蓄电池内阻及其同蓄电池各类失效模式的关系

时间：01-06 来源：电源世界作者：王秀菊点击：

图2-2 蓄电池阻抗等效电路

　　图2-2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Warburg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。
　　文献[104]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。
　　（2-4）

　　式中　λ--Warburg系数，表示反应物和生成物的扩散传质特性；
　　ω--角频率
　　电池的阻抗包括欧姆电阻和正负极阻抗：
　　Zcell = Zp + Zn + RHF　　　　　　　　　　　　　　　　（2-5）
　　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。
　　在实际使用中多采用内阻或电导，内阻是复阻抗的模，而电导是内阻的倒数值，二者只是表示方法的差别。
　　通常情况的内阻是指某一固定频率下的内阻值，对于一般的VRLA蓄电池，从电池的阻抗谱图（2-1）中可以看出，对于高于100Hz的频率，阻抗值RHF是平行于Y轴的近似直线，RHF也称为欧姆内阻。

4　内阻在线测量方法

　　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，随电池容量的增大，内阻减小，例如3000Ah的电池，其内阻值一般在 30-50微欧。由于阻值低，电池正负极输出直流电压，要准确测量内阻是有一定难度的，尤其是在线测量时电池端存在充电纹波和负
载变动时的动态变化。

4.1　直流方法

　　直流方法是在电池组两端接入放电负载，测量电压的变化（U1-U2）和电流值（I）计算电池的内阻（R）。
　　　（2-1）

　　蓄电池从浮充状态切换到放电状态，典型的电压跌落过程如图2-4所示。即停止充电后，电池回落到某平衡电位，接入放电负载后，电压发生阶跃变化。这样，内阻的计算不能使用浮充电压和放电工作电压的差值来计算，使用开路平衡电位与放电工作电压的差值时也不够稳定。因此，在放电过程改变电流可以克服平衡电位不稳定的因素。采用式（2-6），根据在不同电流（I1、I2）下的电压变化（U1-U2）来计算内阻值。
　　（2-6)

图2-4 蓄电池放电电压曲线

　　由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给准确测量带来困难，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。实际测量中，直流方法所得数据的重复性较差、准确度很难达到10%以上。

4.2　交流方法

　　交流方法相对直流法要简单。
　　当使用受控电流时，ΔI = Imax Sin(2πft),产生的电压响应为：
　　ΔV = Vmax Sin(2πft + φ) 　（2-1）
　　若使用受控电压激励，ΔV = Vmax Sin(2πft),产生的电流响应为：
　　ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)　　　　　　　　　（2-2）
　　两种情况的阻抗均为：
　　　　　　　　　　　　　　　（2-3）

　　即阻抗是与频率有关的复阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax, 相角为φ。
从理论上讲，向电池馈入一个交流电流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。
　　R = Vav / Iav　　　　　　　　　　　　　　（2-6）
　　式中　Vav----为检测到交流信号的平均值；
　　Iav ---- 为馈入交流信号的平均值
　　在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微欧级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，受到的影响更大，采用基于数字滤波器的内阻测量技术和同步检波方法可以部分克服外界干扰，获得比较稳定的内阻数据。
　　同步检波方法电路结构简单，如图2-5所示，由时钟触发同步激励信号和检波电路的相位。

图2-5 同步检波方法测量蓄电池内阻

4.3　不同测量方法对内阻值的影响

　　不同的测量一起使用不同的内阻测量方法，尤其是不同的测试频率，所获得的电池内阻数据有较大的差异。以下是对开口铅酸电池和阀控密封铅酸电池（VRLA）用不同的仪器进行测试的数据对比。
　　对12V100Ah开口蓄电池，分别采用HIOKI3550内阻测试仪（工作频率1000Hz，测量电流为几十mA）和BM6500（工作频率 10Hz，测量电流1A）测量17只电池的内阻，其结果如图2-8所示，图中"☆"为BM6500测得的数值，"+"是HIOKI3550所测得数值。可见BM6500所测数据均比HIOKI3550的数值高。但从图2-8还发现，两种方法测量的数据差值并不是一个恒值或者固定比例。

上一篇：通信电源监控系统下位机硬件电路的设计
下一篇：高效率大功率适配器的研究

蓄电池失效模式内阻相关文章：

栏目分类