蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測(cè)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(zhǎng)電池的使用壽命。正極板柵是正極涂膏的導(dǎo)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(fù)極板柵不會(huì)受到腐蝕。其他設(shè)計(jì)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(jì)、涂膏的物理化學(xué)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(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(cè)量可跟蹤監(jiān)測(cè)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(shí)間的關(guān)系曲線，起初曲線比較平緩，但接著就隨時(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(shù)較少，電池容量很可能在兩次測(cè)試期間就已降到80%額定容量以下。如果采用內(nèi)阻測(cè)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(shí)驗(yàn)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(fù)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(duì)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(cè)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(huì)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(shí)間曲線顯示出一個(gè)類似的初始電壓值，但曲線斜率隨放電時(shí)間的增大而增大。電壓——時(shí)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(yán)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(duì)初始階段由于板柵生長(zhǎng)導(dǎo)致的涂膏與板柵結(jié)合度降低可能反應(yīng)并不敏感，或者由于活性物質(zhì)平衡的利用或循環(huán)對(duì)于涂膏中顆粒之間的結(jié)合度惡化的反應(yīng)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(jìn)行，結(jié)合程度可能會(huì)出現(xiàn)惡化，從而降低了涂膏的利用率。

內(nèi)阻R對(duì)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(cè)試頻率8Hz－1000Hz范圍內(nèi)是相對(duì)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(duì)應(yīng)性之間存在明顯的不同。

因腐蝕而引起的正極板柵的電導(dǎo)下降可以由內(nèi)阻R的變化而反映出來。板柵電阻的貢獻(xiàn)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(jì)、化成和制造方法，板柵內(nèi)阻在使用壽命結(jié)束時(shí)增加5%－30%不足為奇。高速放電對(duì)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(duì)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(gè)部件的內(nèi)阻變化可能由其它部件的變化所掩蓋。當(dāng)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(shí)，內(nèi)阻和電池容量的對(duì)應(yīng)關(guān)系就比較明顯。因板柵腐蝕和生長(zhǎng)、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(gè)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(dá)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(duì)這些因素更為敏感，一般電池內(nèi)阻增加20%－25%時(shí)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(rèn)為，VRLA剩余容量并不能由電池內(nèi)阻反映出來，他們認(rèn)為電池容量下降20%對(duì)應(yīng)的電池內(nèi)阻下降并不明顯。但有一點(diǎn)是得到普遍承認(rèn)的，那就是電池內(nèi)阻的增高對(duì)應(yīng)于電池容量的下降，當(dāng)電池內(nèi)阻變化可以明顯確認(rèn)的時(shí)候，電池應(yīng)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(cè)量而發(fā)現(xiàn)的。所以VRLA內(nèi)阻的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)比起端電壓來說所起的作用是革命性的。

參考文獻(xiàn)

1　王德志　《蓄電池原理及使用》　中國(guó)鐵道出版社1989