阀控式密封铅酸蓄电池(VRLA)的内阻分析
2012-07-13 15:21阅读：
1.概念：
电池中由于电极的动力学过程，物质转移及欧姆电阻所消耗的能量，通常称之为蓄电池的内部电阻(简称内阻)，以Ω或mΩ表示。电池内阻是监控电池性能的重要参数，电池内阻与其剩余容量之间存在对应关系，因此一些国外大型电信公司也正在用电导检测使用中的阀控密封铅酸蓄电池的剩余容量。但必须指出，由于影响电池内阻的因素很多，诸如测试频率，荷电状态，搁置时间，电液量，充放电方式及工作环境等。因此，简单地采用电池内阻代表剩余容量是有疑虑的。
2.内阻的组成：
铅酸蓄电池具有小的内阻，是碱性蓄电池的1/3～1/5(对同一容量而言)，且由于铅酸蓄电池具有其它的一些特点，使得其在过去一百多年里就得到广泛的应用。
对于一个单元格(单体)蓄电池而言，其内阻主要由五部分组成：连接部分(含极群总线和端柱)，电极活性物质，板栅，隔离板及电解液。对于正极多孔的PbO2其比电阻类似于半导体物质，可达740mΩ.cm，而负极海绵铅的比电阻为18.3mΩ.cm，可见正极活性物质PbO2引起的欧姆电阻是负极海绵铅的40.4倍。起动用蓄电池在-18℃起动时，其内阻约为2.05mΩ/单元格，其内阻分布如下图1：
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3.内阻的影响因素：
影响蓄电池内阻的因素是多方面的，主要有下列几点：
3.1电解液浓度(密度)
硫酸溶液的密度与比电阻的关系见图2。由图2可见，密度在1.2～1.3g/ml之间比电阻最小，因此各类铅酸蓄电池电解液在完全充足电时，其密度位于其间，以得到较低的内阻。当电池放电过程中，随着电解液密度的降低，比电阻随之增大；当低于1.10g/ml时，比电阻急增。
3.2电解液温度：
电解液温度对内阻的影响见图3。由图3可见，内阻随温度的降低而增大，随温度的升高而减小。以20℃为基准，每
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降低10℃，则内阻增大12%～15%；温度趋于越低，内阻增大的幅度加大。这主要是由于硫酸溶液的比电阻与粘度增大的缘故（http://hhjyang.blog.sohu.com/）。
3.3荷电状态
蓄电池荷电状态与放出容量成反比，蓄电池内阻随着放出电量而变化见图4。当完全充足电时，蓄电池内阻最小；当以20小时率放完电后，其内阻增大到完全充足电时的2.5倍。这主要因为：一是由于在放电过程中，在多孔的活性物质与硫酸溶液接触的表面形成了PbSO4层。这PbSO4层带来了三个不利的影响：PbSO4层导电性能较差，使活性物质的电阻增大；PbSO4层使极板孔率降低从而降低了电解液在活性物质中的扩散速度，而增大了浓差极化；PbSO4层减少了活性物质的反应面积，增大了电化学极化。二是放电过程中电解液密度降低而增大了比电阻。这些因素综合作用结果，使蓄电池的内阻随着放出容量增大而增大。
3.4蓄电池结构
电池结构主要指极板的类型与板栅结构(若以电池组来说，还包括单元格之间的连接方式)。合理的极板类型和板栅结构能有效地降低蓄电池的欧姆电阻。
3.5产品规格
大规格的铅酸蓄电池有较小的内阻，小规格的有较大内阻。普通型铅酸蓄电池内阻值有十分之几毫欧、几毫欧或几十毫欧。蓄电池内阻与额定容量的关系见图5。
3.6隔离板
隔离板的材质与特性直接影响隔离板电阻的大小，从而对电池内阻产生影响。隔离板的电阻与其饱和度(隔离板的孔率被硫酸溶液所充满的百分比)、厚度及所受压力等因素有关。
3.6.1隔离板饱和度的影响
隔离板的饱和度与电阻的关系见图6。由图6可见：当隔离板饱和度达80%～100％时，蓄电池内阻最低且很平稳；饱和度达60%～80%之间时过渡到高电阻；当低于这个饱和度时，隔离板上任一点的电阻都是很高的。过渡到高电阻的突变点既随着纤维平均尺寸(内表面积)而变化，又随着极群装配时所受的压力而变化。因为压力可改变隔离板的孔率与隔离板厚度，蓄电池内阻随着极群压力的增大而降低。可见，对于VRLA电池而言，选择隔离板的材质与特性是很重要的，而隔离板的饱和度的选择与其受压的压力确定，都直接影响蓄电池的内阻和性能。
3.7工作电流
当工作电流增大时，直接影响欧姆电阻、电化学极化及浓度极化的增大，使组成内阻相应部分的电阻增大，因而增大了蓄电池内阻。
3.8装配工艺
装配工艺包括产品装配时极耳的刷凈程度、极耳与总线的熔接、单元格之间的连接等。尤其是采用极群烧焊时虚焊、假焊都会增大电池内阻，这些工艺能否正确地执行，对于降低蓄电池内阻，保证产品质量尤为重要。
4.小结：
由以上分析可见，影响阀控式密封铅酸蓄电池(VRLAB)内阻的因素很多，且各厂家的制造工艺也有差异，仅仅用内阻来衡量电池的性能是有失偏颇的，尤其是电池内阻在存放一段时间后，由于电池本身自放电引起的电池内阻的升高是很正常的。当然，这个内阻变化大小的幅度从另一个侧面也反映了各厂家的制造水平和工艺水平。
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2.内阻的组成：
铅酸蓄电池具有小的内阻，是碱性蓄电池的1/3～1/5(对同一容量而言)，且由于铅酸蓄电池具有其它的一些特点，使得其在过去一百多年里就得到广泛的应用。
对于一个单元格(单体)蓄电池而言，其内阻主要由五部分组成：连接部分(含极群总线和端柱)，电极活性物质，板栅，隔离板及电解液。对于正极多孔的PbO2其比电阻类似于半导体物质，可达740mΩ.cm，而负极海绵铅的比电阻为18.3mΩ.cm，可见正极活性物质PbO2引起的欧姆电阻是负极海绵铅的40.4倍。起动用蓄电池在-18℃起动时，其内阻约为2.05mΩ/单元格，其内阻分布如下图1：
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3.内阻的影响因素：
影响蓄电池内阻的因素是多方面的，主要有下列几点：
3.1电解液浓度(密度)
硫酸溶液的密度与比电阻的关系见图2。由图2可见，密度在1.2～1.3g/ml之间比电阻最小，因此各类铅酸蓄电池电解液在完全充足电时，其密度位于其间，以得到较低的内阻。当电池放电过程中，随着电解液密度的降低，比电阻随之增大；当低于1.10g/ml时，比电阻急增。
3.2电解液温度：
电解液温度对内阻的影响见图3。由图3可见，内阻随温度的降低而增大，随温度的升高而减小。以20℃为基准，每
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降低10℃，则内阻增大12%～15%；温度趋于越低，内阻增大的幅度加大。这主要是由于硫酸溶液的比电阻与粘度增大的缘故（http://hhjyang.blog.sohu.com/）。
3.3荷电状态
蓄电池荷电状态与放出容量成反比，蓄电池内阻随着放出电量而变化见图4。当完全充足电时，蓄电池内阻最小；当以20小时率放完电后，其内阻增大到完全充足电时的2.5倍。这主要因为：一是由于在放电过程中，在多孔的活性物质与硫酸溶液接触的表面形成了PbSO4层。这PbSO4层带来了三个不利的影响：PbSO4层导电性能较差，使活性物质的电阻增大；PbSO4层使极板孔率降低从而降低了电解液在活性物质中的扩散速度，而增大了浓差极化；PbSO4层减少了活性物质的反应面积，增大了电化学极化。二是放电过程中电解液密度降低而增大了比电阻。这些因素综合作用结果，使蓄电池的内阻随着放出容量增大而增大。
3.4蓄电池结构
电池结构主要指极板的类型与板栅结构(若以电池组来说，还包括单元格之间的连接方式)。合理的极板类型和板栅结构能有效地降低蓄电池的欧姆电阻。
3.5产品规格
大规格的铅酸蓄电池有较小的内阻，小规格的有较大内阻。普通型铅酸蓄电池内阻值有十分之几毫欧、几毫欧或几十毫欧。蓄电池内阻与额定容量的关系见图5。
3.6隔离板
隔离板的材质与特性直接影响隔离板电阻的大小，从而对电池内阻产生影响。隔离板的电阻与其饱和度(隔离板的孔率被硫酸溶液所充满的百分比)、厚度及所受压力等因素有关。
3.6.1隔离板饱和度的影响
隔离板的饱和度与电阻的关系见图6。由图6可见：当隔离板饱和度达80%～100％时，蓄电池内阻最低且很平稳；饱和度达60%～80%之间时过渡到高电阻；当低于这个饱和度时，隔离板上任一点的电阻都是很高的。过渡到高电阻的突变点既随着纤维平均尺寸(内表面积)而变化，又随着极群装配时所受的压力而变化。因为压力可改变隔离板的孔率与隔离板厚度，蓄电池内阻随着极群压力的增大而降低。可见，对于VRLA电池而言，选择隔离板的材质与特性是很重要的，而隔离板的饱和度的选择与其受压的压力确定，都直接影响蓄电池的内阻和性能。
3.7工作电流
当工作电流增大时，直接影响欧姆电阻、电化学极化及浓度极化的增大，使组成内阻相应部分的电阻增大，因而增大了蓄电池内阻。
3.8装配工艺
装配工艺包括产品装配时极耳的刷凈程度、极耳与总线的熔接、单元格之间的连接等。尤其是采用极群烧焊时虚焊、假焊都会增大电池内阻，这些工艺能否正确地执行，对于降低蓄电池内阻，保证产品质量尤为重要。
4.小结：
由以上分析可见，影响阀控式密封铅酸蓄电池(VRLAB)内阻的因素很多，且各厂家的制造工艺也有差异，仅仅用内阻来衡量电池的性能是有失偏颇的，尤其是电池内阻在存放一段时间后，由于电池本身自放电引起的电池内阻的升高是很正常的。当然，这个内阻变化大小的幅度从另一个侧面也反映了各厂家的制造水平和工艺水平。
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