蓄电池知识：

  蓄电池剩余容量是用户最为关心的一个问题，它与整个供电系统的可靠性密切相关。蓄电池剩余容量越高，则系统可靠性越高。因此，如何在既不消耗蓄电池能量，又不影响用电设备正常工作情况下，实时地在线检测蓄电池剩余容量，有着重要意义。
    蓄电池是一个复杂的电化学系统，它在不同负载条件或不同环境温度下运行时，实际可供释放的剩余容量不同；而且随着蓄电池使用时间增加，其容量也将下降。通常是根据蓄电池的电解液密度来估算剩余容量的，该方法有很大局限性：在蓄电池使用后期，随着正负极板的腐蚀、断筋，难以准确推算出剩余容量；同时，这种方法也难以适应目前广泛应用的VRLA蓄电池的在线检测。近些年常用的几种蓄电池剩余容量检测方法之中，对在线使用的蓄电池来说，内阻法对系统产生的影响最小，并可以在蓄电池整个使用期内准确测量，因此，内阻法被视为一种比较理想的方法。但在高噪声情况下却发现，实际所测得的蓄电池剩余容量精度不尽人意，因此，对高噪声情况下蓄电池剩余容量在线检测方法的改进势在必行。
1    内阻法预测剩余容量的实施方案
    大量研究结果表明，蓄电池内阻与荷电程度之间有较好的相关性。美国GNB公司曾对容量200～1000A·h，电池组电压18～360V的近500个VRLA蓄电池进行过测试，实验结果表明，蓄电池内阻与容量的相关性非常好，相关系数可以达到88％。随着蓄电池充电过程的进行，内阻逐步减小；随着放电过程的进行，内阻逐步增大。另外，随着蓄电池老化，其剩余容量随之下降，内阻也逐渐增大。蓄电池内阻与剩余容量的典型关系曲线如图1所示。

图1    蓄电池内阻与剩余容量的关系曲线
    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，变化率远远大于蓄电池端电压变化率（约为30％～40％），因此，通过测量蓄电池内阻可以比较准确地预测其剩余容量。另外，对于在线使用的蓄电池来说，内阻法还有一个突出优点是对系统影响最小，可以在蓄电池整个使用期内准确测量。因此，不难看出内阻法最适合于VRLA蓄电池剩余容量的在线测量。
    内阻法预测剩余容量的具体实施方案是：首先，将蓄电池充满电（以2V蓄电池为例，充电至2.23V，浮充电流至10mA），然后，以0.1C的放电率使蓄电池放电，记录下放电过程中内阻与剩余容量的大小。当蓄电池放电完毕（2V蓄电池放电至1.80V）便可获得完整的放电曲线，即剩余容量与蓄电池内阻之间的对应关系。将此曲线存入蓄电池监控系统的FLASHROM中，在以后测试同型号、同规格的蓄电池时，处理器根据在线测试得到的内阻值，通过查表计算，得出其剩余容量。因此，这一方法的关键在于如何在线测得蓄电池内阻。
    蓄电池内阻测量原理如下：在蓄电池两端施加一恒定交流音频电流源Is，然后，检测其端电压Vo以及Is和Vo两者之间的夹角θ。显然，蓄电池的交流阻抗为Z=Vo/Is，而R=Z×cosθ即为我们所要获取的蓄电池内阻值。其具体实现方案如图2所示。

图2    内阻法预测剩余电量的实现