內阻交流放電法在蓄電池在線(xiàn)監測中的應用

蓄電池作為直流電源系統的核心組成部分，起作儲備電能、應付電網(wǎng)異常和特殊工作情況、維持系統正常運轉的關(guān)鍵作用，是電力系統正常工作的最后一道防線(xiàn)。當前，蓄電池在線(xiàn)監測逐漸被人們所重視，在電力、通信等行業(yè)應用越來(lái)越廣泛，但是，蓄電池在線(xiàn)監測及狀態(tài)評估所采用的關(guān)鍵技術(shù)---內阻交流放電法并不被人們所了解，還在模糊認識中。

從理論分析和大量實(shí)驗證明，蓄電池工作狀態(tài)及預計使用壽命與內阻具有密切的關(guān)系，目前國內外使用的蓄電池監測設備及蓄電池狀態(tài)分析設備都是以蓄電池內阻為主要指標，結合蓄電池內阻的變化速率及歷史數據，建立起專(zhuān)家系統，對蓄電池狀態(tài)進(jìn)在線(xiàn)評估，A計其使用壽命?，F代電站和變電站都采用大容量蓄電池，其內阻極其微小，為幾十到數百微歐，甚至接頭的松緊程度都會(huì )對測量結果造成影響，并且蓄電池在線(xiàn)工作時(shí)有一定的充電紋波干擾，因而使傳統的電阻測量技術(shù)難以達到測量要求，應采用微電阻精密測量技術(shù)進(jìn)行蓄電池內阻測量才行。

1蓄電池的內阻模型

圖1為蓄電池的簡(jiǎn)化等效電路。圖中Rc為蓄電池正負電極的極化電阻，C為正負電極的雙電層電容等效值。R為蓄電池的歐姆電阻。蓄電池連接部分主要是歐姆電阻，而電極極化部分既有歐姆電阻又有極化電阻。

1.1歐姆電阻：由極板、匯流排、極柱、電解液、隔膜等的電阻組成，它們服從歐姆定律。

1.2極化電阻：它包括濃差極化電阻和電化學(xué)極化電阻，由擴散極化電阻、電荷傳遞電阻組成，是由電極動(dòng)力學(xué)過(guò)程和物質(zhì)轉移引起，它們不服從歐姆定律。

1.3濃差極化：電流通過(guò)蓄電池后，引起正負電極表面附近的電解液濃度變化，進(jìn)而產(chǎn)生濃極化電動(dòng)勢，其大小與電流大小、溫度、電極反應速率、電遷移、擴散速度有關(guān)。

1.4電化學(xué)極化：當電流通過(guò)蓄電池時(shí)，由于電極過(guò)程某一步的遲緩，阻礙了電極過(guò)程的進(jìn)行，使電極電位離開(kāi)平衡電極電位。其大小與電流大小、溫度、電極真實(shí)有效表面積等因素有關(guān)。

2影響蓄電池內阻的因素

影響蓄電池內阻的因素主要有：

2.1蓄電池使用的時(shí)間：S著(zhù)使用時(shí)間的增加，使電解液失水、極板與連接條的腐蝕、極板的硫酸化、極板變形及活性物質(zhì)的脫落等因素，造成蓄電池容量減小，蓄電池內阻變大。

2.2蓄電池的電荷量：由于注入蓄電池的電解液深度、電極表面反應物質(zhì)的厚度、電極表面的孔隙率等不同，而使蓄電池的內阻相差較大，從而電荷量也相差較大。

2.3溫度：環(huán)境溫度的變化，例如上升，這時(shí)反應物質(zhì)的擴散加快、電荷傳遞、電極動(dòng)力學(xué)過(guò)程和物質(zhì)轉移更容易進(jìn)行，因而蓄電池內阻減小。反之，就會(huì )增加。

2.4蓄電池的型號：不同生產(chǎn)廠(chǎng)、不同種類(lèi)、不同型號的蓄電池，由于電極、電解液、隔膜的材料配方不同，電池的結構不同、裝配工藝不同而使蓄電池內阻產(chǎn)生差異。

2.5測量信號頻率：目前許多蓄電池內阻測量，實(shí)際上測的是蓄電池的阻抗，內中包括了容抗，而容抗大小和測量信號頻率有關(guān)，使蓄電池內阻測量結果不具有客觀(guān)性。要具有客觀(guān)性，應根據測量信號電流和電壓的相位關(guān)系，用解析的方法去除蓄電池電容對測量結果的影響，使測量率結果與信號測量頻率無(wú)關(guān)，即在任何測量信號頻率下，內阻測量結果具有唯一性。

2.6測量時(shí)間和測量電流大?。涸诓捎幂^大測量電流的情況下，在施加測量信號和關(guān)閉測量信號的瞬間，由于極化的建立和穩定是個(gè)變化過(guò)程，不同的測量電流，不同的測量時(shí)間，極化是不同的，使蓄電池內阻測量結果不具有客觀(guān)性。要具有客觀(guān)性，應盡量用較小的信號電流進(jìn)行內阻測量，根據實(shí)驗，測量電流小于或等于0.05C10，(其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。)

3用內阻交流放電法測量蓄電池內阻

內阻交流放電法是在交流注入法蓄電池內阻測量技術(shù)的基礎上更進(jìn)一步的發(fā)展，該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優(yōu)點(diǎn)。其原理是用CPU通過(guò)D/A控制智能負載，使蓄電池向智能負載放電，產(chǎn)生一個(gè)低頻(頻率小于100HZ)，幅值約為0.01C10-0.05C10 的正弦波交流信號(頻率為fo，角速度為ω=2πfo的電流I=IoSin(ωoT),其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。在蓄電池上產(chǎn)生的電壓響應為：

U=UoSin(ωoT+Φ); 其阻抗為：Z=Uo/IoXejφ

交流放電法蓄電池內阻測量原理圖見(jiàn)圖2。