| 摘要：阀控密封式铅酸蓄电池目前越来越广泛地应用于直流电源的后备电源系统中，但是其维护和检测技术却存在着较大的漏洞，本文对电池的电压、直流内阻、交流内阻、电池容量等各参数的检测技术进行了比较和分析，阐明了电池状态分析必须进行多参数综合分析的科学性。 |
关于蓄电池阻抗谱图，一般的解释为：
① 欧姆电阻RHF包含连接件电阻、隔膜电阻、电解液电阻和电极与硫酸铅晶体结合面电阻；
② 小容性环与大容性环依赖于电极反应，称为电池的极化电阻。
图3 蓄电池阻抗等效电路
图3为电池的等效电路图：
图3中Lp、Ln为正负极电感；
Rt.p和Rt.n是电极离子迁移电阻；
Cdl.p、Cdl.n是极板双电层电容；
Zw.p、Zw.n为极化阻抗，是由离子在电解液和多孔电极中扩散速度决定的；
RHF是前面提到的欧姆电阻。
电池全电阻Zcell表示为欧姆电阻和极化电阻的和。
Zcell=Zp+Zn+RHF
直流内阻检测法检测的是电池的全内阻，它既包含了电池的极化内阻也包含了电池的欧姆内阻。交流内阻检测法检测的只是电池的欧姆内阻。极化内阻反映了电池内部电化学特性；欧姆内阻反映了电池内部的电回路的完好性，它完全符合欧姆定律特性。
3.1直流内阻测试
直流内阻的测试在产品实现上较为复杂，测试精度要求较高，同时必须解决直流采样的高电压隔离问题，这对产品的实现提出了极高的技术要求，随着技术的发展这些技术问题已得到解决。目前，国内已有厂家生产出直流内阻的检测产品。直流内阻法与交流内阻法相比，不仅反映了电池内部的放电回路的完好性，同时反映出电池内部电化学特性的极化电阻。直流内阻与电池的容量也具有较好的线性对应关系，从一个侧面反映出电池容量的完好性。
3.2交流内阻测试
目前国内大部分电池内阻的测试产品都采用交流内阻测试技术，交流内阻测试技术是向电池输入一个10～60HZ电流为1A左右的交流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。
Rj=Vav/Iav
式中Vav----交流信号电压的平均值；
Iav----交流信号电流的平均值。
此方法测试数值分辨率较高，产品实现容易，原理简单。但其只反映了电池的欧姆内阻，即只反映了电池内部连接元件的接触完好性，无法反映电池的电化学特性，电池是一种电化学原理的物质，其主要特性是电化学特性。同时交流内阻与电池的容量等根本特性的关系是离散的，无法反映出电池容量等电池的基本特性。对于交流内阻检测国内并无一个标准对其进行参考和评价，只是设备厂家自己的经验值给予借鉴，不同厂家的交流内阻检测设备对同一电池进行检测所得出的数值并不相同，有时不在一个数量级上，单一的交流内阻值参考价值不大。交流内阻检测仪的产生是直流内阻检测产品在实现上存在技术问题时期的一个过渡产品。交流内阻测试法属于给电池注入交流电流的测试技术，长期运行会使正极板栅合金遭受阳极氧化而腐蚀，缩短电池使用寿命，所以交流内阻测试技术不适合应用于电池组在浮充状态下的在线检测。
3.3内阻测试技术分析
不论是交流内阻还是直流内阻，其检测的数值受电池的运行状态和环境温度影响相当大:电池在充电过程内阻变小，放电过程内阻增加；充放电电流的大小对电池内阻影响也相当大，有时不在一个数量级上。当温度每下降10℃内阻增大15％，当温度较高时极化内阻会下降。这些因素都造成内阻检测的误差，影响内阻的可参考性，所以内阻测量法不能够作为判断电池状态的标准，只能够作为判断电池状态的参考。
4.电池容量检测
开口铅酸蓄电池直接测量电解液的比重是非常有效的方法。电解液的比重可以反映电池的充电状态，用公式可以由比重计算得到比较准确的荷电百分比数据。虽然电解液的比重与劣化程度的关系不大，但可以通过观察极板的色泽、腐蚀程度来大致估计电池的劣化情况。
对于密封的阀控铅酸蓄电池，测量比重和直接观察的方法都难以实施，只有通过容量的检测可直接反映蓄电池的劣化程度(SOH)和荷电状态(SOC)。容量的检测是分析电池状态的最直接和最可靠的参数。
容量测试目前国内外产品主要有计算法、核容放电法和在线检测法三种。国内大部分产品主要应用容量计算法，容量计算法是通过测量电池组的充放电电流和充放电时间，来进行计算得出电池组的后备容量。此种方法只是一种数学概念的估算根本无法反映电池内部状态和电池的电化学特性。
核容放电法是通过对电池进行满容量放电，通过计算放电电流和放电时间来计算出电池的真实容量，此种方法是最精确的电池容量测试方法，也是电池容量的测试标准之一。但此种方法无法应用于电池在线容量检测。
容量的在线检测法是在Intelec会议论文“VRLA（阀控式铅酸蓄电池）状况的评估”的基础上确定了这样的结论并得到一致认可：固定条件放电状态下，电池端电压UZ与保有容量CB的对应关系非常好。如图4所示。
图4电池电压与电池容量对应图
对电池施加一个特定电流进行放电，记录其特定时间的电压值。两者之间有很好的对应关系。测出的电压值通过定量计算可准确计算出电池的保有容量。放电电流选取的原则是能获得一条斜率较为适当的UZ—CB曲线。不难理解，对应曲线随电池结构不同、工艺方法不同而异，这种检测的实质是测定电池的极化电阻的增大值，因此不会发生将失效电池检测为良好的误判断，检测可靠性很高。
5.结束语
电池在线状态分析是一个跨学科的技术领域，它综合了电学、电化学和精密测量等学科，电池检测产品不能通过单一的测量数据对电池进行判断，应通过对电池的直流内阻和容量等多种参数进行检测，通过对多参数的综合分析以判断电池的状态。
责任编辑：Kelly
评论表单加载中...
