蓄电池荷电状态的在线估测技术研究

据权威机构统计，数据中心发生系统故障，造成数据丢失的事故，27.7%是由于电源失效造成的，高居第一位，远远超过灾害、软硬件故障、网络失效以及人为错误等其它原因，而这些电源失效事故中，95%是由蓄电池问题导致的。.如何有效地监测蓄电池的运行状态，始终是业界极其关注的问题。人们对于蓄电池监护问题关注的焦点集中在：如何在线、准确地得到蓄电池的荷电状态（剩余电量）信息。长期以来，这个问题没有得到有效的解决。.项目拟采用基于电化学阻抗谱测量的无损检测技术方案，以建立蓄电池荷电状态的表征模型和在线估测模型为研究主线，以实现对蓄电池荷电状态的在线估测为研究目标。项目研究工作的成功实施，使得在线、准确预报蓄电池组中落后与早期失效电池成为可能，从而有效解决业界所忧虑的问题。

以蓄电池内部阻抗的在线准确测量为主线，课题组自行研制了一套集散式蓄电池运行参数在线监测系统。在不同应用场所，针对多种不同系列、不同型号的铅酸蓄电池，在其不同荷电状态下采集了大量的端电压、充/放电电流、特定频率范围的内部阻抗等样本数据。.课题从研究蓄电池的内部阻抗特性入手，采用描述的等效电路模型对采集到的样本数据进行处理，分别对蓄电池等效电路模型参数以及集总参数与蓄电池SOC之间的相关性进行数学分析，得到以下结论：.(1) 从电化学理论上讲，蓄电池在静态条件下的端电压能够正确反映其荷电状态，并且该参数通常用于估测过程中对蓄电池SOC的修正。但是，在生产实际中，当蓄电池出现诸如极板严重腐蚀、电解液干涸等极端情况时，该参数不能够正确表征蓄电池SOC。.(2) 蓄电池的等效电路模型参数中，除欧姆内阻以外的其它参数随蓄电池荷电状态变化未呈现单调变化的函数关系，因此，蓄电池等效电路模型中的均不能单独表征其荷电状态。.(3) 蓄电池等效电路模型中的随其荷电状态的减小而逐渐增大，因此，可以用来表征蓄电池SOC。但是，(a)当蓄电池SOC值较大时（大于60%），该表征关系的灵敏度较低；(b)由于大容量蓄电池的欧姆内阻及其随荷电状态的变化幅度较小（在微欧量级），从而制约了该方法的检测精度与分辨率。因此，基于表征关系的估测方法比较适合于蓄电池容量预警的应用。.(4) 并非任意频率下的蓄电池内部阻抗均能反映其荷电状态，针对具体型号的蓄电池，通常只有待定频率点下或者特定频率区间内的内部阻抗可以用来表征其荷电状态，此时其等效阻抗幅值或者等效阻抗实部随蓄电池SOC的变化趋势与的变化趋势相似，因而可以用来表征蓄电池SOC。.(5) 在蓄电池的Nyquist复阻抗图中，其EIS曲线与实轴的交点随SOC减小单调、加速右移，该交点对应的复阻抗频率随蓄电池SOC的减小呈现单调递增的变化规律，并且其趋势与的变化趋势相似，因而可以用来表征蓄电池SOC。.课题组分别选定以及来表征蓄电池SOC，建立了相应的蓄电池SOC在线估测数学模型，在实验室条件下实现了估测误差小于5％的实验结果，并初步搭建了实际的工程应用测试系统，应用效果需待后续的生产现场实验。.在项目执行期间，课题组申请国家发明专利2项，发表学术论文1篇，另有1篇论文已被录用，达到项目申报时的预期目标。