存在单调函数关系，且频率变化范围大这一发现，采用VRLA蓄电池的谐振频率来作为蓄电池SOC的传感参量，这一理论还处于研究阶段。同时，文献[30]提出在大规模使用蓄电池的情况下，以内阻(电导)作为蓄电池剩余容量及健康状况的(SOH)的指示器，通过选择内阻(电导)稳定的蓄电池来规范厂家的生产，而不是直接作为蓄电池荷电状态的精确指示器。

从目前的文献、资料以及内阻(电导)检测产品来