密封鉛法國SAPHIR蓄電池的電導與容量的關系
根據電池的某些性能參數無需放電就可預知電池的容量或荷電態(tài)，是電池行業(yè)和電化學工作者們長期以來關注的問題，研究電池內阻和荷電態(tài)之間的關系是其中之一。對開口式鉛蓄電池而言，根據電解液密度來判定電池荷電態(tài)已是眾所周知的了；但對閥控式密封鉛蓄電池來說，這種辦法卻無法使用。近幾年來，國內外一些電信設備生產廠家和論文作者，根據密封鉛蓄電池電導(或內阻)跟容量或荷電態(tài)之間的某種相關關系，提出用電池電導測試儀在線檢測電池電導，來推斷電池的放電容量，預測電池使用壽命。
仔細分析已有的研究試驗結果和現場統(tǒng)計數據可以看出，密封鉛蓄電池電導與容量之間的這種相關關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［1～2］報導了開口式鉛蓄電池交流阻抗跟電池荷電態(tài)之間關系的研究結果。所用的電池是75Ah的鉛蓄電池，選取的交流信號頻率f=10～100Hz。這是由于f＞200Hz時電池的感抗太大，f＜10Hz時要求測量用的電容太大。
根據交流阻抗測試結果得出，鉛蓄電池阻抗主要受電荷轉移過程，即活化極化所控制，同時受擴散過程的干擾，即所測得的電池內阻值中除了歐姆內阻和活化極化內阻之外，還包含了其數值隨測量時間或信號頻率而變化的濃差極化內阻。
圖1示出電池的等效并聯電阻Rp、等效串聯電阻Rs和阻抗模數｜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，Rp、Rs和Z幾乎是不變的，只是荷電態(tài)在50%以下時才迅速增加，這與我們早年得到的研究結果［3］相一致。
圖1 Rp、Rs和｜Z｜對荷電態(tài)關系
2 VRLA交流阻抗特性
文獻［4］報導了對6V／4Ah小型密封鉛蓄電池交流阻抗特性的測量結果。所用的交流信號幅度為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，不能采用在復數平面圖中相應虛部為零時阻抗實部值作為電池內阻值，而采用電池阻抗模變化最小的高頻區(qū)(0.1kHz～10kHz)中阻抗實部的平均值作為電池內阻，此時濃差極化的干擾就相對小一些。
圖2給出了該電池內阻與剩余容量的關系。可以看出，在剩余容量高于40%的區(qū)間內，電池內阻幾乎沒有變化，而且?guī)缀醪皇芊烹婋娏鞯挠绊?；當剩余容量小?0%時，電池內阻卻明顯增大，而且放電電流越小，電池內阻增加越快。
圖2 內阻與剩余容量關系
3 VRLA的電導測試
文獻［5］介紹了用電池電導測試儀對GFM—840L型閥控式密封鉛蓄電池內阻的測試結果。該電池全充電后進行10h率放電，其內阻變化如圖3所示?？梢钥闯?，在放電過程前期(0～4h)，電池的內阻可以認為沒有變化，待放電后期(此時電池容量已小于50%)，電池內阻就明顯增大。
圖3 GFM－840型VRLA內阻隨變化曲線
從以上3種情況下不同時期的不同作者，采用不同的方法對不同型式的鉛蓄電池內阻測試的結果可以看出：不論是用交流阻抗測試儀還是電池電導測試儀，所用的交流信號頻率如何，電池型式(開口的和密封的)、容量和工作狀態(tài)如何，雖然測得的鉛蓄電池內阻值有差異，但它們卻有一個共同點，即鉛蓄電池的內阻(或電導)在荷電態(tài)高于50%時幾乎是沒有變化的；只有在荷電態(tài)低于50%時電池的內阻才會迅速升高。這就是說，當鉛蓄電池的荷電態(tài)在50%以上時，它的電導跟容量之間不存在相關關系，無法根據電池的電導值去推斷電池的放電容量。
4 VRLA電導與放電時間統(tǒng)計結果
有關資料［6］介紹了國外用Midfronic Celltron and Midtron電導測試儀對VRLA的測試和統(tǒng)計結果。被測的電池容量范圍為200～1000Ah，電池系統(tǒng)由3組并聯(每組24只電池)至18組并聯，電池荷電態(tài)為0～100%。
圖4表示具有不同初始電導的225Ah電池用42A電流放電至1.75V時的放電曲線。按照一般VRLA放電性能推算，新的225Ah電池用42A放電至1.75V的時間約為260～270min，即圖4的曲線1相當于新電池的放電曲線。將圖中各條曲線所示的數據稍加處理，可以得到表1所示的結果。
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
按照目前電導儀的使用說明，有人主張以電池容量達額定值80%時的電導值作為門限值，也有人主張以最高電導值的80%作為門限值(事實上這兩個數值是不同的)，低于該值的電池就是落后電池。從表1數據可以看出，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YD／T799—1996(通信用閥控式密封鉛蓄電池技術要求和檢驗方法)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際意義呢
圖5示出168個1000Ah電池(7組)用263A放電至1.80V的放電時間跟電池電導之間的關系的統(tǒng)計結果。從這些數據點的分布情況來看，似乎電池的電導跟放電時間存在線性相關的趨勢，但仔細一分析則會發(fā)現存在問題。
263A放電至1.80V的時間
圖5 放電容量與電導的關系
按照VRLA一般放電性能，1000Ah的電池用263A放電至1.80V，其放電時間應不低于170min，即放電容量應當為745Ah，則容量達到額定值80%的電池的放電時間應當為136min。從圖5數據點位置來看，放電時間在136～170min之間的電池的電導值在2.4～3.1kS范圍之內，但電池容量跟電導之間看不出有什么相關關系，這跟本文前面所述的用交流阻抗法或電導儀測試的結果是一致的。
雖然將放電容量為0～100%的電池全部統(tǒng)計進去，似乎電導與容量之間存在線性相關關系(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%，達不到這一要求的電池是不準在線使用的，因而根據電導儀測得的VRLA電導值去預測電池的放電容量是危險的。
6 結論
a.不論是開口式鉛蓄電池還是閥控式密封鉛蓄電池，當電池荷電態(tài)高于50%時，其電導(或內阻)基本上是沒有變化的；電導與容量之間不存在相關關系。
b.雖然將容量范圍在0～100%內的全部電池進行統(tǒng)計，電池電導與容量之間出現了誤差很大的線性相關關系，但這其中的電池絕大部分已屬不準使用的失效電池。
c.用VRLA電導值去推斷在線使用的電池容量值是欠妥的；但從電導值的變化去推測VRLA是否失水的做法是可取的。
參考文獻
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［2］ Gopikanth M L,Sathyanarayana S.Impedance parameters and the state of charge.Ⅱ lead acid battery［J］.J Appl Electrochemistry，1979，(9):369～379
［3］ 桂長清，包發(fā)新.大容量電池歐姆內阻的測定［J］.電源技術，1984(6)：13
［4］ 佘沛亮，陳體銜.閥控式密封鉛蓄電池內阻［J］.蓄電池，1995(3)：3
［5］ 徐曼珍.在線測量VRLA荷電量技術的進展［A］.通信電源技術交流文集.郵電通信電源五屆三次技術交流會議［C］.威海，1998.14～19
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