關(guān)于閥控密封鉛蓄電池容量與電導(dǎo)的相關(guān)性
關(guān)于閥控密封鉛蓄電池容量與電導(dǎo)的相關(guān)性
[出處/作者]:桂長(zhǎng)清   [加入時(shí)間]:2005-6-22 10:15:08

  摘要: 閥控密封鉛蓄電池荷電態(tài)在50%以上時(shí),其內(nèi)阻(或電導(dǎo))是看不出什么變化的.只是
荷電態(tài)在50%以下時(shí),鉛蓄電池的內(nèi)阻才逐漸增大.若將荷電態(tài)在0至100%的全部鉛蓄電池都統(tǒng)計(jì)進(jìn)去,其容量與電導(dǎo)才有線性相關(guān)關(guān)系.然而對(duì)荷電態(tài)大于80%的在線使用的鉛蓄電池而言,卻不存在上述關(guān)系.因而不能用鉛蓄電池的電導(dǎo)值去推斷在線使用的鉛電池的荷電態(tài)或健康狀態(tài).
關(guān)鍵詞: 密封鉛蓄電池, 內(nèi)阻, 電導(dǎo), 容量, 相關(guān)性
中圖分類號(hào): TM 912   文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
Correlation between Capacity and Conductance of VRLA
               Gui Chang-Qing
     CSIC 712 Research Institute ( Wuhan Hubei 430064)

Abstract: As soon as the state-of-charge for VRLA was more than 50%,the internal resistance (or conductance) would not be changeable almost. Only when the state-of-charge was less than 50%, the internal resistance would become larger obviously. Although the correlation between capacity and conductance might exist for these batteries which state-of-charge was  from 0 to 100%, but this correlation would not exist for on-line batteries which capacity must be more than 80%. For this reason the state-of-charge or state-of-health for on-line batteries could not be predicted from it's values of conductance.
Keywords: VRLA, internal resistance, conductance, capacity, correlation

1. 歷史回顧
十余年之前,國(guó)外報(bào)導(dǎo)了對(duì)1000Ah閥控密封鉛蓄電池剩余容量與電導(dǎo)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果,認(rèn)為二者之間存在線性相關(guān)關(guān)系[1],于是有人提出用在線檢測(cè)到的VRLA電導(dǎo)值去推斷電池的剩余容量, 還有人試圖根據(jù)電導(dǎo)測(cè)試結(jié)果去予測(cè)電池的使用壽命.

然而實(shí)際得到的結(jié)果并不令人滿意.本人曾對(duì)閥控密封鉛蓄電池電導(dǎo)測(cè)試原理與實(shí)踐作了論述[2],認(rèn)為對(duì)于容量在80%以上的在線使用的閥控密封鉛蓄電池,是無法利用電導(dǎo)值去評(píng)估電池的荷電態(tài)和予測(cè)電池的使用壽命的.隨后又根據(jù)電化學(xué)中的交流阻抗原理分析了閥控密封鉛蓄電池交流阻抗參數(shù)與荷電態(tài)的關(guān)系[3],并指出了電導(dǎo)測(cè)試工作的局限性.

最近看到幾位作者(請(qǐng)見2004年”通信電源技術(shù)”1-5期)根據(jù)國(guó)外1992年報(bào)導(dǎo)的VRLA容量與電導(dǎo)的相關(guān)性,認(rèn)為可以”通過測(cè)定蓄電池的電導(dǎo)值來估計(jì)蓄電池容量的大小,進(jìn)而判斷電池的健康狀況是完全可行的”, 并且說電池的電導(dǎo)測(cè)試會(huì)使電池使用維護(hù)工作取得突破性進(jìn)展.但令人不解的是,他們均未提供具體的在線使用的鉛蓄電池的電導(dǎo)與容量具有線性相關(guān)關(guān)系的數(shù)據(jù)來.
看來有必要進(jìn)一步深入分析和認(rèn)識(shí)VRLA的容量與電導(dǎo)的關(guān)系,實(shí)事求是地評(píng)價(jià)VRLA電導(dǎo)測(cè)試儀的作用及測(cè)試結(jié)果的價(jià)值.

2. 電池容量與電導(dǎo)(內(nèi)阻)的關(guān)系
在文獻(xiàn)[4]中我們已經(jīng)系統(tǒng)地介紹了VRLA容量與電導(dǎo)(內(nèi)阻)的關(guān)系.為了說明問題,在此簡(jiǎn)要介紹一下國(guó)內(nèi)外一些作者的工作結(jié)果.

文獻(xiàn)[5]描述了作者對(duì)6V/4Ah閥控式密封鉛蓄電池交流阻抗測(cè)試的結(jié)果,表明了在電池剩余容量高于40%的區(qū)間內(nèi),電池內(nèi)阻幾乎沒有變化,并且?guī)缀醪皇芊烹婋娏鞯挠绊?當(dāng)剩余容量小于40%時(shí),電池內(nèi)阻卻明顯增大,并且放電電流越小,電池內(nèi)阻增加越快.

早在30年以前,就有人對(duì)開口式自由電解液的鉛蓄電池交流阻抗參數(shù)(Rp,Cp,Rs,Cs)跟電池荷電態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行了研究,結(jié)果表明電池荷電態(tài)在50%以上時(shí),它們幾乎是不變的,只是荷電態(tài)在50%以下時(shí)才迅速增加[6].

我們?cè)缙趯?duì)大容量開口式自由電解液的鉛蓄電池的內(nèi)阻測(cè)試方法進(jìn)行研究,結(jié)果也觀察到同樣的情況[7].

文獻(xiàn)[8]介紹了用電導(dǎo)測(cè)試儀對(duì)GFM—840L型閥控式密封鉛蓄電池進(jìn)行電導(dǎo)測(cè)試的結(jié)果,同樣觀察到電池荷電態(tài)在50%以上時(shí),其內(nèi)阻幾乎是不變的,只是荷電態(tài)在50%以下時(shí)才迅速增加.

日本湯淺公司提供的產(chǎn)品說明書記載了,使用交流阻抗計(jì)(1000Hz)測(cè)量VRLA內(nèi)阻, 結(jié)果也表明電池荷電態(tài)在50%以上時(shí),其內(nèi)阻幾乎是不變的.

由此可見, 不同時(shí)期不同作者的工作都表明,不論是開口式或全密封鉛蓄電池、不論是用交流阻抗法或電導(dǎo)儀測(cè)試法(它是簡(jiǎn)化了的阻抗測(cè)試儀)、不論測(cè)量用的交流信號(hào)的頻率或幅度如何,雖然測(cè)得的同一型號(hào)鉛蓄電池內(nèi)阻值有差異,但它們都有一個(gè)共同點(diǎn):鉛蓄電池的荷電態(tài)在50%以上時(shí),其內(nèi)阻或電導(dǎo)幾乎沒有變化,只是在低于40%時(shí),其內(nèi)阻值才迅速上升.

3. 對(duì)國(guó)外統(tǒng)計(jì)結(jié)果的看法
資料[1]綜合了作者們?cè)?992年發(fā)表的用Midtronic 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. .圖1和圖2示出了336塊1000Ah密封鉛蓄電池用263A放電至1.80V的放電時(shí)間跟電池電導(dǎo)之間的關(guān)系.可以看出電池放電時(shí)間跟電導(dǎo)之間存在線性相關(guān)關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)R2=0.825. 由此提出對(duì)在線使用的電池, 可以用測(cè)得的電導(dǎo)值去推測(cè)電池的剩余容量.

圖1. 336只1000Ah電池的電導(dǎo)與放電時(shí)間  

圖2. 336只1000Ah電池的電導(dǎo)與容量記錄表

表面上看來這樣做是有一定道理的.但應(yīng)當(dāng)看到,上述結(jié)果是將放電時(shí)間接近于0至100%的全部鉛蓄電池都統(tǒng)計(jì)進(jìn)去得到的,可是我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定通信用VRLA的容量必須保證在80%以上方可在線使用,低于80%就是失效電池,應(yīng)該更換.也就是說,若用在線使用的電池測(cè)得的電導(dǎo)值去推測(cè)它的剩余容量,必須觀察電池容量在80%以上時(shí)電池的電導(dǎo)跟容量之間是否存在線性相關(guān)關(guān)系.遺憾的是圖1數(shù)據(jù)表明,當(dāng)電池容量在80%以上時(shí), 看不出容量與電導(dǎo)之間有什么關(guān)系.

事實(shí)上仔細(xì)一看圖2的數(shù)據(jù)即知,具有這種線性相關(guān)關(guān)系的電池絕大部分都是放電容量低于80%以下的失效電池.在336只電池中,用電導(dǎo)法測(cè)得的電池容量在80%以上的好電池只有34只,占總數(shù)10.1%,尚有37/336=11% 的好電池被誤判為不合格電池,即用電導(dǎo)法對(duì)電池的好與壞誤判斷的準(zhǔn)確率只能達(dá)到約50%,更不用說用電導(dǎo)值去預(yù)測(cè)電池的荷電態(tài)或使用壽命了.

造成這一結(jié)果的根本原因就在于本文前面所說的, 電池荷電態(tài)在80%以上時(shí),其內(nèi)阻(電導(dǎo))幾乎是不變的,當(dāng)然不會(huì)有什么相關(guān)性了.其次,由于蓄電池的內(nèi)阻很小,只有幾個(gè)mΩ,測(cè)量夾的接觸電阻也是mΩ級(jí),因而測(cè)量誤差會(huì)嚴(yán) 重干擾測(cè)試結(jié)果;再者,不同廠家生產(chǎn)的蓄電池電導(dǎo)測(cè)試儀,由于它們使用的信號(hào)頻率不同,測(cè)定的參數(shù)不一樣(見表1),并且測(cè)定的是含有不同成分的內(nèi)阻,因此即使測(cè)試同一塊電池,其結(jié)果也會(huì)理所當(dāng)然不同.

表1. 某些電池內(nèi)阻測(cè)定儀的特性
儀器型號(hào)和生產(chǎn)廠家     信號(hào)頻率(Hz) 測(cè)定的參數(shù)
Hewlett-Packard 4328A 1000 阻抗實(shí)部
BITE of Biddle Instrument 60 阻抗模數(shù)
Celltron 10
Midtron of Midtronics 25 阻抗實(shí)部的倒數(shù)

但現(xiàn)在仍然有人堅(jiān)持以新電池的電導(dǎo)值(或最大電導(dǎo)值)的80%作為門限值;也有人認(rèn)為以電池容量達(dá)到額定值的80%時(shí)的電導(dǎo)值作為門限值,低于該值的電池就是落后電池.生產(chǎn)和維護(hù)實(shí)踐證明,即使是同一型號(hào)同一批的新電池,測(cè)得的電導(dǎo)(內(nèi)阻)值也不相同.顯然,上述兩個(gè)門限值既是不同的數(shù)值,又是很難定下來的數(shù)值,那么怎么能用它們來判定電池的容量或荷電態(tài)呢?

由此看來,雖然 將荷電態(tài)在0至100%的全部鉛蓄電池都統(tǒng)計(jì)進(jìn)去,其容量與電導(dǎo)之間有線性相關(guān)關(guān)系.然而對(duì)荷電態(tài)大于80%的在線使用的鉛蓄電池而言, 卻不存在上述關(guān)系.既然如此,我們何必花那么大的精力去統(tǒng)計(jì)必須報(bào)廢的失效電池的容量與電導(dǎo)之間的關(guān)系呢?

再來看看近十幾年來國(guó)外電池行業(yè)的情況.F.Huet[9]經(jīng)過仔細(xì)考察和分析之后指出,在電池行業(yè)中,現(xiàn)在已沒有人用電導(dǎo)法去現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定蓄電池的容量了.我們?cè)诮陣?guó)外一些著名電池雜志和一些著名廠家出版的電池資料上,再也沒見到有人主張用電導(dǎo)值去推斷VRLA的荷電態(tài)和健康狀況態(tài).

4. 合理評(píng)價(jià)電池電導(dǎo)測(cè)試的作用
(1) 不能根據(jù)蓄電池的電導(dǎo)值去推斷它的放電容量和使用壽命.
其中道理如本文前面所述.
  (2) 有助于發(fā)現(xiàn)失效電池
由圖2統(tǒng)計(jì)的結(jié)果可以看出,在336只1000Ah電池中,根據(jù)電導(dǎo)測(cè)試結(jié)果判定為失效的電池?cái)?shù)為296只,比真正失效電池?cái)?shù)(265個(gè))多11.7%,即誤判率為11.7%.
當(dāng)然,測(cè)量電池的浮充電壓比測(cè)量電池的內(nèi)阻(電導(dǎo))要簡(jiǎn)單得多,從電池浮充電壓的變化是很容易發(fā)現(xiàn)失效電池或落后電池的(落后電池不一定是失效電池).
(3) 檢查電池是否失水
由于VRLA采用貧液式設(shè)計(jì),電池的放電容量對(duì)電解液量非常敏感.電池一旦失水,放電容量就會(huì)下降,內(nèi)阻就會(huì)加大.因而若發(fā)現(xiàn)電池電導(dǎo)迅速下降,就有可能是電池失水的信號(hào).
(4) 電導(dǎo)測(cè)試儀是有用的
電池電導(dǎo)測(cè)試儀本身是無可非議的.不能用它來予測(cè)密封鉛蓄電池的容量或壽命,這不是儀器之過,這是由密封鉛蓄電池本身決定了的.若用它予測(cè)其他類型電池的容量[9],只要實(shí)踐證明可行,儀器仍然會(huì)大有用武之地.

5. 結(jié)束語
任何一臺(tái)測(cè)試儀器都有其獨(dú)特的工作原理,該工作原理也是建立在一定的理論分析和假設(shè)基礎(chǔ)之上的.因而任何一臺(tái)測(cè)試儀器都有其一定的適用范圍,過高地估計(jì)它的適用性,往往會(huì)給實(shí)際工作帶來誤導(dǎo)作用.蓄電池電導(dǎo)測(cè)試儀也不例外.
科學(xué)是不斷發(fā)展的,人類對(duì)事物的認(rèn)識(shí)也是不斷深入的.實(shí)踐永遠(yuǎn)是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn).一旦實(shí)踐證明以前的看法不完善,就應(yīng)當(dāng)實(shí)事求是地修正它.

      參  考  文  獻(xiàn)
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