密封鉛SAPHIR時(shí)高蓄電池的電導(dǎo)與容量的關(guān)系
根據(jù)電池的某些性能參數(shù)無需放電就可預(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)期以來關(guān)注的問題，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)開口式鉛蓄電池而言，根據(jù)電解液密度來判定電池荷電態(tài)已是眾所周知的了；但對(duì)閥控式密封鉛蓄電池來說，這種辦法卻無法使用。近幾年來，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)移過程，即活化極化所控制，同時(shí)受擴(kuò)散過程的干擾，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?？梢钥闯?，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］相一致。
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最小的高頻區(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。
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，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0～100%。
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。
