閥控式密封鉛酸(VRLA)蓄電池由于具有體積小、防爆、電壓穩(wěn)定、無(wú)污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，所以深受各個(gè)行業(yè)的青睞，被廣泛應(yīng)用于郵電、電力、交通、航空航天、應(yīng)急照明、軍事通信等諸多領(lǐng)域。VRLA蓄電池已經(jīng)成為系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，它的安全可靠運(yùn)行直接關(guān)系到整套設(shè)備的可靠運(yùn)行。但是在使用過(guò)程中，由于剩余容量無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，輕的造成事故，重的釀成慘劇。因此，必須建立一個(gè)有效的蓄電池管理系統(tǒng)，準(zhǔn)確可靠地預(yù)測(cè)蓄電池剩余容量則成為電池管理系統(tǒng)中最基本和最首要的任務(wù)。
目前，國(guó)內(nèi)外普遍采用荷電狀態(tài)SOC(StateofCharge)來(lái)表示蓄電池的剩余容量。SOC是直接反映蓄電池的可持續(xù)供電能力和健康狀況的一個(gè)重要參數(shù)。由于VRLA蓄電池有著不同的類(lèi)型、用途以及外部環(huán)境，SOC的影響因素眾多，因此其預(yù)測(cè)采用的方法各種各樣，使用的電池模型也不盡相同。一般蓄電池的建模方法可以分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是物理建模方法；另一類(lèi)是系統(tǒng)的辨識(shí)與參數(shù)估計(jì)建模方法。
2物理建模方法預(yù)測(cè)SOC
2.1放電試驗(yàn)法
放電試驗(yàn)法是大家公認(rèn)的最可靠的SOC估計(jì)方法。按某一放電倍率的電流將電池進(jìn)行連續(xù)放電至規(guī)定的SOC零點(diǎn)，放電電流與時(shí)間的乘積即為剩余容量。
放電試驗(yàn)法主要用于實(shí)驗(yàn)室計(jì)算電池組充電效率、檢驗(yàn)SOC估算精度或者用于蓄電池的檢修，適用于所有電池。但是，該方法有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)：(1)需要大量時(shí)間和人力；(2)電池正在進(jìn)行的工作不得不中斷，無(wú)法實(shí)時(shí)在線預(yù)測(cè)。對(duì)于靜態(tài)后備蓄電池可以采用，但對(duì)于重要場(chǎng)合，用此方法則要冒一定的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榉烹娖陂g，系統(tǒng)在沒(méi)有電池備份下運(yùn)行，一旦主電源出現(xiàn)問(wèn)題或者市電中斷，整個(gè)系統(tǒng)都將癱瘓，造成不可估量的損失。詳細(xì)描述了放電試驗(yàn)方法以及注意事項(xiàng)，但需要大量的人工操作；則采用動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)蓄電池組的放電試驗(yàn)管理，省時(shí)高效，但是精度很低，只能定性判斷蓄電池組的性能，而無(wú)法準(zhǔn)確估計(jì)剩余容量。
2.2安時(shí)計(jì)量法
安時(shí)法是SOC估算最常用的方法，計(jì)算公式為：
(1)
其中：SOC0為充放電起始時(shí)刻荷電狀態(tài)，CN為額定容量，η為充放電效率且不是常數(shù)(假定充電電流方向?yàn)檎�，放電電流方向�(yàn)樨?fù))，SOC為當(dāng)前時(shí)刻的荷電狀態(tài)。
安時(shí)法實(shí)質(zhì)是將電池看作一個(gè)黑箱，認(rèn)為流進(jìn)電池的電量與流出電池的電量有一定的比例關(guān)系，而不考慮電池內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和外部的電氣特性，因此這種方法適用于各種電池。同時(shí)從式(1)可以看出，安時(shí)法在應(yīng)用中存在的問(wèn)題：(1)要求標(biāo)定SOC初始值；(2)需要精確計(jì)算充放電效率；(3)需準(zhǔn)確測(cè)量電流，電流測(cè)量不準(zhǔn)，將造成SOC計(jì)算誤差，長(zhǎng)期會(huì)存在電流積分的累計(jì)誤差；(4)在高溫狀態(tài)和電流波動(dòng)劇烈的情況下誤差較大。
因此，在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合采用安時(shí)法時(shí)，一般根據(jù)使用環(huán)境和條件考慮對(duì)充放電率、溫度、電池老化以及自放電率等因素進(jìn)行補(bǔ)償。
采用安時(shí)法、Peukert方程、溫度修正以及SOH相結(jié)合的方法來(lái)估算靜態(tài)后備閥控式鉛酸蓄電池的SOC，以蓄電池容量為零到容量為滿這兩個(gè)狀態(tài)為一個(gè)周期，在此周期內(nèi)，測(cè)量蓄電池折算到在標(biāo)準(zhǔn)溫度下以標(biāo)準(zhǔn)電流放電或充電的總?cè)萘坑?jì)算SOH。其SOC計(jì)算精度可以達(dá)到0.1%以內(nèi)，計(jì)算公式為：
考慮了對(duì)蓄電池充放電率、溫度、電池老化以及自放電率進(jìn)行補(bǔ)償，通過(guò)自整定對(duì)累計(jì)誤差進(jìn)行糾偏，并利用大量實(shí)驗(yàn)得到的單電池電壓值與容量關(guān)系系數(shù)，對(duì)電池的不一致性進(jìn)行修正，修正公式見(jiàn)式(4)。其中：Ks為關(guān)系系數(shù)，△U為電池組中電壓最低的單體電池電壓與所有單體電池平均電壓的差值：

則利用開(kāi)路電壓法得到初始SOC，之后對(duì)安時(shí)法進(jìn)行各種補(bǔ)償，其SOC估算精度達(dá)到6%以內(nèi)。此外，安時(shí)法還常常與卡爾曼法結(jié)合使用(卡爾曼濾波法中詳細(xì)論述)。
2.3密度法
密度法主要用于鉛酸蓄電池。由于電解液密度在充電過(guò)程中逐漸變高，放電過(guò)程中逐漸降低，且蓄電池容量與密度呈一定的線性關(guān)系，因此，通過(guò)測(cè)量電解液的密度可以預(yù)測(cè)SOC的大小[9]。由于密度法需對(duì)電解液進(jìn)行測(cè)量，主要應(yīng)用于開(kāi)口式鉛酸電池，若能夠開(kāi)發(fā)出更高精度的密度—容量傳感器，在極其重要的場(chǎng)合，可將其在生產(chǎn)時(shí)就植入密封蓄電池。分別利用超聲波傳感器、低能γ射線、鉛酸蓄電池容量傳感器對(duì)鉛酸蓄電池電解液密度進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)文利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)密度進(jìn)行了預(yù)測(cè)，效果較好，但均未給出電解液與SOC之間的確定關(guān)系。
2.4開(kāi)路電壓法
開(kāi)路電壓(OpenCircuitVoltage)是指蓄電池在開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓，在數(shù)值上接近電池電動(dòng)勢(shì)。開(kāi)路電壓法是根據(jù)電池的剩余容量與開(kāi)路電壓有一定的線性(正比)關(guān)系而建立起來(lái)的，通過(guò)測(cè)量開(kāi)路電壓就能夠直接得到剩余容量的大小。其優(yōu)點(diǎn)是不依賴蓄電池尺寸、大小和放電速度，只以開(kāi)路電壓為測(cè)試參數(shù)，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，描述了鉛酸蓄電池開(kāi)路電壓、剩余容量和電解液密度的關(guān)系，并給出了SOC與開(kāi)路電壓之間的計(jì)算公式：

其中：VBO為電池的開(kāi)路電壓，Vα為充滿電時(shí)的開(kāi)路電壓，Vb為充分放電時(shí)的開(kāi)路電壓，其大小對(duì)應(yīng)關(guān)系隨不同的蓄電池生產(chǎn)廠家而略有不同。
使用該方法時(shí)，通過(guò)測(cè)量電池的開(kāi)路電壓，一般查表就可得到估計(jì)的SOC值。但是開(kāi)路電壓法也存在著明顯的缺點(diǎn)：(1)電池需要長(zhǎng)時(shí)靜置才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且靜置時(shí)間如何確定也是問(wèn)題；(2)隨著電池老化、剩余電量下降時(shí)，開(kāi)路電壓變化不明顯，因此也就無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)剩余電量；(3)對(duì)于傳統(tǒng)使用的串聯(lián)電池組，所用電池處于有載狀態(tài)，一般無(wú)法測(cè)量開(kāi)路電壓，不能實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量。從目前文獻(xiàn)來(lái)看，一般不單獨(dú)使用開(kāi)路電壓法，由于開(kāi)路電壓法在充電初期和末期SOC估計(jì)效果好，常與安時(shí)法、卡爾曼法結(jié)合使用。
針對(duì)電池需要長(zhǎng)時(shí)靜置這一缺點(diǎn)，文獻(xiàn)[14]利用蓄電池在各種狀態(tài)下開(kāi)路電壓的恢復(fù)曲線幾乎相同這一試驗(yàn)結(jié)果，得出開(kāi)路電壓的預(yù)測(cè)公式進(jìn)而計(jì)算SOC，預(yù)測(cè)值與測(cè)量值相對(duì)誤差在6%以內(nèi)。