英国霍克蓄电池在线内阻监测技术及运用
1 常见的蓄电池失效模式
对于阀控式铅酸电池，通常的性能变坏原因有：电池失水、极板群的腐蚀、活性物质的脱落、深放电引起的钝化和深度放电后的恢复等，以下是几种性能变坏的情况。
l.1 电池失水
铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高或电池正极栅板的腐蚀，使电池的活性物质减少，从而使电池的容量降低而失效。
阀控式铅酸蓄电池充电后期，正极开释的氧气与负极接触，发生反应，重新天生水，即
使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产牛氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。
在上述阴极吸收过程中，由于产生的水在密封情况下不能溢出，因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护，这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维护电池的由来。但在充电过程中，当充电电压超过2．35V／单体时就有可能负气体逸出。由于此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体固然经过滤酸垫滤掉了酸雾，但必竟使电池损失了气体，也即是失水，所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的，尽对不能过充电。
1．2 负极板硫酸化
电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅，电池充电时负极栅板发生如下化学反应
放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应，当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，在电池的正负极栅板上就有PbSO4存在，PbSO4长期存在会失往活性，不能再参与化学反应，这一现象称为活性物质的硫酸化，为防止硫酸化的形成，电池必须经常保持在充足电的状态，蓄电池尽对不能过放。
1．3 正极板腐蚀
由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必须留意防止电池失水现象发生。
1．4 热失控
热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原冈是浮充电压过高。
一般情况下，浮充电压定为2.23～2.25V/单体(25℃)比较合适。假如不按此浮充范围工作，而是采用2．35V／单体(25℃)，则连续充电4个月就可能出现热失控；或者采用230V/单体(25℃)，连续充电6～8个月就可能出现热失控；假如是采用2．28V／单体(25℃)，则连续12～18个月就会出现严重的容量下降，进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气，电池容量下降，最后失效。
2 阀控铅酸蓄电池内阻模型研究
阻抗分析是电化学研究中的常用方法，是电池件能研究和产品设汁的必要手段。
图l所示为常用的铅酸电池阻抗的等效电路。
文献研究中将Warburg阻抗表示为一个电阻和电容串联组成的阻抗ZW。
式中：λ为Warburg系数，表示反应物和天生物的扩散性质特性；
ω为角频率。
电池的阻抗包括欧姆电阻和正负极阻抗，即
电池阻抗是一个复阻抗，在其它条件不变的情况下，与测试频率有关。
通常情况的内阻星指某一固定频率下的内阻值，对于一般的VRLA蓄电池，多数采用低于100 Hz的频率．在实际使用中常把复阻抗的模称为内阻。
2．1 内阻在线丈量方法
备用场合使用的VRLA电池一般容量很大，在几十到数千安时，电池的内阻值很小。由于阻值低，电池正负极输出感应的电压幅值很小，尤其是在线丈量时电池端存在充电纹波和负载变动时的动态变化，要正确丈量内阻是有一定难度的。常见的内阻测试方法有以下几种。
2.1.1 直流方法
直流方法是在电池组两端接进放电负载，根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1一U2)来计算内阻值，见图2所示。常采用式(3)计算。
由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给正确丈量带来困难，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测最中，苴流方法所得数据的重复性较差，正确度很难达到10％以上。
2．1．2 交流方法
交流方法相对直流法要简单。
当使用受控电流时，△I=Imaxsinωt，产生的电压响应为
即阻抗是与频率有关的复阻抗，其相角为φ，而其模|Z|=Vmax/Imax。
从理论上讲，向电池馈人一个交流电流信号，丈量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。即
式中：Vav为检测到交流信号的均匀值；
Iav为馈进交流信号的均匀值
在实际使用中，由于馈进信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微伏级，信号轻易受到干扰。尤其是在线丈量时，受到的影响更大，采用基于数字滤波器的内阻丈量技术和同步检波方法可以克服外界干扰，获得比较稳定的内阻数据。
2．2 不同丈量方法对内阻值的影响
由于丈量方法的不同，蓄电池内阻数值有较大的差异。因此，在研究内阻变化时需要在同一方法下进行丈量。
2.3 不同充电状态对内阻值的影响
蓄电池处于不同的状态．其内阻值也有很大的差异。放电容量达到80％后，内阻急剧上升。转进充电后，内阻很快恢复到正常数值。
2．4 不同的失效模式对内阻值的影响
蓄电池的不同失效模式反映在内阻变化的幅值并不一样。
图3是不同劣化模式下的电池放电曲线。与一般的腐蚀模式对比可以发现：同样的欧姆内阻变化幅度，失水模式能提供的输出容量比腐蚀模式的要低。
