密封铅酸蓄电池内阻分析.doc

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1、密封铅酸蓄电池内阻分析下载：        上传时间：11-26        文件大小：85k        作者：桂长清　柳瑞华·　　前言　　现在我国邮电部门已广泛采用阀控式密封铅蓄电池作为通信电源。由于这种电池是密封的，不像原来的自由电解液固定型铅蓄电池那样透明直观，又无法直接测量电解液密度，因而给使用维护工作带来一定的困难。于是人们希望通过检测电池内阻的办法来识别和预测电池的性能。目前进口的和国产的用于在线测量电池内阻的VRLA电导测试仪已在一些部门得到应用。然而实践中可以发现，利用在线检测阀控式密封铅蓄电池内阻(或电

2、导)来识别和判断电池的性能并不能令人满意。本文拟在分析电池内阻的组成、测试原理和方法的基础上，阐述这一方法的适用条件及其局限性。　　1　蓄电池内阻的组成　　宏观看来，如果电池的开路电压为V0，当用电流I放电时其端电位为V，则r＝(V0-V)/I就是电池内阻。然而这样得到的电池内阻并不是一个常数，它不但随电池的工作状态和环境条件而变，而且还因测试方法和测试持续时间而异。究其实质，乃因电池内阻r包括着复杂的而且是变化着的成分。　　理论电化学早已指出，电池在充电或放电时其端电压V是由以下3部分组成的：　　(1)　　式中的IRΩ称为欧

3、姆极化，它是由电池内部各组件的欧姆内阻RΩ引起的；是由电极附近液层中参与反应或生成的离子的浓度变化引起的，称为浓差极化；是由反应粒子进行电化学反应所引起的，称为活化极化。由(1)式可知，宏观上测出的电池内阻(即稳态内阻)R是由3部分组成的：欧姆内阻RΩ、浓差极化内阻Rc和活化极化内阻Re。　　欧姆内阻RΩ包括电池内部的电极、隔膜、电解液、连接条和极柱等全部零部件的电阻。虽然在电池整个寿命期间它会因板栅腐蚀和电极变形而改变，但是在每次检测电池内阻过程中可以认为是不变的。　　浓差极化内阻既然是由反应离子浓度变化引起的，只要有电化学

4、反应在进行，反应离子的浓度就总是在变化着的，因而它的数值是处于变化状态，测量方法不同或测量持续时间不同，其测得的结果也会不同。　　活化极化内阻是由电化学反应体系的性质决定的；电池体系和结构确定了，其活化极化内阻也就定了；只有在电池寿命后期或放电后期电极结构和状态发生了变化而引起反应电流密度改变时才有改变，但其数值仍然很小。　　2　电池内阻的测量原理　　2.1　直流法测电池欧姆内阻　　对于平板式单电极而言，当有阶跃电流i流过时，其电位就会随时间t而变化，当t＞5×10-5s时，电位变化η可用下式表示［1］：　　　(2)　　式中C

5、d表示电极附近双电层电容值，io为交换电流密度，RΩ为电极欧姆内阻，N、R、T、F、n均为常数，其物理意义可参阅文献［1］。　　(2)式等号右边的第一项iRΩ表示电极欧姆内阻引起的电位变化，它与时间无关；第2项表示浓差极化随时间的变化；第3项表示因给电极附近的双电层电容充电引起的电位变化，在t→0时其值也→0；第4项则表示电极反应的电化学极化，铅蓄电池的i0较大，则1/i0必然很小。由此可知，当t→0时，η→iRΩ。　　由此看来，在电池中有阶跃电流I流过时，电位就要发生变化；只要测出t→0时电池电位的变化△V，就可以算出电池的

6、欧姆内阻。　　试验结果表明［1～2］，当电池以恒电流I放电时，测出其在0.5～1ms内电位的变化△V1，则由RΩ＝△V1/I即可算出电池的欧姆内阻。用此法测得3Q105汽车电池欧姆内阻1.8mΩ，单格电池为0.6mΩ［1］；200Ah的VRLA为0.5mΩ［2］。　　目前在一些部门使用的VRLA电导测试仪，其测试原理与此相似。它将已知频率(大约为10Hz)和幅度的电位加在单元电池的端子上，观察相应的电流输出［3］，用此法测取电池的电导(或电阻)。由于其频率较低，信号持续时间较长(100ms)，则测得的电阻值中既含有欧姆内阻又含

7、有变化着的浓差极化内阻(此时活化极化内阻忽略了)。　　2.2　交流法测电池内阻　　在工作［4］中介绍了用交流阻抗法测密封铅蓄电池内阻，其交流信号频率变化范围为0.05Hz～10kHz。由于电池阻抗模与频率的对数之间没有严格的线性关系，但在高频区(1kHz～10kHz)却变化较少，于是取此时的阻抗模作为电池内阻，结果得到6V/4Ah密封铅蓄电池内阻为40mΩ。　　由于电池中的电极是多孔性的，而且又是多片电极紧密并联在一起的，它的交流阻抗等效电路极其复杂，至今尚无法从理论上精确地解决，只能根据在平板电极上得到的理论分析结果近似地处

8、理电池中的多孔性电极问题。再者从(1)式可以看出，电池中有恒定电流流过时，其端电位是随时间而变化的，不同的时刻测得的电位变化中包含了不同的成分，因而用本方法测得的电池内阻是随交流信号的频率而变化的。　　过去也曾用交流阻抗法测电池内阻，但均得不出准确的结果，其主要原因是无法建立