时高蓄电池在线内阻监测技术及运用

目前，阀控式铅酸蓄电池在电力操纵电源、通讯电源中广泛使用，由于阀控式铅酸蓄电池结构的特殊性，在运行中可靠地检测蓄电池的性能，并有针对性地对蓄电池进行维护变得困难但又很迫切。从电源系统运行的高可靠性要求，各类蔷电池监测系统也在广泛使用。但不同的测试模式对蓄电池的性能状况反映也不一样，多年的研究和运用表明，内阻检测是目前最为可靠的测试方式之一，而蓄电池的不同失效模式对内阻的反映情况也不一样，了解蓄电池的内阻和各种失效模式的关系，公道地分析阀控式铅酸蓄电池的内阻数据，有利于更好地对蓄电池进行检测和维护。近年来，由于原材料的涨价，国内很多阀控式铅酸蓄电池厂家采用了很多新的生产工艺，由此而来对新工艺蓄电池内阻数据分析也发生了新的变化。公道地选择此类蓄电池内阻数据基准，对判定阀控式铅酸蓄电池性能有很大的帮助；公道地运用内阻数据维护蓄电池，对延长蓄电池的使用寿命有很大的作用，为获得最大的安全效益和经济效益有着很重要的意义。

1 常见的蓄电池失效模式
对于阀控式铅酸电池，通常的性能变坏原因有：电池失水、极板群的腐蚀、活性物质的脱落、深放电引起的钝化和深度放电后的恢复等，以下是几种性能变坏的情况。

l.1 电池失水
铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高或电池正极栅板的腐蚀，使电池的活性物质减少，从而使电池的容量降低而失效。

阀控式铅酸蓄电池充电后期，正极开释的氧气与负极接触，发生反应，重新天生水，即

　　使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产牛氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。

在上述阴极吸收过程中，由于产生的水在密封情况下不能溢出，因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护，这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维护电池的由来。但在充电过程中，当充电电压超过2．35V／单体时就有可能负气体逸出。由于此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体固然经过滤酸垫滤掉了酸雾，但必竟使电池损失了气体，也即是失水，所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的，尽对不能过充电。

1．2 负极板硫酸化
电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅，电池充电时负极栅板发生如下化学反应

    
 　　放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应，当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，在电池的正负极栅板上就有PbSO4存在，PbSO4长期存在会失往活性，不能再参与化学反应，这一现象称为活性物质的硫酸化，为防止硫酸化的形成，电池必须经常保持在充足电的状态，蓄电池尽对不能过放。

1．3 正极板腐蚀
由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必须留意防止电池失水现象发生。

1．4 热失控
热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原冈是浮充电压过高。

一般情况下，浮充电压定为2.23～2.25V/单体(25℃)比较合适。假如不按此浮充范围工作，而是采用2．35V／单体(25℃)，则连续充电4个月就可能出现热失控；或者采用230V/单体(25℃)，连续充电6～8个月就可能出现热失控；假如是采用2．28V／单体(25℃)，则连续12～18个月就会出现严重的容量下降，进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气，电池容量下降，最后失效。

2 阀控铅酸蓄电池内阻模型研究
阻抗分析是电化学研究中的常用方法，是电池件能研究和产品设汁的必要手段。
图l所示为常用的铅酸电池阻抗的等效电路。

　　文献研究中将Warburg阻抗表示为一个电阻和电容串联组成的阻抗ZW。

    
式中：λ为Warburg系数，表示反应物和天生物的扩散性质特性；
      ω为角频率。
电池的阻抗包括欧姆电阻和正负极阻抗，即

    
电池阻抗是一个复阻抗，在其它条件不变的情况下，与测试频率有关。
通常情况的内阻星指某一固定频率下的内阻值，对于一般的VRLA蓄电池，多数采用低于100 Hz的频率．在实际使用中常把复阻抗的模称为内阻。

2．1 内阻在线丈量方法
备用场合使用的VRLA电池一般容量很大，在几十到数千安时，电池的内阻值很小。由于阻值低，电池正负极输出感应的电压幅值很小，尤其是在线丈量时电池端存在充电纹波和负载变动时的动态变化，要正确丈量内阻是有一定难度的。常见的内阻测试方法有以下几种。

2.1.1 直流方法
直流方法是在电池组两端接进放电负载，根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1一U2)来计算内阻值，见图2所示。常采用式(3)计算。

    　　由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给正确丈量带来困难，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测最中，苴流方法所得数据的重复性较差，正确度很难达到10％以上。