蓄电池剩余电量监测方法研究、

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1、蓄电池剩余电量监测方法研究张肖培，1507811499，机电学院1.摘要蓄电池经过百余年的发展与完善已成为世界上广泛使用的一种化学电源，应用在交通运输、通讯、电力、铁路、矿山、港口、国防、计算机、科研等国民经济各个领域，社会生产经营活动和人类生活中不可缺少的产品。而蓄电池的荷电量是电池管理系统的重要参数，实时了解电池能量的关键指标。与整个系统的可靠性密切相关，蓄电池剩余电量越多，系统可靠性越高，否则则相反。目前，铅酸蓄电池的技术比较成熟，并且新推出的密封阀控式免维护铅酸蓄电池应用较广，特别是在电动自行车领域。它采用全密封防漏设计，解决了电池失水问题，可免维护运行

2、，且具有容量大、比能量高、自放电小、使用寿命长、密封效率高、安全可靠等优点。符合动力电池的要求。蓄电池容量检测的常用方法有蓄电池内阻检测法[1]~[5]、安时法[6]~[9]、卡尔曼滤波法[10]、人工神经网络[11],[12]、开路电压法[13],[14]。本文将其汇总、比较。关键词:蓄电池荷电量剩余电量的监测2.蓄电池剩余电量监测方法2.1剩余电量SOC定义蓄电池荷电状态(SOC)描述电池剩余电量的数量。SOC，全称是StateofCharge，荷电状态，也叫剩余电量，代表的是电池使用一段时间或长期搁置不用后的剩余容量与其完全充电状态的容量的比值，常用百分数

3、表示。SOC目前较为常用数学的定义为：其中为电池当前荷电状态；—蓄电池实际完全充满电的容量；—蓄电池放出电量。充满电时，=l；完全放电时，=0。剩余容量可通过下式获得：其中必须通过传统的离线放电实验或核对放电法求出来。下面分别介绍目前基于电池电参数的容量预测方法。2.2．内阻法2.2.1内阻测量法原理蓄电池的内阻与电荷程度之间有较高的相关性(0.88左右)，通过测量电池内阻可较准确的预测剩余电量。并且由于蓄电池完全充电(充满)和完全放电(放完)时，其内阻相差(2～4)倍左右，因此用内阻法预测蓄电池剩余电量有较高的精度。对在线使用的蓄电池来说，内阻法还有的优点在于

4、，此方法对系统影响最小，并可在电池的整个使用期内精确测量。因此内阻法正逐步得到实际应用。接下来介绍内阻法的原理过程：电池等效模型：蓄电池交流等效阻抗模型图中、—正、负电极的极化电阻；、—为正、负电极的极化电容；—为引线电感；—为电池欧姆电阻蓄电池欧姆电阻表征了电池的荷电程度。为了简化测量，通常从等效阻抗中仅分离纯电阻R(R由、、组成)，R和之间呈线性关系。故可用R间接的表征电池荷电程度。[15]2.2.2四线法内阻测量蓄电池的内阻很小，一般为几微欧至几毫欧，因此测量线的阻抗就变得不可忽略，为此将驱动电流回路和感应电压电路分开，采用四线法测量，原理如下图所示，图

5、中为取样电阻：内阻四线测量原理图测量蓄电池内阻的方法是：在蓄电池两端施加一恒定的电流源，然后检测电池端电压以及和两者的夹角，三者之间的关系如下图所示。有图知：R即为需要获取的蓄电池内阻。蓄电池内阻与剩余电量的关系曲线如图所示蓄电池内阻与剩余电量之间的关系目前此方法的具体实施办法是：给蓄电池充满电，然后以常用的放电率对电池放电，记录放电过程中内阻与电量的大小。当蓄电池放电完毕(密度降到正常情况下需要充电的密度值)，就可获得完整的放电曲线，即剩余电量与蓄电池内阻之间的关系。从理论上说，只要调整电流源幅度，内阻法可适用于各种容量的蓄电池测量。因此用内阻法来预测蓄电池的

6、剩余电量具有良好实用性。但是内阻法有自己的缺陷，内阻法是根据蓄电池内阻与蓄电池的容量有着更为确定的关系，但通常必须先测出某一规格和型号蓄电池的内阻一容量曲线，然后采用比较法通过测量内阻得知同型号、同规格蓄电池的剩余容量，通用性比较差，测量过程也相当复杂。2.3安时（AH）积分法安时积分法也叫恒电流放电法，是根据SOC定义，通过电流对时间的积分来得到使用的电量，是应用在电池管理中最广的方法。从刻到时刻电量变化为:从而得到：描述，其中—初始t时刻电池的;—时刻电池的;—电池额定容量;—电流瞬时值，放电取正，充电取负;—从到t时刻的变化量。以上描述的只是理想状况下估算

7、的计算式，实际计算中还有一些因素需要考虑。[16]首先需要考虑不同电流的影响:在不同的充电(放电)电流条件下，电池组可以充入(放出)的有效容量是不同的，即充放电效率问题。其次需要考虑电池组自放电及健康状况的影响:电池组即使在静置过程中也会有能量损失，即电池组的自放电影响，而且电池组的充放电循环寿命是有限的，在使用过程中电池组逐渐老化，其有效容量也会逐渐减少。最后还需要考虑温度的影响:电池组的充放电过程是一个化学反应过程，必然受温度的影响，不同温度条件下电池组有效容量会发生变化，也会影响电池组的充放电倍率，因此也需要对温度因素进行修正。基于上述因素的考虑，可以得到

8、更准确的SOC估算公式: