1.2.3　蓄电池状态估算

铅酸蓄电池的内阻是指电流通过电池内部时所受到的电子“阻力”。电池的内阻不是常数，因为在充放电过程中，蓄电池内部的活性物质的构成、电解液浓度和温度都在随着时间的变化而不断变化。正极板软化、负极板硫化和失水都会导致蓄电池的内阻增大。研究表明，在放电过程中，电池的内阻、电压与SOH、SOC具有紧密的联系［10，11］。根据文献［10］、［11］提出的SOH和SOC估算模型，融合改进内阻法和电压法，本文提出了一种可自校准的SOH及SOC估算新方法，具体实现步骤如下。

1）校准试验：对满电的电池进行恒流放电试验，间隔相同时间测量电池的电压和内阻，直至电池完全放电结束，获得参照电压表V［i］和参照内阻表R［i］，i＝1，2，2，…，n，并根据最大放电容量Cmax，计算得参照健康状态SOH。

2）SOH估算：根据内阻增大的程度来估算SOH，测量出蓄电池当前的电压Vm和内阻Rm，然后查找参照电压表V［i］，找到最接近Vm的第i次数据，再根据下式计算当前的SOH:

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3）SOC估算：根据开路电压法来估算SOC，在SOH为100％的情况下，蓄电池开路电压与剩余容量存在很明显的线性关系。因此在SOH不是100％的情况下，蓄电池SOC的计算方法如下所示：

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式（4）和（5）中：SOH为估算的健康状态；SOH0为参照健康状态；Rm为电池内阻测量值；R［i］为第i次数据的参照内阻；SOC为估算的容量状态；Vm为电池电压测量值；Vmin为完全放电时的电池电压；Vmax为充满电时的电池电压。

1.3　内阻测量原理

关于蓄电池内阻的测量有两种方法：直流放电法和交流信号注入法［12］。由于电容效应的影响，用交流注入法测量内阻具有不准确性，尤其当测试信号的频率越高时，内阻测量值越不准确，而直流测量法可以有效地避开电容效应的影响。因此，本文采用四线制直流脉冲放电法测量蓄电池内阻，测量原理如图1所示。图1（a）为蓄电池Thevenin等效模型，图1（b）为瞬态脉冲放电过程，图中：E0为理想电压源，RΩ为欧姆内阻，RC为极化内阻，C为极间电容，I为放电电流，V为电池电压，ΔV为电压降。在直流放电过程中，蓄电池内阻R等效于欧姆内阻RΩ和极化内阻RC之和，根据欧姆定理可知：

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计算得：

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图1  内阻检测原理
为精确在线测量蓄电池内阻，本文设计了以单片机MC9S12XS128为核心主控制单元的内阻测量子系统，如图2所示，采用四线制接线法，电压采样与电流采样相互独立，消除了导线电阻和接触电阻对测量的干扰。电压采样电路由精密电阻分压网络和运算放大器AMP组成，电流采样电路由霍尔元件和运算放大器AMP构成的差动放大电路组成。单片机MC9S12XS128通过隔离驱动器OP控制放电开关SWITCH，使蓄电池产生一个瞬态脉冲大电流，高速ADC同步采集电压、电流，根据公式（7）计算出蓄电池的内阻。采用该瞬态脉冲放电法不仅有利于准确测量蓄电池内阻，而且还能激活蓄电池，避免蓄电池长期不放电、电极周边被氢气泡“围困”导致“钝化”的问题。

 

图2  内阻测量子系统

来源：武汉大学学报（工学版）

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