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研究课题十四:浅析蓄电池内阻和蓄电池健康状态的关系!

作者: 保定钰鑫电气 编辑: 钰鑫电气 来源: 保定钰鑫电气科技有限公司 发布日期: 2019.07.24
信息摘要:
因此,电池的欧姆内阻是能够反应蓄电池健康状态的表征量,这也是领域内相关人士不断研究蓄电池内阻测量办法的根本原因。

多项研究表明蓄电池欧姆内阻与蓄电池健康状态有着比较紧密的联系。我们通过对蓄电池的十多年的研究过程,同样认为蓄电池的欧姆内阻对蓄电池的健康状态描述的准确度有重要作用。那么为什么蓄电池欧姆内阻如此重要?蓄电池欧姆内阻与普通用电阻有何不同?

一、什么是电阻。

电阻(Resistance,通常用“R”表示),是一个物理量,在物理学中表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体,电阻一般不同,电阻是导体本身的一种特性。电阻将会导致电子流通量的变化,电阻越小,电子流通量越大,反之亦然。我们通常用欧姆定律计算电阻:在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。

智能蓄电池

二、电阻的本质和产生途径

导体内的自由电子在运动中不断和晶格节点上做热振子的正离子相碰撞,使电子运动受到阻碍,因而就具有了一定的电阻。我们可以理解自由电子在确定压降的激励下,形成定向流动,而这个流动过程通常被导体本身(材质、横截面积、长度)限制。就像是道路对车辆行驶的限制,地面平整程度和障碍物影响车辆的平均速度,道路宽度影响车流量,道路长度影响车辆行驶这段路程的总时间。

三、蓄电池内阻为什么可以表征蓄电池的健康状态?

我们把蓄电池内阻分为欧姆内阻和"电荷转移电阻"。极板的化学反应动力学的电阻项称为 "电荷转移电阻",在放电时会起作用。而电池本身的好坏并是电池内部综合状态决定的,因此我们主要分析电池的欧姆内阻。

蓄电池本身是一个复杂的化学体,通过化学反应实现电能的充放与存储。如果把电池看作一个导体,电池正负极柱看作导体的两端,那么电池欧姆内阻可以理解为电池内部参与化学反应的物质在同样电路激励下,反应速度和反应的充分程度。参与化学反应的电子相当于导体内部的自由电子,这些“自由电子”在电池内正负极住间的流通能力即电池的欧姆内阻,取决于“自由电子”数量、通过电池内部的过程,也可理解为取决于某一时刻电池的内部结构综合状态。因此我们有必要了解一下蓄电池的内部结构。

蓄电池内部用填满海绵状铅的铅基板栅(又称格子体)作负极,填满二氧化铅的铅基板栅作正极,并用密度1.26--1.33g/mlg/ml的稀硫酸作电解质。而内部结构的状态参数也是比较多的,包括活性物质(正极板上的活性物质是二氧化铅,负极板上的活性物质是铅)的总量、活性物质分布均匀程度,板栅厚度、板栅尺寸、板栅完整程度、板栅材质工艺、电解质浓度、内部结晶量与结晶分布情况、内部温度等等。

蓄电池监测模块

四、蓄电池的欧姆电阻与导体的电阻间的区别

1、动态变化,蓄电池在退运状态时,内部的化学反应处于一个动态平衡状态,其欧姆内阻也是处于一个动态平衡状态。

2、微劣化变化,蓄电池长期处于离线状态时,其内部活性物质在动态平衡过程中,会有微量的钝化,导致参与化学反应的活性物质实际上是以非常缓慢的变化量在减少的,由于活性物质钝化很难自行恢复活性,所以内部活性物质是以不断减少的,导致蓄电池健康状态是不断劣化,所以电池的欧姆内阻也是时时刻刻变化的。

3、阻值非常小,蓄电池内部化学反应非常迅速,自由电子运动受限小,欧姆内阻阻值非常小。

4、难测量,一般的导体在线与离线欧姆内阻阻值是一致的,而蓄电池在线和离线状态下,内阻的构成不同,在线测量内阻过程伴随着电荷转移,产生变化的"电荷转移电阻"这一影响因素,因此很难准确测量。

5、不同状态的电池欧姆内阻可能是相同的,由于影响电池欧姆内阻的因素特别多,各种因素的状态也特别多,不同状态组合表现出来的电池欧姆内阻可能是一致的。

6、环境敏感性,电池欧姆内阻随温度下降而迅速增大。这主要是由于电解质电阻的变化。因此,内阻反应蓄电池温度是一个重要的影响因素。 

蓄电池在线监测

综上,电池内部的的综合状态是决定电池健康状态的根本因素,而电池内部的任意变化都可能引起电池欧姆内阻的变化,因此,电池的欧姆内阻是能够反应蓄电池健康状态的表征量,这也是领域内相关人士不断研究蓄电池内阻测量办法的根本原因。同时又由于电池欧姆内阻受内部化学反应的动态变化特质影响,非常难以测量,所以在蓄电池监测技术中,内阻测量的准确性、一致性是非常重要和关键的技术,可能会影响到整个的电池状态分析结果。

尽管多数学者一致认同蓄电池内阻对电池健康状态评估的重要性,但蓄电池内阻本身数据非常小,且电池从生产下线到失效报废,其内阻值总增量30%到40%,对于一个2V800Ah的单体电池,其额定寿命终结,总内阻增加量不到50微欧。而大多数内阻测量设备不具备在线高精度(微欧级)测量技术,采用粗精度测量设备进行内阻测量是毫无意义的,无法准确评估蓄电池劣化状态。

我们自2005年创立起,就意识到蓄电池欧姆内阻测量技术的重要性,相关实验表明,采用欧姆测量技术(电导或阻抗)鉴定出了15000只失效电池,准确率98%。同时也意识到内阻测量数据高精度的必要性。我们积极开展适用于工业测量环境的可重复的可靠的蓄电池内阻高精度测量技术的研究,并取得了一定的进展。现已经具备可进行工业级批量复制的、蓄电池内阻高测量精度产品,内阻测量误差在2-5微欧。并下蓄电池内阻高精度测量的技术基础上,不断地研究蓄电池健康状态评估模型与电池失效预测评估模型,现相关产品系统已具备蓄电池健康状态评估功能。

保定钰鑫电气科技有限公司专注蓄电池监测类产品的质量和研发,通过与华北电力大学、河北大学等科研院所的合作,专注产品的质量、拓宽产品应用范围,研发出适合不同领域、不同环境的蓄电池在线监测系统,从而满足用户的个性化定制需求。如果贵公司想定制蓄电池监测接入方案,欢迎点击客服或电话咨询。

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