阀控式密封铅酸(VRLA)蓄电池由于具有体积小、防爆、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小、价格低等优点，所以深受各个行业的青睐，被广泛应用于邮电、电力、交通、航空航天、应急照明、军事通信等诸多领域。VRLA蓄电池已经成为系统的关键部件之一，它的安全可靠运行直接关系到整套设备的可靠运行。但是在使用过程中，由于剩余容量无法准确预测，轻的造成事故，重的酿成惨剧。因此，必须建立一个有效的蓄电池管理系统，准确可靠地预测蓄电池剩余容量则成为电池管理系统中**基本和**首要的任务[1][2]。

目前，国内外普遍采用荷电状态SOC(StateofCharge)来表示蓄电池的剩余容量。SOC是直接反映蓄电池的可持续供电能力和健康状况的一个重要参数。由于VRLA蓄电池有着不同的类型、用途以及外部环境，SOC的影响因素众多，因此其预测采用的方法各种各样，使用的电池模型也不尽相同。一般蓄电池的建模方法可以分为两大类：一类是物理建模方法；另一类是系统的辨识与参数估计建模方法[3]。

UPS蓄电池物理建模方法预测SOC

2.1放电试验法

放电试验法是大家公认的**可靠的SOC估计方法。按某一放电倍率的电流将电池进行连续放电至规定的SOC零点，放电电流与时间的乘积即为剩余容量。

放电试验法主要用于实验室计算电池组充电效率、检验SOC估算精度或者用于蓄电池的检修，适用于所有电池。但是，该方法有两个明显的缺点：(1)需要大量时间和人力；(2)电池正在进行的工作不得不中断，无法实时在线预测。对于静态后备蓄电池可以采用，但对于重要场合，用此方法则要冒一定的风险，因为放电期间，系统在没有电池备份下运行，一旦主电源出现问题或者市电中断，整个系统都将瘫痪，造成不可估量的损失。文献[4]详细描述了放电试验方法以及注意事项，但需要大量的人工操作；文献[5]则采用动力环境监控系统实现远程对蓄电池组的放电试验管理，省时高效，但是精度很低，只能定性判断蓄电池组的性能，而无法准确估计剩余容量。

2.2安时计量法

安时法是SOC估算**常用的方法，计算公式为：

(1)

其中：SOC0为充放电起始时刻荷电状态，CN为额定容量，η为充放电效率且不是常数(假定充电电流方向为正，放电电流方向为负)，SOC为当前时刻的荷电状态。

安时法实质是将电池看作一个黑箱，认为流进电池的电量与流出电池的电量有一定的比例关系，而不考虑电池内部的结构和外部的电气特性，因此这种方法适用于各种电池。同时从式(1)可以看出，安时法在应用中存在的问题：(1)要求标定SOC初始值；(2)需要**计算充放电效率；(3)需准确测量电流，电流测量不准，将造成SOC计算误差，长期会存在电流积分的累计误差；(4)在高温状态和电流波动剧烈的情况下误差较大。

因此，在实际应用场合采用安时法时，一般根据使用环境和条件考虑对充放电率、温度、电池老化以及自放电率等因素进行补偿。

文献[6]采用安时法、Peukert方程、温度修正以及SOH相结合的方法来估算静态后备阀控式铅酸蓄电池的SOC，以蓄电池容量为零到容量为满这两个状态为一个周期，在此周期内，测量蓄电池折算到在标准温度下以标准电流放电或充电的总容量计算SOH。其SOC计算精度可以达到0.1%以内，计算公式为：

文献[7]考虑了对蓄电池充放电率、温度、电池老化以及自放电率进行补偿，通过自整定对累计误差进行纠偏，并利用大量实验得到的单电池电压值与容量关系系数，对电池的不一致性进行修正，修正公式见式(4)。其中：Ks为关系系数，△U为电池组中电压**的单体电池电压与所有单体电池平均电压的差值：

文献[8]则利用开路电压法得到初始SOC，之后对安时法进行各种补偿，其SOC估算精度达到6%以内。此外，安时法还常常与卡尔曼法结合使用(卡尔曼滤波法中详细论述)。

太阳能电站蓄电池容量下降过快、使用寿命缩短的主要原因：

**、太阳能电站频繁停电、停电时间长、停电时间无规律，使蓄电池频繁充放电，根据目前蓄电池制造厂家对通信基站报废蓄电池解剖情况来看，导致蓄电池寿命终止的原因在于蓄电池负极板的硫酸盐化，这是蓄电池早期容量衰竭（PCL）的一种典型现象。

造成蓄电池负极板产生硫酸盐化的原因如下：太电站停电频次过高，一天内停电数次，甚至连续停电数天，使蓄电池在放电后尚未充足电的情况下又放电，蓄电池出现欠充现象。如连续多次发生欠充，将造成蓄电池容量累积性亏损，则该电站的蓄电池容量将在较短时间内下降，其使用寿命将较快终止。一般来说，蓄电池容量下降的速度与该太阳能电站蓄电池连续欠充的次数成一定的正比关系。

造成蓄电池容量下降的内在原因在于，电池放电后在未充足电的情况下又放电，正、负极在放电后生成的硫酸铅未能分别完全恢复成二氧化铅和金属铅的情况下，正、负极板又放电，使蓄电池产生欠充，连续多次欠充，使负极板逐步硫酸盐化，产生不可逆转的结晶硫酸铅，特别是蓄电池处于深度过放电的情况下，蓄电池负极板的硫酸盐化将更严重，硫酸盐化的速度将更快，造成负极板表面被屏蔽，其功能逐步下降直至失效，导致蓄电池使用寿命下降直至终止。

第二、开关电源设置参数不合理，太阳能电站蓄电池欠压保护设置电压过低，复位电压设置过低，使蓄电池出现过放电甚至深度过放电现象，从另一方面加剧蓄电池负极板硫酸盐化。

目前太阳能电站组合开关电源均设置低电压隔离保护功能或二次下电功能。当蓄电池放电至某一设定电压值时，开关电源系统将自动切断对部分重负载供电或全部负载的供电，以保护蓄电池不过度放电，确保蓄电池使用寿命。

如电池**欠压保护值设置过低，蓄电池将出现过放电，多次的过放电和过放电后未能及时补充电或充电不足都将严重影响电池使用寿命;另外如开关电源复位电压设置过低，将使电池在放电过程中出现重复多次放电；具体电池**欠压保护值设置应根据负载电流大小而设置，而目前太阳能电站蓄电池**欠压保护值一般设置在单体电池电压每只 1.8V 左右，有的甚至设定为每只1.75V。根据阀控式密封电池的放电性能结合太阳能电站实际负载电流(目前太阳能电站实际负载电流绝大部分均小于0.1C10A），太阳能电站电池**欠压保护值应设置在电池单体电压每只 1.8V 以上。

因此，目前太阳能电站蓄电池欠压保护设置参考电压过低，如太阳能电站长时间停电，会使电池出现过放电，甚至是小电流深度过放电，而过放电的电池要完全充足电，恢复容量所需充电时间较长，深度过放电的电池在太阳能电站现有**恒压充电条件下，一般是很难完全恢复其额定容量的。所以开关电源参数设置不合理，从另一方面加剧电池负极板硫酸盐化，从而造成电池容量下降，使用寿命缩短。

第三，太阳能电站使用环境较恶劣。使太阳能电站保温房室内温度偏高，从而降低了蓄电池使用寿命。

第四，太阳能电站长时间停电后，蓄电池放电至终止电压，未及时进行补充电，也将导致电池容量下降和使用寿命缩短。

由于部分电站地处郊区或偏远山村等地，有可能大雪覆盖了太阳能电池板，或长时间连续阴雨天，蓄电池放电至终止电压，太阳能发电还未恢复，这样一方面可能造成蓄电池过放电，另一方面电池放电后又不能得到及时补充电，根据相关资料表明，电池放电后如不能及时进行补充电，将使蓄电池容量逐步下降，经过几次循环后，蓄电池使用寿命将明显缩短。

另外一些太阳能电站的开关电源输出浮充电压值比设置值和显示值小了 1V 多，造成蓄电池长期处于欠充状态。尽管，通讯站用蓄电池存在的这些问题，但是我们目前主要通讯运营商的维护制度和维护人员的配备，无法保证及时地发现蓄电池出现的问题，及时地对其维护，及时地将落后电池更换下来，避免掉站事故的发生。