蓄电池运行维护的新手段——内阻检测.pdf

第15卷(2013年第5期)
电力安全技术
生产一线
hengchanyixian
蓄电池运行维护的新手段一内阻检测
梁淑梅
(深圳供电局有限公司,广东深圳518000)
阀控式密封铅酸蓄电池起源于20世纪90年代,池电容可达1.7F。著电池内阻的组成大致分为欧
并自此提出了免维护的错误概念,无形中给蓄电池姆内阻和极化内阻。欧姆内阻主要由极柱、极板
运行留下了事故隐患。随着时间的推移,诸如容量电解液、隔板等的电阻构成,它们服从欧姆定律
失效、热失控,甚至于漏酸、失水、容量不足等现极化内阻是化学极化与浓差极化的电阻。浓差极化
象常常出现。在事故后的分析中,这些早期未显露内阻是由于参加反应的离子浓度变化引起的,只要
的缺陷,让蓄电池维护人员认识到对蓄电池的提前有电化学反应在进行着,反应离子的浓度就总是处
检测有多么重要,但是早期的电压检测仍然存在盲于变化状态,从而浓差极化数值也就处于变化状态。
点。最近几年,蓄电池内阻概念的提出有效地解决测量方法不同或测量持续时间不同,其测得的结果
了蓄电池特性的检测问题.
也会不同。
电化学路径
1替电池常规检测及维护方法
(涂膏丶电解质丶隔膜)
极柱汇流排板栅板与涂衡间电阻
极柱
对于蓄电池的检测,最常用的就是电压测量方
いーーーー
法,但是,蓄电池是长期在浮充状态下运行的,而
并联的极板与介电物质
蓄电池的浮充电压并不能反映出电池的负载能力。
图1替电池等效电路模型
所以,对于失效电池可能会有明显的电压值变化,
但也存在电压正常却没有放电能力的电池,这就是2.2替电池新的有效检测技术
所谓的“有压无流”现象。因此单靠测量蓄电池蜡
20世纪90年代初期,美国 Midtronics公司就
电压,无法准确有效地判别蓄电池的好坏。
开始对蓄电池内阻检测的研究,积累了大量的数据,
在维护方法中,最常用的莫过于定期的全容量其最终的结论是,电池单体在某些特定条件下其容
核对性试验。但由于核容试验周期太长,致使每次量与电导间存在线性关系,无法推广到批量电池使
试验都承载着风险,这是因为蓄电池具有突变特性,用。原因是蓄电池的电阻特性具有的发散性太突出。
尤其是处于寿命周期后期时更为突出。
随着技术的发展,美国 Aber公司提出的瞬间直流
大电流放电测试法改变了这一局面。通过一个瞬时
2替电池内部结构及内阻特性
的大放电过程,测出电池极柱上电压的瞬间电压降
和断开负载时的瞬间电压恢复,可以推导出相应的
2.1菁电池内部结构分析及内阻概念
内阻。瞬间大电流测试如图2所示。在这种测试方
蓄电池是一种能够充电和放电的设备,充电时法中,避开了电容C的掩盖现象,因而可以有效
能将电能转化成化学能贮存起来,放电时能将化学发现内部结构中的任何细微变化。
能转化成电能释放出来。
图2中的△U是由电池内部化学路径上的电
图1为蓄电池等效电路模型。蓄电池内部参容效应产生的,当出现放电过程时,已充满电的电
数、传导途径和容量关系理解为:内部电路由电容等效为一个直流电压源向外加的直流负载放电。
阻、电感和电容组成,基中电感影响非常小(仅有2.3替电池内阻变化机理
0.05~0.2),而电容又出奇大,每100Ah蓄电
在充电过程中,随着氧复合反应的进行,电池
SR
生
线
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hengchanyixian
内阻随充入电量的增加呈下降趋势。
Std1188指出:内阻受包括物理连接、电解液离子
导电性和电极表面活性物质的活性3方面因素的影
电压曲线
响,内阻值的变化可以当作电池性能或者说容量变
△
化的指示。明显的内阻变化表明蓄电池有大的性能
△U
改变,超过30%的变化即可认为明显,但这个变
化幅度可能跟不同厂家的电池有关。
电流曲线
图2瞬间大电流测试示意
表1不同放电电流下的电池内阻值
内阻值,uQ
测试电流,A
在蓄电池放电之前,活性物质微孔中的硫酸浓
2V,150Ah
2V,500Ah
2350
度与极板外的主体溶液浓度相同,电池的开路电压
189
与此浓度相对应。放电一开始,活性物质表面处(包
1551
括孔内表面)的硫酸被消耗,酸浓度立即下降,由
1452
于硫酸由主体溶液向电极表面的扩散是个缓慢的过
1185
程,不能立即补偿所消耗的硫酸,故活性物质表面
处的硫酸浓度继续下降。随着活性物质表面处硫酸
40
179
l156
浓度的继续下降,与主体溶液之间的浓度差加大
促进了硫酸向电极表面的扩散过程。于是,在放电
的某一段时间内,单位时间消耗的硫酸量大部分可
为了获得可靠数据,曾对一组电池中典型的
由扩散的硫酸予以补充,所以活性物质表面处的硫10节电池进行了放电测试,结果如图3所示。测
酸浓度变化缓慢,电池端电压比较稳定。但是,由得的内阻值与容量的对照曲线也验证了以上的结
于硫酸被消耗,整体的硫酸浓度下降,活性物质的论。图中曲线1是一个放置时间过长的电池,可见
作用面积不断减少。同时,随着放电继续进行,正、其与其他电池有着完全不同的状态。由此可见,测
负极活性物质逐渐转变为硫酸铅,并向活性物质深得的内阻与其容量有很好的相关性,国内外文献显
处扩展,使活化物质的孔隙率降低。因而加剧了硫示,其相关性可达到90%-95%。
酸向微孔内部扩散的困难,致使硫酸铅的导电性不
良,电池内阻增加。
度有影响,表1是对满容量单体电池在不同的放电y
另外,测试电流的大小对蓄电池的内阻测试精
曲线
电流下所做的内阻测试数据。从中可以发现,随着0
放电电流的增加,测试结果趋于稳定、精确,且放
09.9815.3820.6625.6630.6335.2038.6742.92010.0020.0
电电流达到一定值后,蓄电池的内阻就几乎不变了。
放电及充电容量
从实验结果来看,可以认为,利用瞬时大电流放电
图3蓄电池的容量与内阻的对应关系
进行内阻测试时,足够的电流是获得较高精度的必
要条件。
用内阻来衡量容量,补充了传统的放电测试得
到的结果。
3蓄电池内阻与容量的相关性
参考文献:
内阻检测技术提供了有效的蓄电池监测新手1 IEEE Std1188199,E推荐用于站用阀控铅酸
段,但是,目前国内还没有太多相关的标准对蓄
(VRLA)蓄电池的维护、测试和更换方法IS.1996
电池内阻数据进行解释说明,只有 IEEE Std11882徐曼珍,新型蓄电池原理与应用IM.北京:人民邮政
中对内阻测试和数据分析作了简单的说明。IEEE
出版社,2005
(收稿日期:2013-03-19)