1.2.3　蓄電池狀態估算

鉛酸蓄電池的內阻是指電流通過電池內部時所受到的電子“阻力”。電池的內阻不是常數，因為在充放電過程中，蓄電池內部的活性物質的構成、電解液濃度和溫度都在隨著時間的變化而不斷變化。正極板軟化、負極板硫化和失水都會導致蓄電池的內阻增大。研究表明，在放電過程中，電池的內阻、電壓與SOH、SOC具有緊密的聯系［10，11］。根據文獻［10］、［11］提出的SOH和SOC估算模型，融合改進內阻法和電壓法，本文提出了一種可自校準的SOH及SOC估算新方法，具體實現步驟如下。

1）校準試驗：對滿電的電池進行恒流放電試驗，間隔相同時間測量電池的電壓和內阻，直至電池完全放電結束，獲得參照電壓表V［i］和參照內阻表R［i］，i＝1，2，2，…，n，并根據最大放電容量Cmax，計算得參照健康狀態SOH。

2）SOH估算：根據內阻增大的程度來估算SOH，測量出蓄電池當前的電壓Vm和內阻Rm，然后查找參照電壓表V［i］，找到最接近Vm的第i次數據，再根據下式計算當前的SOH:

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3）SOC估算：根據開路電壓法來估算SOC，在SOH為100％的情況下，蓄電池開路電壓與剩余容量存在很明顯的線性關系。因此在SOH不是100％的情況下，蓄電池SOC的計算方法如下所示：

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式（4）和（5）中：SOH為估算的健康狀態；SOH0為參照健康狀態；Rm為電池內阻測量值；R［i］為第i次數據的參照內阻；SOC為估算的容量狀態；Vm為電池電壓測量值；Vmin為完全放電時的電池電壓；Vmax為充滿電時的電池電壓。

1.3　內阻測量原理

關于蓄電池內阻的測量有兩種方法：直流放電法和交流信號注入法［12］。由于電容效應的影響，用交流注入法測量內阻具有不準確性，尤其當測試信號的頻率越高時，內阻測量值越不準確，而直流測量法可以有效地避開電容效應的影響。因此，本文采用四線制直流脈沖放電法測量蓄電池內阻，測量原理如圖1所示。圖1（a）為蓄電池Thevenin等效模型，圖1（b）為瞬態脈沖放電過程，圖中：E0為理想電壓源，RΩ為歐姆內阻，RC為極化內阻，C為極間電容，I為放電電流，V為電池電壓，ΔV為電壓降。在直流放電過程中，蓄電池內阻R等效于歐姆內阻RΩ和極化內阻RC之和，根據歐姆定理可知：

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計算得：

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圖1  內阻檢測原理
為精確在線測量蓄電池內阻，本文設計了以單片機MC9S12XS128為核心主控制單元的內阻測量子系統，如圖2所示，采用四線制接線法，電壓采樣與電流采樣相互獨立，消除了導線電阻和接觸電阻對測量的干擾。電壓采樣電路由精密電阻分壓網絡和運算放大器AMP組成，電流采樣電路由霍爾元件和運算放大器AMP構成的差動放大電路組成。單片機MC9S12XS128通過隔離驅動器OP控制放電開關SWITCH，使蓄電池產生一個瞬態脈沖大電流，高速ADC同步采集電壓、電流，根據公式（7）計算出蓄電池的內阻。采用該瞬態脈沖放電法不僅有利于準確測量蓄電池內阻，而且還能激活蓄電池，避免蓄電池長期不放電、電極周邊被氫氣泡“圍困”導致“鈍化”的問題。

 

圖2  內阻測量子系統

來源：武漢大學學報（工學版）

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