1.2.3 蓄電池狀態(tài)估算
鉛酸蓄電池的內(nèi)阻是指電流通過電池內(nèi)部時所受到的電子“阻力”。電池的內(nèi)阻不是常數(shù)，因為在充放電過程中，蓄電池內(nèi)部的活性物質(zhì)的構(gòu)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(fù)極板硫化和失水都會導(dǎo)致蓄電池的內(nèi)阻增大。研究表明，在放電過程中，電池的內(nèi)阻、電壓與SOH、SOC具有緊密的聯(lián)系［10，11］。根據(jù)文獻(xiàn)［10］、［11］提出的SOH和SOC估算模型，融合改進(jìn)內(nèi)阻法和電壓法，本文提出了一種可自校準(zhǔn)的SOH及SOC估算新方法，具體實現(xiàn)步驟如下。
1）校準(zhǔn)試驗：對滿電的電池進(jìn)行恒流放電試驗，間隔相同時間測量電池的電壓和內(nèi)阻，直至電池完全放電結(jié)束，獲得參照電壓表V［i］和參照內(nèi)阻表R［i］，i＝1，2，2，…，n，并根據(jù)最大放電容量Cmax，計算得參照健康狀態(tài)SOH。
2）SOH估算：根據(jù)內(nèi)阻增大的程度來估算SOH，測量出蓄電池當(dāng)前的電壓Vm和內(nèi)阻Rm，然后查找參照電壓表V［i］，找到最接近Vm的第i次數(shù)據(jù)，再根據(jù)下式計算當(dāng)前的SOH:
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3）SOC估算：根據(jù)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(guān)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(tài)；SOH0為參照健康狀態(tài)；Rm為電池內(nèi)阻測量值；R［i］為第i次數(shù)據(jù)的參照內(nèi)阻；SOC為估算的容量狀態(tài)；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(nèi)阻測量原理
關(guān)于蓄電池內(nèi)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(yīng)的影響，用交流注入法測量內(nèi)阻具有不準(zhǔn)確性，尤其當(dāng)測試信號的頻率越高時，內(nèi)阻測量值越不準(zhǔn)確，而直流測量法可以有效地避開電容效應(yīng)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(nèi)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(tài)脈沖放電過程，圖中：E0為理想電壓源，RΩ為歐姆內(nèi)阻，RC為極化內(nèi)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(nèi)阻R等效于歐姆內(nèi)阻RΩ和極化內(nèi)阻RC之和，根據(jù)歐姆定理可知：
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計算得：
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圖1 內(nèi)阻檢測原理
為精確在線測量蓄電池內(nèi)阻，本文設(shè)計了以單片機(jī)MC9S12XS128為核心主控制單元的內(nèi)阻測量子系統(tǒng)，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(dǎo)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(wǎng)絡(luò)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(gòu)成的差動放大電路組成。單片機(jī)MC9S12XS128通過隔離驅(qū)動器OP控制放電開關(guān)SWITCH，使蓄電池產(chǎn)生一個瞬態(tài)脈沖大電流，高速ADC同步采集電壓、電流，根據(jù)公式（7）計算出蓄電池的內(nèi)阻。采用該瞬態(tài)脈沖放電法不僅有利于準(zhǔn)確測量蓄電池內(nèi)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(dǎo)致“鈍化”的問題。
圖2 內(nèi)阻測量子系統(tǒng)
來源：武漢大學(xué)學(xué)報（工學(xué)版）
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