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、無污染、重量輕、放電性能高、維護(hù)量小、價格低等優(yōu)點(diǎn)，所以深受各個行業(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。但是在使用過程中，由于剩余容量無法準(zhǔn)確預(yù)測，輕的造成事故，重的釀成慘劇。因此，必須建立一個有效的蓄電池管理系統(tǒng)，準(zhǔn)確可靠地預(yù)測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，國內(nèi)外普遍采用荷電狀態(tài)SOC(StateofCharge)來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重要參數(shù)。由于VRLA蓄電池有著不同的類型、用途以及外部環(huán)境，SOC的影響因素眾多，因此其預(yù)測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：一類是物理建模方法；另一類是系統(tǒng)的辨識與參數(shù)估計建模方法。
2物理建模方法預(yù)測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，該方法有兩個明顯的缺點(diǎn)：(1)需要大量時間和人力；(2)電池正在進(jìn)行的工作不得不中斷，無法實(shí)時在線預(yù)測。對于靜態(tài)后備蓄電池可以采用，但對于重要場合，用此方法則要冒一定的風(fēng)險，因?yàn)榉烹娖陂g，系統(tǒng)在沒有電池備份下運(yùn)行，一旦主電源出現(xiàn)問題或者市電中斷，整個系統(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；則采用動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對蓄電池組的放電試驗(yàn)管理，省時高效，但是精度很低，只能定性判斷蓄電池組的性能，而無法準(zhǔn)確估計剩余容量。
2.2安時計量法
安時法是SOC估算最常用的方法，計算公式為：
(1)
其中：SOC0為充放電起始時刻荷電狀態(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)前時刻的荷電狀態(tài)。
安時法實(shí)質(zhì)是將電池看作一個黑箱，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。同時從式(1)可以看出，安時法在應(yīng)用中存在的問題：(1)要求標(biāo)定SOC初始值；(2)需要精確計算充放電效率；(3)需準(zhǔn)確測量電流，電流測量不準(zhǔn)，將造成SOC計算誤差，長期會存在電流積分的累計誤差；(4)在高溫狀態(tài)和電流波動劇烈的情況下誤差較大。
因此，在實(shí)際應(yīng)用場合采用安時法時，一般根據(jù)使用環(huán)境和條件考慮對充放電率、溫度、電池老化以及自放電率等因素進(jìn)行補(bǔ)償。
采用安時法、Peukert方程、溫度修正以及SOH相結(jié)合的方法來估算靜態(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狀態(tài)為一個周期，在此周期內(nèi)，測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)萘坑嬎鉙OH。其SOC計算精度可以達(dá)到0.1%以內(nèi)，計算公式為：
考慮了對蓄電池充放電率、溫度、電池老化以及自放電率進(jìn)行補(bǔ)償，通過自整定對累計誤差進(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)，對電池的不一致性進(jìn)行修正，修正公式見式(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：

則利用開路電壓法得到初始SOC，之后對安時法進(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程中逐漸變高，放電過程中逐漸降低，且蓄電池容量與密度呈一定的線性關(guān)系，因此，通過測量電解液的密度可以預(yù)測SOC的大小[9]。由于密度法需對電解液進(jìn)行測量，主要應(yīng)用于開口式鉛酸電池，若能夠開發(fā)出更高精度的密度—容量傳感器，在極其重要的場合，可將其在生產(chǎn)時就植入密封蓄電池。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鉛酸蓄電池電解液密度進(jìn)行測量，同時文利用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對密度進(jìn)行了預(yù)測，效果較好，但均未給出電解液與SOC之間的確定關(guān)系。
2.4開路電壓法
開路電壓(OpenCircuitVoltage)是指蓄電池在開路狀態(tài)下的端電壓，在數(shù)值上接近電池電動勢。開路電壓法是根據(jù)電池的剩余容量與開路電壓有一定的線性(正比)關(guān)系而建立起來的，通過測量開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，只以開路電壓為測試參數(shù)，相對比較簡單，描述了鉛酸蓄電池開路電壓、剩余容量和電解液密度的關(guān)系，并給出了SOC與開路電壓之間的計算公式：

其中：VBO為電池的開路電壓，Vα為充滿電時的開路電壓，Vb為充分放電時的開路電壓，其大小對應(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，通過測量電池的開路電壓，一般查表就可得到估計的SOC值。但是開路電壓法也存在著明顯的缺點(diǎn)：(1)電池需要長時靜置才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，且靜置時間如何確定也是問題；(2)隨著電池老化、剩余電量下降時，開路電壓變化不明顯，因此也就無法準(zhǔn)確預(yù)測剩余電量；(3)對于傳統(tǒng)使用的串聯(lián)電池組，所用電池處于有載狀態(tài)，一般無法測量開路電壓，不能實(shí)現(xiàn)在線測量。從目前文獻(xiàn)來看，一般不單獨(dú)使用開路電壓法，由于開路電壓法在充電初期和末期SOC估計效果好，常與安時法、卡爾曼法結(jié)合使用。
針對電池需要長時靜置這一缺點(diǎn)，文獻(xiàn)[14]利用蓄電池在各種狀態(tài)下開路電壓的恢復(fù)曲線幾乎相同這一試驗(yàn)結(jié)果，得出開路電壓的預(yù)測公式進(jìn)而計算SOC，預(yù)測值與測量值相對誤差在6%以內(nèi)。