蓄电池各种内阻测试方法及关联度介绍

2021-07-27 12:33:54 9

内阻测试方法

【直流内阻测试法】

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直流内阻法是通过对电池按照一定的电流进行放电,同时测量电池两端电压降,得到蓄电池内阻的测量方法。

其中用得最为普遍的便携式指针内阻测量表,就是最简单的对一个功率电阻放电,看电池电压的跌落幅度来表征电池的内阻。

另外一种更能表征电池实际放电特征的内阻是测试电池在稳定放电过程中的动态直流内阻,就是本公司电池管理系统所采用的方法。

【交流内阻测试法】


交流内阻法是测量蓄电池对输入它的一定频率的交流信号的电压反馈,从而测量蓄电池内阻的方法,此方法如能在多个频率点测试并且除实数部分的内阻数值大小外,再结合回波相位差的分析,将能更加全面地反馈蓄电池内部状态。

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▲各种内阻测试方法与电池故障关联度的比较分析

所有电池内阻的测试目的都是为了找出出现故障的电池,那么通过测试内阻来找出故障电池的方法可行性,就必须是建立在所测试的内阻与电池的故障有一定的关联度,下面分别分析。

【直流内阻与电池故障的关联度】

电化学理论中有个兰斯三定律,其中之一就是:电池的极限放电能力表征了电池的实际容量。这个极限放电能力值,其实就是电池的短路放电能力,用电极反应动力学来分析,就是电池的双电层电容所储存的电荷,电池刚刚开始放电时,在电池内部通过带电离子扩散形成内电流循环尚未建立起来之前,单单依靠电池的双电层电容所储存的电荷放电建立的外电路电流循环的参数值,这个极限值反应了电池的双电层电容所储存的电荷量(对应的就是电池正负极活性物质表面积的大小)和电池内的除电解液离子扩散之外的直流电阻值,这个值,除了部分影响电池同时建立内、外电路电流循环稳定放电的故障因素(如电池初期失水、电解质分层等)外,基本反应了其他所有的故障因素,所以,业界普遍承认反应电池极限放电能力的直流内阻、与电池故障的相关度为70%左右。

上面所说的直流内阻,是电池在短路放电时的极限参数,与便携式指针表(或者某些电池依次短时间的小电流放电模式)检测的电池直流内阻有很大的差别,其一是指针表测试时人为引入的电阻远远大于电池的直流内阻,这个引入的电阻稍有变化(如指针表与电池电极连接的端子间接触电阻就是一个变化值),就足以掩盖电池内阻值;其二是由于受空间和散热条件的限制,通过指针表进行的电池放电,其电流和时间是受控制的,远远达不到短路极限值的要求,是不满足兰斯定律的,其与电池故障的关联度远远低于短路放电极限值下的70%。此外,对于大容量电池,电池的双电层电容所储存的电荷都是以法拉为单位来计量的,用这种方法放出的电量往往只能达到双电层电容所储存的电量的几分之一,这就是指针表内阻计测试的电池内阻一致性很好,却无法有效检测出故障电池的原因,除非是电池完全坏死(完全坏死是指电池从浮充充满电的状态起刚刚开始放电时,这个电池的电压就大幅低于其他电池了,这种就不是什么落后电池了),导致其双电层电容所储存的电荷只有正常值的几分之一了,那些中间状态和本身就是直流内阻检测关联度70%以外的故障,是根本发现不了的。一种消除引入电阻影响的变通方法是每个单体电池分别对固定的负载模块大电流放电,观察测试的直流内阻长期的变化,这种方法被美国Alber和国内的某些企业长期使用,缺点是设备体积巨大,连线复杂,目前已逐步放弃而转向我们目前采用的分布式小模块的监测方式。

要提高电池故障的检测关联度,不但要检测电池的内阻,还需要分析电池的电极反应过程,利用系统本身负载作小于10%的浅放电过程即可,这也解决了放电所需负载和负载的散热问题,这样综合电池浅放电中的动态直流内阻和电极反应过程中动力学参数的分析,可以大大提高测试方法与电池故障的关联度。

【交流内阻与电池故障的关联度】

电池内阻的等效电路图

这里面L、R、C和Z分别是电感、电阻、电容和阻抗,这是一个复杂的电路分析问题,我这里只说明一点,任何利用交流内阻方法测试电池故障的设备,如果只是给出了一个实数内阻值,那这个值与电池故障的关联度一定是非常有限的,其与电池故障的关联度还赶不上直流内阻法,因为要描述上面那个复杂电路的特性,只靠一个实数数值来描述是什么都说明不了的,原因是数学上无法实现用一个实数来表征这么一个复杂电路的特性。这里,不是说交流内阻的测试方法无效,恰恰相反,下面会讲到交流内阻的测试方法怎么用才能真正可行。



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本文为西安金泽电气技术有限公司原创内容
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