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閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)的內(nèi)阻分析_海闊星空

 gh0163 2016-04-27
1.概念:
電池中由于電極的動(dòng)力學(xué)過(guò)程,物質(zhì)轉(zhuǎn)移及歐姆電阻所消耗的能量,通常稱之為蓄電池的內(nèi)部電阻(簡(jiǎn)稱內(nèi)阻),以Ω或mΩ表示。電池內(nèi)阻是監(jiān)控電池性能的重要參數(shù),電池內(nèi)阻與其剩余容量之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此一些國(guó)外大型電信公司也正在用電導(dǎo)檢測(cè)使用中的閥控密封鉛酸蓄電池的剩余容量。但必須指出,由于影響電池內(nèi)阻的因素很多,諸如測(cè)試頻率,荷電狀態(tài),擱置時(shí)間,電液量,充放電方式及工作環(huán)境等。因此,簡(jiǎn)單地采用電池內(nèi)阻代表剩余容量是有疑慮的。
2.內(nèi)阻的組成:
鉛酸蓄電池具有小的內(nèi)阻,是堿性蓄電池的1/3~1/5(對(duì)同一容量而言),且由于鉛酸蓄電池具有其它的一些特點(diǎn),使得其在過(guò)去一百多年里就得到廣泛的應(yīng)用。
對(duì)于一個(gè)單元格(單體)蓄電池而言,其內(nèi)阻主要由五部分組成:連接部分(含極群總線和端柱),電極活性物質(zhì),板柵,隔離板及電解液。對(duì)于正極多孔的PbO2其比電阻類似于半導(dǎo)體物質(zhì),可達(dá)740mΩ.cm,而負(fù)極海綿鉛的比電阻為18.3mΩ.cm,可見(jiàn)正極活性物質(zhì)PbO2引起的歐姆電阻是負(fù)極海綿鉛的40.4倍。起動(dòng)用蓄電池在-18℃起動(dòng)時(shí),其內(nèi)阻約為2.05mΩ/單元格,其內(nèi)阻分布如下圖1:
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3.內(nèi)阻的影響因素:
影響蓄電池內(nèi)阻的因素是多方面的,主要有下列幾點(diǎn):
3.1電解液濃度(密度)

硫酸溶液的密度與比電阻的關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2可見(jiàn),密度在1.2~1.3g/ml之間比電阻最小,因此各類鉛酸蓄電池電解液在完全充足電時(shí),其密度位于其間,以得到較低的內(nèi)阻。當(dāng)電池放電過(guò)程中,隨著電解液密度的降低,比電阻隨之增大;當(dāng)?shù)陀?.10g/ml時(shí),比電阻急增。
3.2電解液溫度:
電解液溫度對(duì)內(nèi)阻的影響見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn),內(nèi)阻隨溫度的降低而增大,隨溫度的升高而減小。以20℃為基準(zhǔn),每
降低10℃,則內(nèi)阻增大12%~15%;溫度趨于越低,內(nèi)阻增大的幅度加大。這主要是由于硫酸溶液的比電阻與粘度增大的緣故(http://hhjyang.blog.sohu.com/)。

3.3荷電狀態(tài)
蓄電池荷電狀態(tài)與放出容量成反比,蓄電池內(nèi)阻隨著放出電量而變化見(jiàn)圖4。當(dāng)完全充足電時(shí),蓄電池內(nèi)阻最小;當(dāng)以20小時(shí)率放完電后,其內(nèi)阻增大到完全充足電時(shí)的2.5倍。這主要因?yàn)椋阂皇怯捎谠诜烹娺^(guò)程中,在多孔的活性物質(zhì)與硫酸溶液接觸的表面形成了PbSO4層。這PbSO4層帶來(lái)了三個(gè)不利的影響:PbSO4層導(dǎo)電性能較差,使活性物質(zhì)的電阻增大;PbSO4層使極板孔率降低從而降低了電解液在活性物質(zhì)中的擴(kuò)散速度,而增大了濃差極化;PbSO4層減少了活性物質(zhì)的反應(yīng)面積,增大了電化學(xué)極化。二是放電過(guò)程中電解液密度降低而增大了比電阻。這些因素綜合作用結(jié)果,使蓄電池的內(nèi)阻隨著放出容量增大而增大。

3.4蓄電池結(jié)構(gòu)
電池結(jié)構(gòu)主要指極板的類型與板柵結(jié)構(gòu)(若以電池組來(lái)說(shuō),還包括單元格之間的連接方式)。合理的極板類型和板柵結(jié)構(gòu)能有效地降低蓄電池的歐姆電阻。
3.5產(chǎn)品規(guī)格
大規(guī)格的鉛酸蓄電池有較小的內(nèi)阻,小規(guī)格的有較大內(nèi)阻。普通型鉛酸蓄電池內(nèi)阻值有十分之幾毫歐、幾毫歐或幾十毫歐。蓄電池內(nèi)阻與額定容量的關(guān)系見(jiàn)圖5。

3.6隔離板
隔離板的材質(zhì)與特性直接影響隔離板電阻的大小,從而對(duì)電池內(nèi)阻產(chǎn)生影響。隔離板的電阻與其飽和度(隔離板的孔率被硫酸溶液所充滿的百分比)、厚度及所受壓力等因素有關(guān)。
3.6.1隔離板飽和度的影響
隔離板的飽和度與電阻的關(guān)系見(jiàn)圖6。由圖6可見(jiàn):當(dāng)隔離板飽和度達(dá)80%~100%時(shí),蓄電池內(nèi)阻最低且很平穩(wěn);飽和度達(dá)60%~80%之間時(shí)過(guò)渡到高電阻;當(dāng)?shù)陀谶@個(gè)飽和度時(shí),隔離板上任一點(diǎn)的電阻都是很高的。過(guò)渡到高電阻的突變點(diǎn)既隨著纖維平均尺寸(內(nèi)表面積)而變化,又隨著極群裝配時(shí)所受的壓力而變化。因?yàn)閴毫筛淖兏綦x板的孔率與隔離板厚度,蓄電池內(nèi)阻隨著極群壓力的增大而降低。可見(jiàn),對(duì)于VRLA電池而言,選擇隔離板的材質(zhì)與特性是很重要的,而隔離板的飽和度的選擇與其受壓的壓力確定,都直接影響蓄電池的內(nèi)阻和性能。

3.7工作電流
當(dāng)工作電流增大時(shí),直接影響歐姆電阻、電化學(xué)極化及濃度極化的增大,使組成內(nèi)阻相應(yīng)部分的電阻增大,因而增大了蓄電池內(nèi)阻。
3.8裝配工藝
裝配工藝包括產(chǎn)品裝配時(shí)極耳的刷凈程度、極耳與總線的熔接、單元格之間的連接等。尤其是采用極群燒焊時(shí)虛焊、假焊都會(huì)增大電池內(nèi)阻,這些工藝能否正確地執(zhí)行,對(duì)于降低蓄電池內(nèi)阻,保證產(chǎn)品質(zhì)量尤為重要。
4.小結(jié):
由以上分析可見(jiàn),影響閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLAB)內(nèi)阻的因素很多,且各廠家的制造工藝也有差異,僅僅用內(nèi)阻來(lái)衡量電池的性能是有失偏頗的,尤其是電池內(nèi)阻在存放一段時(shí)間后,由于電池本身自放電引起的電池內(nèi)阻的升高是很正常的。當(dāng)然,這個(gè)內(nèi)阻變化大小的幅度從另一個(gè)側(cè)面也反映了各廠家的制造水平和工藝水平。

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