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據(jù)電池的某些性能參數(shù)無(wú)需放電就可預(yù)知電池的容量或荷電態(tài)，是電池行業(yè)和電化學(xué)工作者們長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)注的問(wèn)題，研究電池內(nèi)阻和荷電態(tài)之間的關(guān)系是其中之一。對(duì)開(kāi)口式鉛蓄電池而言，根據(jù)電解液密度來(lái)判定電池荷電態(tài)已是*的了；但對(duì)閥控式密封鉛蓄電池來(lái)說(shuō)，這種辦法卻無(wú)法使用。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外一些電信設(shè)備生產(chǎn)廠家和論文作者，根據(jù)密封鉛蓄電池電導(dǎo)(或內(nèi)阻)跟容量或荷電態(tài)之間的某種相關(guān)關(guān)系，提出用電池電導(dǎo)測(cè)試儀在線檢測(cè)電池電導(dǎo)，來(lái)推斷電池的放電容量，預(yù)測(cè)電池使用壽命。
仔細(xì)分析已有的研究試驗(yàn)結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，密封鉛蓄電池電導(dǎo)與容量之間的這種相關(guān)關(guān)系是受一定條件限制的，不適用于在線的合格的電池，因而用密封鉛蓄電池的電導(dǎo)值去推斷放電容量的做法并不可取。
1 開(kāi)口式鉛蓄電池交流阻抗特性
早在20年以前就有文獻(xiàn)［1～2］報(bào)導(dǎo)了開(kāi)口式鉛蓄電池交流阻抗跟電池荷電態(tài)之間關(guān)系的研究結(jié)果。所用的電池是75Ah的鉛蓄電池，選取的交流信號(hào)頻率f=10～100Hz。這是由于f＞200Hz時(shí)電池的感抗太大，f＜10Hz時(shí)要求測(cè)量用的電容太大。
根據(jù)交流阻抗測(cè)試結(jié)果得出，鉛蓄電池阻抗主要受電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程，即活化極化所控制，同時(shí)受擴(kuò)散過(guò)程的干擾，即所測(cè)得的電池內(nèi)阻值中除了歐姆內(nèi)阻和活化極化內(nèi)阻之外，還包含了其數(shù)值隨測(cè)量時(shí)間或信號(hào)頻率而變化的濃差極化內(nèi)阻。
圖1示出電池的等效并聯(lián)電阻Rp、等效串聯(lián)電阻Rs和阻抗模數(shù)｜Z｜隨電池荷電態(tài)的變化。可以看出，電池的荷電態(tài)在50%以上時(shí)，Rp、Rs和Z幾乎是不變的，只是荷電態(tài)在50%以下時(shí)才迅速增加，這與我們?cè)缒甑玫降难芯拷Y(jié)果［3］相*。
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圖1 Rp、Rs和｜Z｜對(duì)荷電態(tài)關(guān)系
2 VRLA交流阻抗特性
文獻(xiàn)［4］報(bào)導(dǎo)了對(duì)6V／4Ah小型密封鉛蓄電池交流阻抗特性的測(cè)量結(jié)果。所用的交流信號(hào)幅度為10mV，頻率范圍為0.05Hz～10kHz。由于鉛蓄電池交流阻抗中有感抗存在，不能采用在復(fù)數(shù)平面圖中相應(yīng)虛部為零時(shí)阻抗實(shí)部值作為電池內(nèi)阻值，而采用電池阻抗模變化zui小的高頻區(qū)(0.1kHz～10kHz)中阻抗實(shí)部的平均值作為電池內(nèi)阻，此時(shí)濃差極化的干擾就相對(duì)小一些。
圖2給出了該電池內(nèi)阻與剩余容量的關(guān)系。可以看出，在剩余容量高于40%的區(qū)間內(nèi)，電池內(nèi)阻幾乎沒(méi)有變化，而且?guī)缀醪皇芊烹婋娏鞯挠绊懀划?dāng)剩余容量小于40%時(shí)，電池內(nèi)阻卻明顯增大，而且放電電流越小，電池內(nèi)阻增加越快。
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圖2 內(nèi)阻與剩余容量關(guān)系
3 VRLA的電導(dǎo)測(cè)試
文獻(xiàn)［5］介紹了用電池電導(dǎo)測(cè)試儀對(duì)GFM—840L型閥控式密封鉛蓄電池內(nèi)阻的測(cè)試結(jié)果。該電池全充電后進(jìn)行10h率放電，其內(nèi)阻變化如圖3所示。可以看出，在放電過(guò)程前期(0～4h)，電池的內(nèi)阻可以認(rèn)為沒(méi)有變化，待放電后期(此時(shí)電池容量已小于50%)，電池內(nèi)阻就明顯增大。
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圖3 GFM－840型VRLA內(nèi)阻隨變化曲線
從以上3種情況下不同時(shí)期的不同作者，采用不同的方法對(duì)不同型式的鉛蓄電池內(nèi)阻測(cè)試的結(jié)果可以看出：不論是用交流阻抗測(cè)試儀還是電池電導(dǎo)測(cè)試儀，所用的交流信號(hào)頻率如何，電池型式(開(kāi)口的和密封的)、容量和工作狀態(tài)如何，雖然測(cè)得的鉛蓄電池內(nèi)阻值有差異，但它們卻有一個(gè)共同點(diǎn)，即鉛蓄電池的內(nèi)阻(或電導(dǎo))在荷電態(tài)高于50%時(shí)幾乎是沒(méi)有變化的；只有在荷電態(tài)低于50%時(shí)電池的內(nèi)阻才會(huì)迅速升高。這就是說(shuō)，當(dāng)鉛蓄電池的荷電態(tài)在50%以上時(shí)，它的電導(dǎo)跟容量之間不存在相關(guān)關(guān)系，無(wú)法根據(jù)電池的電導(dǎo)值去推斷電池的放電容量。
4 VRLA電導(dǎo)與放電時(shí)間統(tǒng)計(jì)結(jié)果
有關(guān)資料［6］介紹了國(guó)外用Midfronic Celltron and Midtron電導(dǎo)測(cè)試儀對(duì)VRLA的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)結(jié)果。被測(cè)的電池容量范圍為200～1000Ah，電池系統(tǒng)由3組并聯(lián)(每組24只電池)至18組并聯(lián)，電池荷電態(tài)為0～*。
圖4表示具有不同初始電導(dǎo)的225Ah電池用42A電流放電至1.75V時(shí)的放電曲線。按照一般VRLA放電性能推算，新的225Ah電池用42A放電至1.75V的時(shí)間約為260～270min，即圖4的曲線1相當(dāng)于新電池的放電曲線。將圖中各條曲線所示的數(shù)據(jù)稍加處理，可以得到表1所示的結(jié)果。
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圖4 225Ah的VRLA用42A放電曲線
表1 不同初始狀態(tài)下的電池放電特性
電池編號(hào) 1 2 3 4 放電前電池電導(dǎo)／S 849 517 388 281 放電時(shí)間／min 270 110 100 25 放電容量／Ah 189 77 70 18 占額定容量比例/% 100 40.7 37.0 9.5 占zui大電導(dǎo)值比例/% 100 60.9 45.7 33.1
按照目前電導(dǎo)儀的使用說(shuō)明，有人主張以電池容量達(dá)額定值80%時(shí)的電導(dǎo)值作為門(mén)限值，也有人主張以zui高電導(dǎo)值的80%作為門(mén)限值(事實(shí)上這兩個(gè)數(shù)值是不同的)，低于該值的電池就是落后電池。從表1數(shù)據(jù)可以看出，不論如何規(guī)定，只有曲線1所代表的電池是合格的電池。根據(jù)YD／T799—1996(通信用閥控式密封鉛蓄電池技術(shù)要求和檢驗(yàn)方法)的規(guī)定，電池的放電容量低于額定值80%就算失效，因而曲線2～4所代表的電池均為失效電池。既然這種電池是不允許繼續(xù)使用的，那么如此描繪失效電池的放電曲線有多大的實(shí)際意義呢
圖5示出168個(gè)1000Ah電池(7組)用263A放電至1.80V的放電時(shí)間跟電池電導(dǎo)之間的關(guān)系的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。從這些數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布情況來(lái)看，似乎電池的電導(dǎo)跟放電時(shí)間存在線性相關(guān)的趨勢(shì)，但仔細(xì)一分析則會(huì)發(fā)現(xiàn)存在問(wèn)題。
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263A放電至1.80V的時(shí)間
圖5 放電容量與電導(dǎo)的關(guān)系
按照VRLA一般放電性能，1000Ah的電池用263A放電至1.80V，其放電時(shí)間應(yīng)不低于170min，即放電容量應(yīng)當(dāng)為745Ah，則容量達(dá)到額定值80%的電池的放電時(shí)間應(yīng)當(dāng)為136min。從圖5數(shù)據(jù)點(diǎn)位置來(lái)看，放電時(shí)間在136～170min之間的電池的電導(dǎo)值在2.4～3.1kS范圍之內(nèi)，但電池容量跟電導(dǎo)之間看不出有什么相關(guān)關(guān)系，這跟本文前面所述的用交流阻抗法或電導(dǎo)儀測(cè)試的結(jié)果是*的。
雖然將放電容量為0～*的電池全部統(tǒng)計(jì)進(jìn)去，似乎電導(dǎo)與容量之間存在線性相關(guān)關(guān)系(盡管其誤差非常大)；但必須指出，合格的在線的電池容量都必須不低于額定值80%，達(dá)不到這一要求的電池是不準(zhǔn)在線使用的，因而根據(jù)電導(dǎo)儀測(cè)得的VRLA電導(dǎo)值去預(yù)測(cè)電池的放電容量是危險(xiǎn)的。
6 結(jié)論
a.不論是開(kāi)口式鉛蓄電池還是閥控式密封鉛蓄電池，當(dāng)電池荷電態(tài)高于50%時(shí)，其電導(dǎo)(或內(nèi)阻)基本上是沒(méi)有變化的；電導(dǎo)與容量之間不存在相關(guān)關(guān)系。
b.雖然將容量范圍在0～*內(nèi)的全部電池進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，電池電導(dǎo)與容量之間出現(xiàn)了誤差很大的線性相關(guān)關(guān)系，但這其中的電池絕大部分已屬不準(zhǔn)使用的失效電池。
c.用VRLA電導(dǎo)值去推斷在線使用的電池容量值是欠妥的；但從電導(dǎo)值的變化去推測(cè)VRLA是否失水的做法是可取的。