蓄电池内阻测试法的应用研究

甘晓瑜

【摘要】：本文介绍了基于志留小电流放电的内阻测试法，经过研究表明，当测得的内阻值大于基准值的50%时，电池的容量已经下降到低于80%的水平；当内阻值处于基准值的30%到50%之间时，电池则被认定为处于一种临界状态，需要进一步的活化或确认其状态。在工作测量中，该方法展现出了令人满意的性能和准确性。因此，它有望被广泛应用于电池管理和维护领域，为确保电池的可靠性和性能提供了重要的支持。

【关键词】：蓄电池；内阻；测试

0 引言

对蓄电池进行对性放电实验是一种常用的方法来检查其健康状况，但这一方法并不是没有缺点和隐患的。长时间放电不仅浪费电池的化学能，还以热能的形式散失且效率较低，因此在实践中需要城市供电的保障和备用电池组来维持电力供应。此外，对性放电实验通常只允许对整组电池容量进行测量，而无法单独测量每节电池的容量。导致难以准确评估每个电池的健康状况。电池内部的电化学反应是不可逆的，每个可逆循环都伴随着内部介质的损耗，因此不宜频繁进行深放电，以免加速电池的损害。当电池容量下降到80%以下时，其性能急速下降，这可能会带来重大事故隐患[1]。蓄电池在过度深放电的情况下，会出现异常情况，甚至引发危险。蓄电池作为各种电子设备和系统的核心组成部分，其性能和健康状态对设备的正常运行至关重要。随着时间的推移，由于电池在使用过程中不断老化，蓄电池容量会逐渐衰减，内阻值也会逐渐增加。这种老化会导致电池的容量不断降低，同时内阻不断增大，这对电池的性能和寿命产生负面影响。研究表明，：蓄电池的内阻值的变化曲线可以被用来精确识别电池的老化和失效状态。实时测量单节电池的内阻变化状况可以实现蓄电池的实时健康状态监测，从而进行精确的保养和检修。这一方法不仅可以延长蓄电池的寿命，提高其性能，还可以增加蓄电池在各种应用中的可用性。

蓄电池容量衰减和内阻增加是蓄电池老化的明显迹象，而基于内阻值的变化曲线的分析可以有效识别电池的健康状态。通过及时的监测和维护，我们可以延长蓄电池的使用寿命，提高其性能，并确保其在各种应用中的可靠性。这对于各行各业，尤其是依赖蓄电池技术的领域来说，具有重要的意义。

1 蓄电化内阻的影响因素

1.1 蓄电池使用时间

蓄电池的使用时间受多种因素影响，其中充放电状态、内部物质失去水分、板栅侵蚀、长期过度放电状态、极板物理形变、电池容量下降以及内阻增加是最为关键的因素。首先，充放电状态是蓄电池寿命的核心因素之一。频繁的充电和放电循环会引起电池内部化学反应，逐渐降低其性能。特别是深度放电状态会对电池产生更大的影响，因此谨慎使用电池以避免过度放电至关重要。其次，内部物质失去水分是另一个需要关注的问题。蓄电池内的电解质需要保持适当的水分水平，以维持其正常运作。如果水分流失过快，电池将失去效能，因此必须确保电池保持适当的湿度。此外，板栅侵蚀和极板物理形变可能导致电池内部结构的损坏，进而影响电池性能。因此，保持电池的内部结构完整和稳定至关重要，随着时间的推移，电池的容量会逐渐减少，而内阻则会增加[2]。

1.2 蓄电池的电荷量与型号

蓄电池是一种重要的能源存储设备，其电荷量是决定其性能的关键因素之一。电解液是影响蓄电池电荷量的重要因素之一，其成分和浓度会影响电池内的化学反应速率，进而影响电池的电荷量。不同的电解液可以导致不同电池性能。另一个影响蓄电池电荷量的因素是电极表面活性。电极表面的活性决定了电池中化学反应的速度和效率，电极表面活性较高，电池可以更有效地存储和释放电荷。相反，如果电极表面活性较低，电池性能可能会受到限制。

不同蓄电池具有不同的型号、类别和厂家制造，其结构和材质也存在显著差异。这些因素对蓄电池的性能和电荷量产生重大影响。因此，在实际应用中，选择适合特定需求的蓄电池型号至关重要。不同的蓄电池适用于不同的应用场景，根据需要选择合适的蓄电池可以确保良好的性能和效率。

1.3 测试信号频率

目前的大多数内阻测量技术主要依赖于蓄电池的阻抗测量，而阻抗是由电池的容抗和电阻构成的。容抗与测量信号的频率有关。随着频率的变化，容抗的值也会不断变化，从而使内阻测量结果产生不稳定性。这种不稳定性可能导致误导性的测量数据，使蓄电池内阻的准确性受到威胁。为了获得准确的蓄电池内阻测量结果，必须综合考虑测量信号的电压和电流的相位关系。电容值通常与这个相位关系有关，因此需要通过分析相位来排除电容值对测量数据的干扰。这样，就可以确保蓄电池内阻的测量结果与测量信号的频率无关，从而在任何频率的测量信号下，内阻测量结果都具有唯一性。

2 蓄电化内阻测试方法

2.1 动态大电流冲击负载放电法

电池是我们日常生活中广泛使用的电能存储设备，无论是在手机、笔记本电脑还是电动车中，都离不开电池的应用。然而，随着时间的推移和使用频繁度的增加，电池的性能可能会逐渐下降，其中一个重要的性能参数是内阻。内阻直接影响了电池的电流输出能力和电压稳定性。通过测量电池的电压和电流变化，我们可以计算出电池的内阻。内阻的计算公式为：内阻 = (蓄电池电动势 - 蓄电池电压) / 放电电流

[3]。蓄电池电动势是指电池在空载状态下的开路电压，即电池没有连接任何负荷时的电压。而蓄电池电压是指电池连接了负荷后整个闭合回路的电压。通过测量这两者之间的差异，我们可以得出内阻的数值。为了测量电池的内阻，将电池两端连接电线，并连接一个已知的放电负荷。然后，通过测量电池的电压和电流变化，可以轻松地计算出内阻的数值。

图1 动态大电流冲击负载放电法

如图1 所示，蓄电池的性能特性在不同工作状态下对蓄电池的可靠性和测试方法产生重要影响。首先，当蓄电池从浮充状态切换到放电状态时，我们观察到浮充电压存在较大的不稳定性和离散性。这意味着蓄电池的电压在此过渡期间可能会出现较大的波动，这可能会对与电压有关的设备或系统造成负面影响。

另一个关键问题是放电时间的长短对电压取值产生影响。不同的放电时间可能导致电压持续改变，这对需要准确电压数据的应用来说是一个重要的问题。因此，在蓄电池性能测试中，需要精确控制放电时间以获得一致的数据。测得的数据在实际测试中缺乏重复性，这使得难以进行在线测试，特别是在单组电池上的应用。缺乏数据的重复性可能会导致测试结果的不确定性，从而降低了蓄电池测试的可靠性。最后，为了获得蓄电池的放电曲线，通常需要采用较大电流（如100A）。高电流测试可能对电池造成较大的损坏，在进行放电测试时，需要谨慎选择测试电流，以平衡测试的准确性和电池的长期健康。

2.2 直流瞬间大电流放电法

先进的零瞬间技术和蓄电池电动势恢复机制的结合，为蓄电池性能测量带来了巨大的进步。这项技术允许在负载接入后瞬间测量蓄电池内阻，这是电池性能评估的关键因素之一。

该技术通过使用先进的零瞬间技术，测量时可以最大程度地减少电路中的噪声和干扰，从而确保所得数据的高度准确性。这对于电池性能的准确评估至关重要，特别是在要求高精度数据的应用中。其次，在测量结果的高精度方面表现出色。蓄电池的内阻是一个重要参数，它直接影响电池的性能和寿命。通过融合电动势恢复机制，可以获得高度准确的内阻测量值，这有助于更好地了解电池的实际状态和性能。然而，由于测量时的电流较大（通常在50-80A），必须确保负载与蓄电池可靠连接。不良的接触可能导致电弧事故，这是一个潜在的安全风险。因此，在使用这项技术时，必须采取适当的安全措施，以确保负载连接的可靠性和稳定性。

3 测量蓄电池内阻实验对比

横向比较是一种当前较主流的方法，用于评估蓄电池组的性能。该方法通过测量蓄电池组的平均电阻值，然后逐个比较每节电池的内阻，以识别内阻较高的电池，有助于检测可能存在的故障或内部问题，从而确保蓄电池组的可靠性和性能。

然而，即使对内阻较高的电池进行核对性放电，容量仍可能达到100%。由于蓄电池组中的每节电池具有不同的内阻，这些差异可能由于加工方式和生产过程中的偏差造成。这些差异在蓄电池组的容量测量中可能会引入一定的误差，因为不同内阻的电池在相同的放电条件下可能表现出不同的电压和电荷状态。这使得横向比较方法并不总是能够准确检测蓄电池的容量，特别是当存在内阻差异时（如图2与图3所示）。

因此，在评估蓄电池组性能时，横向比较方法虽然是一种有用的工具，但仍需要谨慎考虑其限制和局限性。为了更全面地评估蓄电池组的状态，可能需要结合其他方法和技术，以确保对蓄电池容量和性能的准确检测和分析。这将有助于提高蓄电池组的可靠性，并降低潜在的故障风险。

图2 电池内阻横向比较

图3 电池内阻纵向比较

结束语

本文所研究的内阻测量系统采用了一种名为"纵向比较"的方法，这个方法的核心在于通过在不同时间内测量同一个电池的内阻值，然后将这些测量结果与事先设定的基准值进行比较和分析。该方法可以用于评估电池的状态和容量，有望帮助我们更好地管理和维护电池，确保其在各种应用中的可靠性和持久性。

参考文献

[1]杨振明,李坤,杨根甜等.蓄电池内阻测试法的应用研究[J].电力设备管理,2019(09):38-39.

[2]蒋朝阳.蓄电池内阻在线监测系统关键技术探究[J].通讯世界,2017(23):104-105.

[3]纪哲夫. 变电站蓄电池内阻测试方法及应用的研究[D].华南理工大学,2016.