蓄電池內(nèi)阻監(jiān)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。負極板柵不會受到腐蝕。其他設(shè)計參數(shù)，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(shè)計、涂膏的物理化學參數(shù)和制造參數(shù)都可以影響壽命。

隨著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(jiān)測這些變化，并且發(fā)現(xiàn)不合格品。

電池容量與壽命的關(guān)系曲線類似于電壓與放電時間的關(guān)系曲線，起初曲線比較平緩，但接著就隨時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(shù)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(nèi)阻測試法，可以很容易發(fā)現(xiàn)這些問題并改善系統(tǒng)可靠性。

實驗表明，隨著涂膏孔隙率的增加，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，孔隙率隨著正極板和負極板分別轉(zhuǎn)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(nèi)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(jié)果表明，在15分鐘放電速率下，同結(jié)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，開路電壓也隨之提高。盡管電池內(nèi)阻R和總電壓降可能會增大，但這可以部分地被開路電壓的升高所抵消。

隨著電池的老化，它們的電壓——時間曲線顯示出一個類似的初始電壓值，但曲線斜率隨放電時間的增大而增大。電壓——時間曲線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)的大量損失可能嚴重影響電池容量，并同貧酸式閥控鉛酸電池產(chǎn)品增加的內(nèi)阻R吻合得較好。

內(nèi)阻R的讀數(shù)對初始階段由于板柵生長導致的涂膏與板柵結(jié)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(jié)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，但隨著放電過程的進行，結(jié)合程度可能會出現(xiàn)惡化，從而降低了涂膏的利用率。

內(nèi)阻R對涂膏性能的敏感性可能也和內(nèi)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?shù)內(nèi)阻R在電池測試頻率8Hz－1000Hz范圍內(nèi)是相對平緩的。

目前，我們尚未發(fā)現(xiàn)在阻抗或?qū)Ъ{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(nèi)阻R的變化而反映出來。板柵電阻的貢獻及其在使用過程中的變化很大程度上取決于放電速率、板柵設(shè)計、化成和制造方法，板柵內(nèi)阻在使用壽命結(jié)束時增加5%－30%不足為奇。高速放電對板柵內(nèi)阻的增加更為敏感，而頂端鉛極柱的內(nèi)阻變化對性能好的產(chǎn)品影響不大。

電池總內(nèi)阻是電荷轉(zhuǎn)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(nèi)阻R的值在±20%之間呈現(xiàn)一定的分布。

隨著電阻的老化，某個部件的內(nèi)阻變化可能由其它部件的變化所掩蓋。當內(nèi)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，內(nèi)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、電解質(zhì)損失或再分布引起的電池部件內(nèi)阻增加都伴隨有一個類似的平緩的指數(shù)曲線。

電池容量的損失也與此類似。其中內(nèi)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%的時候更為明顯。高放電速率下的使用時間似乎對這些因素更為敏感，一般電池內(nèi)阻增加20%－25%時就到了壽命期限。在低放電速率下，電池內(nèi)阻一般增加20%－35%后壽命才結(jié)束。

3 結(jié)束語

有文章認為，VRLA剩余容量并不能由電池內(nèi)阻反映出來，他們認為電池容量下降20%對應的電池內(nèi)阻下降并不明顯。但有一點是得到普遍承認的，那就是電池內(nèi)阻的增高對應于電池容量的下降，當電池內(nèi)阻變化可以明顯確認的時候，電池應保有60%以上的容量，這樣的電池是不能通過電池浮充端電壓測量而發(fā)現(xiàn)的。所以VRLA內(nèi)阻的實時監(jiān)測比起端電壓來說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