鉛酸電池之殘電量偵測

電池休息時間

時間

電池電流

電池充電時間

圖3-12 脈衝充電法曲線圖

3.4 鉛酸電池之殘電量偵測

電池殘電量偵測有下列幾種方法：（1）內阻法、（2）起始放電電壓法、（3）

比重計法、（4）開路電壓法、（5）加載電壓法、（6）庫侖量測法。

3.4.1 內阻法

內阻法是測量電池的內部電阻，由電池的內阻值來判斷電池的容量[11-15]。

鉛酸電池在兩極板間和極板與電解液間存在一會變動的阻抗，此阻抗值在電池放 電末期會急遽增加，因此每隔一段時間去測量電池的內阻，若電池內阻開始急遽 增加，即可視為電池容量所剩不多。電池在放電過程中，會隨著電壓之降低（容 量的減少）而使內阻增加，這是由於電池內部之變化，包括極板由 Pb 和 PbO2變 成PbSO4和電解液中硫酸濃度減低。

由於內阻法是測量電池的內阻來判斷電池的容量，但電池的內阻通常極小，

3.4.2 起始放電電壓法

鉛酸電池在放電初期，由於電池本身內阻，會使電池電壓下降再逐漸回升，

此電化學反應稱為Coup De Fouet，圖 3-13 為電池之起始放電電壓曲線。起始放電 電壓法是依此峰值電壓（Plateau voltage）及谷值電壓（Trough voltage）來預測電 池的容量，但是這種方法只適用於電池充飽時，通常用在負載固定的系統上，因 此並不適用於急遽變動負載時的殘電量偵測[10]。

時間 14

13

12

Trough Voltage Plateau Voltage

電池電壓

圖3-13 電池起始放電電壓曲線圖

3.4.3 比重計法

電池的充電與放電為一可逆之電化學反應，以鉛酸電池為例，在充電時極板 上之硫酸鉛被轉換為硫酸、二氧化鉛與鉛，因此電池在充（放）電的過程中，電 解液的濃度會增高（降低），故利用比重計測量電解液的比重，即可測出其硫酸的 濃度，進而作為電池容量的偵測方法。

由於電池在充放電過程中，極板附近的電化學反應較為劇烈，其比重主要發 生在極板附近，極板以外的部分則需靠擴散作用，才能使電解液的比重均勻分佈，

因此需要一段穩定的時間才能測出準確的電解液濃度，但是在實際使用時不可能

完全靜止一段時間，而且使用比重計必須將其裝置在電池內部使其接觸到電解液 才能量測，此法對於密封式的鉛酸電池而言並不適用，因此比重計法比較少被拿 來偵測電池的殘電量[7,9]。

3.4.4 開路電壓法

鉛酸電池的開路電壓與硫酸液的濃度成線性關係，所以開路電壓亦可作為判 斷電池電量的參考。但是使用開路電壓法跟比重計法有同樣的限制，當電池在充 放電之後需要等待一段時間使電池的開路電壓回復到穩定值，如果在使用上無法 提供足夠的時間去得到穩定的電池電壓，則此法在殘電量的偵測將產生相當大的 誤差[5,9]。

3.4.5 加載電壓法

加載電壓法是指電池接上負載時去量測電池的電壓，當電池的放電電流固定 時，電池電壓與電解液的比重成線性關係，所以此法是依據電池的加載電壓來計 算電池的容量。由於電動車輛及電動載具在使用時必須注重電池容量的狀態，以 避免續航力不足，故加載電壓法為偵測操作狀態下電池容量最常用的方法，但在 實際使用上電流的變動範圍相當大，不同的負載造成電池電壓下降的斜率差異很 大，因此使用這種方法的精確度比較差[9]。

由於電池是非線性元件，不論是量測電池的開路電壓、加載電壓或內阻，都 必須事先建立該電池的曲線關係圖，一般是由電池廠提供或經由實驗得知，在實

3.4.6 庫侖量測法

庫侖量測法是將電池流出與流入的電流對時間積分，藉此計算電池的容量，

其單位是以安培小時（AH）來表示。這種方法的原理簡單，但在使用上仍需考慮 下列問題：（1）長時間累加後，會因電流量測的誤差使誤差量越來越大、（2）負 載變動時會使誤差量增加、（3）電池本身老化或更新電池都會增加其誤差量。此 方法多用於數位系統，經由軟體控制，補償因工作溫度、電池老化、電流的量測 等所造成的累積誤差[6,8]。

根據安培小時（AH）法來計算容量，在定電壓充電法時，由於電源電壓保持 固定，充電電流會逐漸減小，因此只要量測瞬間充電電流I 值，乘以充電時間 t 值，

則I×t 之值即為電池實際充入的 AH 值。在定電流充電法時，由於充電電流保持固 定，因此只要計算出I×t 之值，即為實際充入電池的 AH 值。其計算公式如下：

容量（AH）= 電池容量（AH）＋ 充電的 AH 值 （3-5）

在放電時，將（3-5）式的〝＋〞號改為〝-〞號，充電的 AH 值改為放電的 AH 值即可。