關于內阻測試原理

1、關于內阻測試原理隨著蓄電池從開口式密封式到VLRA(閥控鉛酸電池)的演化,以及UPS系統(tǒng)的大規(guī)模使用,采用一種經濟可靠的方法建立電池的容量和傳導途徑形態(tài)的工作被擺到了重要的位置。通過測量電池的內阻及浮充電壓和電池特性曲線便可以確定電池性能狀態(tài)。對于建立蓄電池容量和傳導途徑新方法的研究工作一直都沒有停止過。傳統(tǒng)認為，電池的容量是在恒流或恒功率下，在一定負載下達到最終電壓的額定時間，它是由制造商決定的。新電池實際容量比它的額定容量一般要大20%左右。電池專家們一致認為受控情況下的負載測試，仍是確定電池容量的唯一正確的方法。這些情況反映在美國的幾個國家標準中；最新的標準發(fā)表于1995年。但是，人們通

2、過多年的研究和試驗而獲得的經驗，取得了大量的有關電池特性和測量方面實用資料。早在1995年公開發(fā)表電池的等效電路和典型數值（見圖1）電池的內部電路模型，使人們能大致地理解電池內部參數與它的傳導途徑和容量的關系。.電池內部電路模型的主要元件是電阻、電感和電容。研究人員使用了各種儀器和方法對電池進行測試，測試頻率從幾赫茲到幾千赫茲，以試圖在這些元件與電池的容量之間建立起某種關系。但得到的結果常常是混淆的或相反的。對于差不多所有典型的蓄電池應用，電感對于電池的性能影響是非常小的，這是因為它的數值實在太?。▋H有0.05到0.2微亨）。而另一方面電池的電容又出奇的大，每100安時容量即可達到1.7法拉。

3、這對于充電器制造商們是個好消息，他們可以利用電池的這個特性對充電器的輸出電壓進行濾波。但是，極少有證據顯示出電容與電池容量的關系。個別研究人員覺得容抗與電池容量的有一定的關系。但不管怎么說，電化學電阻隨著測試頻率的增加而增加。測出的阻抗和導納讀數中同時包含了電容和電感的因素。實際的內阻我們在研制內阻測試儀的過程中，精選出一個電池模型，（見圖2）這個模型將電池的內阻劃分為金屬電阻和電化學電阻。這些阻抗是不隨測試頻率變化的。在研究電池容量關系的過程中，為了獲得最佳的結果。研究人員甚至使用了極低的頻率甚至零頻率直流放電。（享有很高聲望的日本電話電報公司是一個關注電池內阻的研究單位。他們的研究人員得出

4、了正是由于內阻的增加，從而導致了鉛酸電池性能退化的結論。通過對試驗結果的總結，他們認為用測量電池的內阻的方法可估算出85%的退化電池。） 留意下面圖（圖3）容量與普通內阻的曲線，這只是一個近似的曲線。多數人認為電池內阻與容量之間不應只是一條簡單的直線關系，實際上應該是一個相當復雜的非線性函數。部分人認為直線不能描述電池的容量關系，這是因為在電池放電過程中金屬電阻和電化學電阻問題所顯示出不同的特性。典型100%容量電池的放電曲線如圖4。顯而易見，增加的內阻對電池的容量有著負面的影響，電池內部的功率消耗應為I2×R電池內阻。由于這部分的能量沒有得以真正利用，從而造成實際容量的減少。在放電

5、過程中電池容量的減少，與電池內部金屬電阻和電化學電阻變化的依賴關系是不同的。金屬內阻電池的內部傳導途徑一直困擾著大多數電池測試方面的專家。因為電池性能退化現象發(fā)生得特別快，這種情況可以在每年、甚至更短的容量測試間隙期間出現。報廢電池的反常內阻說明了電池的極柱、內部的匯流排及板柵已成為化學腐蝕、較差的焊接質量及鑄鉛時的犧牲品。這時會看到插入液體中銅表面的腐蝕或已從鉛質極柱脫落的狀況。從圖5中可以清楚地看到由于高的金屬電阻而造成的電池容量的損失。極柱上的輸出電壓從放電開始到結束一直在減少。電化學電阻涂膏、電解質和隔離器構成了電池內阻中的電化學部分。長時間的使用會造成活性物質減少或涂膏老化，使電池的

6、電化學電阻不斷增加。在電池充放電時電解液的比重變化、以及隔離器的成份或其表面的化學構成的改變，也都會使電池的電化學電阻產生暫時的變化。隔離器蠕變、堵塞、短路或者硫化現象，常常會使電池出現不正常的現象及電化學電阻的增加。但在閥控鉛酸電池接近報廢時，電解液的干涸是第一號敵人。圖6說明了電池的電化學電阻特性。除非電池進行過度放電（象耗盡燃料的汽車），否則它的容量不會有明顯的減少。而另一方面金屬電阻則可以看成是油量表的指針。金屬電阻和化學電阻造成電池額定容量和實際容量差距最大的兩個原因。內阻與電池的老化內阻為電池的老化提供了線索。電池的老化過程是基于設計時的材料和結構退化的速度。比如正常的電池壽命，是

7、指溫度為75，以及在特殊的浮充環(huán)境及規(guī)定深度的放電和頻率情況下的壽命。緩慢傳導路徑的腐蝕，極板上活性物質的脫落，板柵的變形以及VRLA電池液的揮發(fā)，所有這些自然過程都是促使了電池壽命的終結。內阻的增加和容量的減小都是電池老化現象的標志。通常情況下，電池的容量低于實際的80%時，其性能會急速下降，應建議更換這個電池。電池的內阻在正常情況下增加得很慢，但是當電池的壽命快結束時，內阻會加速增大。報廢電池的內阻比正?；蛐码姵氐膬茸韪?5%，有些甚至達50%。溫度與內阻了解溫度對內阻的影響是十分重要的。圖7清楚地反應了典型的AGM VRLA電池在45下內阻和阻抗的快速增加。在溫和的氣候下，對無溫度調節(jié)環(huán)

8、境下的VRLA電池，應考慮季度間測量的電池內阻的不同變化。測試時，同時記錄環(huán)境溫度，會節(jié)省做進一步測試的時間和防止誤報警。同樣，受到空氣冷卻的電池讀數要高于鄰近擋風處的電池讀數。如果條件許可，試著改變一下電池房內空氣流動的方向。通過確定電池的內阻來判別電池的反常情況和正常的老化。由于采用了直流技術，因此它可以準確的重復測量在線電池的內阻。紋波電流、60Hz電場、噪聲以及一般的浮充電流都不會對儀器產生實際的影響。電池制造商通常利用簡單的歐姆定律來確定電池的內阻。他們的一般作法是測量電池放電期間的電壓變化以及電流。我們內阻測試的原理見圖8，但是它更快、更精確。圖8中說明了電池與負載之間的關系， 電

9、池在負載接通時， 它的內阻會造成瞬間電壓降。在負載斷開時，又會出現恢復電壓。讀取電流和負載斷開前和恢復后的電池電壓。從而簡單地得出R電池內阻=V/I。放電的瞬間測試對于額定容量小于1000A的電池，放電電流8A的時間只有3-4秒鐘。而對于大容量電池來說，這個時間則不到10秒鐘。實際測試中，在一開始的幾毫秒內，便能感應到電流。如果電池的內阻很高，放電電流會很小，儀器會將放電立即中止。所以，對于一個電池來說，不會損壞電池。許多人會想象一個充滿的蓄電池所儲存能量在減少的同時，電池的內阻將會成比例和有相當程度的的增加。從對鉛酸電池的電化學方面的理解，大部分的人都會堅持這個觀點。但實際情況是在電池的能量

10、消耗50%時，內阻的增加不會高于5%。而在連續(xù)放電情況下內阻將以一種非線性方式急劇增加。由于電池在放電時的這個變化，不具備金屬電阻的特性。因此可以得出下面的結論：1）電池內阻的主要變化只是電化學部分電阻的變化。2）電池從100%能量降至終止電壓，電化學電阻只占電池內阻的一小部分。 “基準值”以及取得它的最佳時機電池學者們希望一開始就有可用于分析的電池容量和內阻的測量數據。他們尋求找出電池在100%和容量100%時的內阻數據，以確定電池所處的狀況。理想的做法是在電池的安裝工作完畢后。對電池進行驗收時，進行容量測試并測定內阻。此時的結果應是非常一致的。它們會被做為基準值。用來同以后測量到的內阻數據

11、進行比較。不幸的是，在大多數環(huán)境下，這僅僅是個幻想。因為安裝現場選取工具的倉促和混亂。結果是失去取得基準值的最好時機。另一個獲取數據的方法，是在對同期同型號的電池測定完容量后，再取得同型號電池內阻的數據。注意：以上提到的電池內阻數據與容量之間并沒有直接的關系，它只能是做為了解電池容量的一個比較和參考。要特別注意的是，這些數據是用來建立一套基準值的。通常在浮充的情況下會出現一串電池的內阻是一致的，但容量方面卻存在問題。這時建議至少要做大致的維護及負載測試，以對測量的內阻進行驗證。判別方法如果電池的內阻高于100%基準值的50%或更高，則應更換這個電池。其中建議內阻在高于基準值25%至43%時，要與生產商聯系。在高于43%時，要使用ASAP對其進行負載測試。有些人認為：所有（新電池或性能完好電池）的數據都集中在基準值周圍，而后期測試取得的數據，都能合理地接近任何趨勢曲線。也即是，高容量電池有統(tǒng)一的低內阻，而低容量電池的內阻會按比例增高。但事實卻使這些人失望，就算在嚴格控制下生產出來的新電池也不可能符合上述特性。在用戶自行測試過程中，會發(fā)現有一些大容量電池的內阻非常高。同樣，具有低阻