蓄電池內阻監測的意義

所有VRLA都有一定的使用壽命，這是由于正極板柵的腐蝕，尤其是在浮充放電使用過(guò)程中更為明顯。增加正極板柵的質(zhì)量或減少其腐蝕率都可以延長(cháng)電池的使用壽命。正極板柵是正極涂膏的導電和支撐骨架，腐蝕不僅加大了正極板柵的電阻，而且使板柵增厚，從而同涂膏失去了電接觸。負極板柵不會(huì )受到腐蝕。其他設計參數，如電解質(zhì)體積，隔板壓縮程度及成份組成，電池殼的透氣率、通氣孔設計、涂膏的物理化學(xué)參數和制造參數都可以影響壽命。

隨著(zhù)正極板柵的腐蝕和隔板中電解質(zhì)的耗盡，電池電阻增大而電池容量減少。這兩種情況均會(huì )引起初始電壓的下降和可利用活性物質(zhì)的減少。周期性的R測量可跟蹤監測這些變化，并且發(fā)現不合格品。

電池容量與壽命的關(guān)系曲線(xiàn)類(lèi)似于電壓與放電時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，起初曲線(xiàn)比較平緩，但接著(zhù)就隨時(shí)間的變化而迅速下降。

在不間斷電源中，由于電池檢查及放電次數較少，電池容量很可能在兩次測試期間就已降到80%額定容量以下。如果采用內阻測試法，可以很容易發(fā)現這些問(wèn)題并改善系統可靠性。

實(shí)驗表明，隨著(zhù)涂膏孔隙率的增加，極板所含電解質(zhì)的體積增加，因而造成隔板中電解質(zhì)的減少。在使用初期，孔隙率隨著(zhù)正極板和負極板分別轉變?yōu)槎趸U和海綿狀鉛而不斷增大，在此期間硫酸重新分布。這對電阻的影響很小，但提高了涂膏利用率和電池的容量。隨著(zhù)電池的老化，正極板柵不斷腐蝕脹大，正極板的有效孔隙率也不斷增大，電池內電解質(zhì)的總體積緩慢減少。但由于電解質(zhì)重新分布到正極板中，隔板中電解質(zhì)的損失卻要快得多。隔板和電解質(zhì)電阻隨電解質(zhì)飽和度的下降呈e的（2－3）次冪的關(guān)系，可是在15分鐘放電速率下，它們的電阻只占新電池總電阻的5%－10%（16%歐姆電阻乘以占總電阻40%的歐姆電阻比）。

[next] 測試結果表明，在15分鐘放電速率下，同結束使用周期的電池相比，新電池的初始放電電壓略微低20mV－50mV。隨著(zhù)水在浮充使用期間的電解，或者因板柵腐蝕而被消耗，剩余的電解質(zhì)變得濃度增加。因而，開(kāi)路電壓也隨之提高。盡管電池內阻R和總電壓降可能會(huì )增大，但這可以部分地被開(kāi)路電壓的升高所抵消。

隨著(zhù)電池的老化，它們的電壓——時(shí)間曲線(xiàn)顯示出一個(gè)類(lèi)似的初始電壓值，但曲線(xiàn)斜率隨放電時(shí)間的增大而增大。電壓——時(shí)間曲線(xiàn)的不斷下降同電解質(zhì)的減少和活性物質(zhì)的利用理論并不一致。電解質(zhì)的大量損失可能?chē)乐赜绊戨姵厝萘?，并同貧酸式閥控鉛酸電池產(chǎn)品增加的內阻R吻合得較好。

內阻R的讀數對初始階段由于板柵生長(cháng)導致的涂膏與板柵結合度降低可能反應并不敏感，或者由于活性物質(zhì)平衡的利用或循環(huán)對于涂膏中顆粒之間的結合度惡化的反應也不靈敏。涂膏起初可能同板柵的電接觸很充分，但隨著(zhù)放電過(guò)程的進(jìn)行，結合程度可能會(huì )出現惡化，從而降低了涂膏的利用率。

內阻R對涂膏性能的敏感性可能也和內阻R與電池容量的不一致性有關(guān)。

一些理論指出，某些電池部件的失效可能同交流頻率有關(guān)?？墒谴蠖鄶祪茸鑂在電池測試頻率8Hz－1000Hz范圍內是相對平緩的。

目前，我們尚未發(fā)現在阻抗或導納與電池壽命的對應性之間存在明顯的不同。

因腐蝕而引起的正極板柵的電導下降可以由內阻R的變化而反映出來(lái)。板柵電阻的貢獻及其在使用過(guò)程中的變化很大程度上取決于放電速率、板柵設計、化成和制造方法，板柵內阻在使用壽命結束時(shí)增加5%－30%不足為奇。高速放電對板柵內阻的增加更為敏感，而頂端鉛極柱的內阻變化對性能好的產(chǎn)品影響不大。

電池總內阻是電荷轉移電阻和部件歐姆電阻的總和，由于一些部件性能的不一致，初始內阻R的值在±20%之間呈現一定的分布。

隨著(zhù)電阻的老化，某個(gè)部件的內阻變化可能由其它部件的變化所掩蓋。當內阻變化足夠大，并同電解質(zhì)的減少和活性物質(zhì)的利用有關(guān)時(shí)，內阻和電池容量的對應關(guān)系就比較明顯。因板柵腐蝕和生長(cháng)、電解質(zhì)損失或再分布引起的電池部件內阻增加都伴隨有一個(gè)類(lèi)似的平緩的指數曲線(xiàn)。

電池容量的損失也與此類(lèi)似。其中內阻的劇升同電池容量的減少有關(guān)，尤其是在電池壽命未達到80%的時(shí)候更為明顯。高放電速率下的使用時(shí)間似乎對這些因素更為敏感，一般電池內阻增加20%－25%時(shí)就到了壽命期限。在低放電速率下，電池內阻一般增加20%－35%后壽命才結束。

3 結束語(yǔ)

有文章認為，VRLA剩余容量并不能由電池內阻反映出來(lái)，他們認為電池容量下降20%對應的電池內阻下降并不明顯。但有一點(diǎn)是得到普遍承認的，那就是電池內阻的增高對應于電池容量的下降，當電池內阻變化可以明顯確認的時(shí)候，電池應保有60%以上的容量，這樣的電池是不能通過(guò)電池浮充端電壓測量而發(fā)現的。所以VRLA內阻的實(shí)時(shí)監測比起端電壓來(lái)說(shuō)所起的作用是革命性的。

參考文獻

1　王德志　《蓄電池原理及使用》　中國鐵道出版社1989