1 引 言

在许多的电池使用场合都希望得知电池放电期间的剩余电量。因此，蓄电池监测装置的一个最重要功能是剩余电量(SOC)的计算。

目前的电池电量计算技术在蓄电池深度循环放电使用的场合发展日趋成熟，尤其是在锂离子 ( Li-ion ) 电池的应用，因为锂离子电池的充放电容量效率接近100%，与放电电流和工作温度的关系不大，因此，其智能化的技术相对简单。

阀控铅酸蓄电池(Valve Regulated Lead Acid Battery--VRLAB)电池的放电过程是一个动态非线性过程，对其放电过程的物理化学反应的研究有利于监测装置和算法的设计。

VRLA蓄电池的工作原理与传统蓄电池类似，其放电和充电的电极反应可以用双极硫酸盐理论来描述：

和二氧化铅的晶体结构有关，二氧化铅有α-PbO2 和β-PbO2 的两种变体，通常得到的

是两种变体的综合值。

因此，铅酸蓄电池的电动势除了与标准位

有关外，还与硫酸的浓度有关。

电池的电动势受温度影响，其温度系数表示电池电动势与温度之间的关系，也可以用来计算一些热力学参数。因为电池的电动势与电池反应的焓变有关，它们的关系可以用吉布斯--亥姆次方程式表示：

铅酸电池的电解液，即硫酸水溶液，除了起导电作用外，还参加成流反应，因此它对电池的性能有直接影响。

阀控密封铅酸蓄电池的关键技术之一是密封。为使蓄电池在充放电时少产生气体或使气体再化合为水，需要从以下几方面解决：一是保持氢在阴极上析出的高过电位和氧在阳极上析出的高过电位，为此要提高原料的纯度，即减少铅和硫酸中的有害物质;二是采用合理的充电方法及较低的浮充电压;三是使氢氧再化合成水回到电解液中。

2 负极钝化机理

铅在硫酸溶液中的阳极氧化，在一定条件下发生钝化，结果导致输出容量的降低，降低的程度依赖于放电时的温度、硫酸的浓度以及放电的电流密度。

放电过程中因为有结晶的存在，在高电流密度放电时，就意味着在很短的时间内有大量的铅离子转入溶液，而形成新的晶核需要有一个诱导时间，于是在这个短时间内就会形成较大的过饱和度，与电流密度相比，就能够形成数量较多的和尺寸较小的结晶核，从而导致生成致密的硫酸铅层而钝化。在预先有晶核存在的条件下，过饱和度与晶粒尺寸之间的关系仍遵守上述规律，与小晶体成平衡的溶液，其饱和度将大于大晶体成平衡的溶液。

可以用图1、图2、图3、图4的简单模型表示放电钝化机理，活性物质PbO2以颗粒的形式存在，在低倍率放电时，颗粒内部均匀生成晶核，这样PbO2能够较完全地转化为PbSO4，而在高倍率下PbSO4覆盖在PbO2颗粒表面，阻挡了颗粒内部的PbO2转化为PbSO4。

从更深入的理论研究来说，对于钝化的硫酸铅膜的形成，至今认识未达到统一。某些研究者用溶解—沉淀机理解释硫酸铅的形成，某些研究者则按固态反应来解释。