內(nèi)阻測(cè)量方法 - 影響蓄電池內(nèi)阻的因素和影響蓄電池壽命的因素詳解

　　4　內(nèi)阻在線測(cè)量方法

　　備用場(chǎng)合使用的VRLA電池一般容量很大，在幾十到數(shù)千安時(shí)，電池的內(nèi)阻值很小，隨電池容量的增大，內(nèi)阻減小，例如3000Ah的電池，其內(nèi)阻值一般在30-50微歐。由于阻值低，電池正負(fù)極輸出直流電壓，要準(zhǔn)確測(cè)量?jī)?nèi)阻是有一定難度的，尤其是在線測(cè)量時(shí)電池端存在充電紋波和負(fù)

　　載變動(dòng)時(shí)的動(dòng)態(tài)變化。

　　4.1　直流方法

　　直流方法是在電池組兩端接入放電負(fù)載，測(cè)量電壓的變化（U1-U2）和電流值（I）計(jì)算電池的內(nèi)阻（R）。

　?。?-1）

　　蓄電池從浮充狀態(tài)切換到放電狀態(tài)，典型的電壓跌落過程如圖2-4所示。即停止充電后，電池回落到某平衡電位，接入放電負(fù)載后，電壓發(fā)生階躍變化。這樣，內(nèi)阻的計(jì)算不能使用浮充電壓和放電工作電壓的差值來計(jì)算，使用開路平衡電位與放電工作電壓的差值時(shí)也不夠穩(wěn)定。因此，在放電過程改變電流可以克服平衡電位不穩(wěn)定的因素。采用式（2-6），根據(jù)在不同電流（I1、I2）下的電壓變化（U1-U2）來計(jì)算內(nèi)阻值。

　?。?-6）

　　圖2-4 蓄電池放電電壓曲線

　　由于內(nèi)阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對(duì)較小，給準(zhǔn)確測(cè)量帶來困難，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩(wěn)定區(qū)域計(jì)算電壓變化幅值。實(shí)際測(cè)量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差、準(zhǔn)確度很難達(dá)到10%以上。

　　4.2　交流方法

　　交流方法相對(duì)直流法要簡(jiǎn)單。

　　當(dāng)使用受控電流時(shí)，ΔI = Imax Sin（2πft），產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為：

　　ΔV = Vmax Sin（2πft + φ） 　 （2-1）

　　若使用受控電壓激勵(lì)，ΔV = Vmax Sin（2πft），產(chǎn)生的電流響應(yīng)為：

　　ΔI = Vmax Sin（2πft - φ）　　　　　　　　　 （2-2）

　　兩種情況的阻抗均為：

　?。?-3）

　　即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax， 相角為φ。

　　從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號(hào)，測(cè)量由此信號(hào)產(chǎn)生的電壓變化即可測(cè)得電池的內(nèi)阻。

　　R = Vav / Iav　　　　　　　　　　　　　?。?-6）

　　式中　Vav----為檢測(cè)到交流信號(hào)的平均值；

　　Iav ---- 為饋入交流信號(hào)的平均值

　　在實(shí)際使用中，由于饋入信號(hào)的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級(jí)，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微歐級(jí)，信號(hào)容易受到干擾。尤其是在線測(cè)量時(shí)，受到的影響更大，采用基于數(shù)字濾波器的內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)和同步檢波方法可以部分克服外界干擾，獲得比較穩(wěn)定的內(nèi)阻數(shù)據(jù)。

　　同步檢波方法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，如圖2-5所示，由時(shí)鐘觸發(fā)同步激勵(lì)信號(hào)和檢波電路的相位。

　　圖2-5 同步檢波方法測(cè)量蓄電池內(nèi)阻

　　4.3　不同測(cè)量方法對(duì)內(nèi)阻值的影響

　　不同的測(cè)量一起使用不同的內(nèi)阻測(cè)量方法，尤其是不同的測(cè)試頻率，所獲得的電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)有較大的差異。以下是對(duì)開口鉛酸電池和閥控密封鉛酸電池（VRLA）用不同的儀器進(jìn)行測(cè)試的數(shù)據(jù)對(duì)比。

　　對(duì)12V100Ah開口蓄電池，分別采用HIOKI3550內(nèi)阻測(cè)試儀（工作頻率1000Hz，測(cè)量電流為幾十mA）和BM6500（工作頻率10Hz，測(cè)量電流1A）測(cè)量17只電池的內(nèi)阻，其結(jié)果如圖2-8所示，圖中“☆”為BM6500測(cè)得的數(shù)值，“+”是HIOKI3550所測(cè)得數(shù)值?？梢夿M6500所測(cè)數(shù)據(jù)均比HIOKI3550的數(shù)值高。但從圖2-8還發(fā)現(xiàn)，兩種方法測(cè)量的數(shù)據(jù)差值并不是一個(gè)恒值或者固定比例。

　　圖 不同測(cè)試方法的開口鉛酸蓄電池內(nèi)阻

　　由于測(cè)量方法的不同，蓄電池內(nèi)阻數(shù)值有較大的差異。因此，在研究?jī)?nèi)阻變化時(shí)需要在同一方法下進(jìn)行測(cè)量。

　　4.4　不同充電狀態(tài)對(duì)內(nèi)阻值的影響

　　蓄電池處于不同的狀態(tài)，其內(nèi)阻值也有很大的差異。圖2-10中數(shù)值較高的數(shù)據(jù)是在浮充狀態(tài)下測(cè)得的，停止浮充、轉(zhuǎn)入放電后電池內(nèi)阻變小。變化幅度均勻，平均為6.5%，可以解釋為浮充狀態(tài)下極化內(nèi)阻的影響。電池進(jìn)入放電狀態(tài)后，內(nèi)阻由浮充狀態(tài)的值下降到某穩(wěn)定值，此數(shù)值在電池放電的平臺(tái)期穩(wěn)定上升，放電容量達(dá)到80%后，內(nèi)阻急劇上升。轉(zhuǎn)入充電后，內(nèi)阻很快恢復(fù)到正常數(shù)值。

　　圖 VRLA電池放電過程電壓、內(nèi)阻曲線