内阻监测技术在阀控式铅酸蓄电池中的应用

1.剩余容量的定义

蓄电池的容量是指一定的放电条件下可以从蓄电池中获得的电量。一个蓄电池有理论容量、实际容量、额定或公称容量和额定储备容量之分。铅酸蓄电池的理论容量通常大于实际容量，是由于蓄电池在放电时极板处H2SO4大量消耗，硫酸溶液将产生浓差极化，随着放电深度的增大，电化学反应生成的大量难溶性PbSO4，覆盖了正负极板多孔电极，能参与成流反应的活性物质减少，铅酸蓄电池的放电能力迅速下降。在大电流放电的情况下，这种现象更明显，只能放出蓄有能量的一部分。SOC是描述蓄电池状态的一个重要参数，一般铅酸蓄电池的SOC是这样定义的：

式中，Qc、Qf分别是某时刻的剩余电量和总容量。SOC＝100%，表示蓄电池处于满充电状态；SOC＝0%，表示蓄电池处于全放电状态。

2.基于内阻的剩余容量监测

蓄电池在不同的荷电状态下，对欧姆极化的影响是不同的。SOC低，说明蓄电池的充电初期或放电后期电极表面生成硫酸铅，电液比重有所降低，欧姆内阻增大；反之，SOC高，说明蓄电池的放电初期或充电后期电极表面的硫酸铅大部分已经转换成了铅和二氧化铅，电液比重有所增加，欧姆内阻减小。蓄电池内阻与其剩余容量的关系不是线性的，但是，蓄电池内阻与容量的相关性非常好，相关系数可以达到88%。国际电信电源年会报告的研究成果显示：如果蓄电池的内阻超过正常值25%，则该容量已降低到其标称容量的80%左右；如果蓄电池内阻超过正常值的50%，则该蓄电池容量可降低到其标称容量的80%以下。(www.xing528.com)

因此，电池内阻与电池荷电状态SOC有关，其关系为

式中，a、b、c为固定系数，rm为单体电池内阻。

由此可见，rm能够反映电池的安时数（容量），检测出每个电池的rm值就能对蓄电池组容量进行定性分析。从大量串联电池中找出最差的电池单体，进而对蓄电池组进行有效管理，保证系统可靠运行。

铅酸蓄电池的内阻是复杂的，它包含了电池的欧姆内阻、浓差极化内阻、电化学反应内阻，以及双层电容充电时的干扰作用。但多数失效模式都会对内阻造成影响，内阻的小幅度增加可能说明电池的劣化。蓄电池的剩余容量能够描述蓄电池的工作状态，虽然蓄电池内阻与其剩余容量的关系不是线性的，但蓄电池内阻与容量的相关性非常好，因此利用内阻测量来达到监测蓄电池剩余容量的目的是简单而有效的。