内容提要：蓄电池的保有容量是电池的一个重要指标，它不能用蓄电池电导内阻的大小来判断，本文就蓄电池的动态内阻和静态内阻的技术含义作了分析，对有关文件中关于内阻的规定做了不可参照的说明，并对电导仪的使用条件做了操作测试。 主题词：蓄电池、内阻、电导仪 蓄电池的保有容量CB值，关系着设备的安全运行。为了便捷地检测蓄电池的CB值，许多单位使用电导式蓄电池内阻仪检测电池内阻，试图通过对内阻的检测达到检测蓄电池CB值的目的。在一些行业标准和维护规程文件中，也出现了相应的规定。数年的实践证明，这种检测方法的局限性较大，通信部门是属于超限使用。现在还有许多人在努力提高这项技术的实用性，扩大他的适用范围，但是到目前为止，还看不出有走出这条死胡同的希望。本文就这个问题做一些说明和探讨。 1.蓄电池内阻的构成 电池的内阻分为动态内阻和静态内阻两种，其表达的技术内容是xx不相同的。 1.1极柱间的欧姆电阻。其中包括构件的电阻，电解液的电阻，隔板的电阻。以上的电阻是蓄电池的静态电阻，即在不放电的条件下，测得的欧姆电阻。由于测量时蓄电池没有负载电流，这个值也相对变化较小，我们称这个值是蓄电池的静态内阻。 1.2蓄电池的极化电阻。蓄电池在放电的条件下，由于外电路放电的需要，导致内部电解液中离子的运动。离子的运动有趋极效应，即在电池的内部的正负极附近，有不同浓度的离子存在，形成浓差极化。如SO42-离子，在正极附近的消耗量比负极大。电化学极化是化学电极在电化学反应时的特征，即在放电时电极电位会自动向减少位差的方向偏移。在两种极化作用下，导致正极电极电位下降，负极电极电位上升。总的结果，使电池的端电压下降，宏观上表现出电池内阻增大。由于在测量时，蓄电池有负载电流，我们成这个值是蓄电池的动态内阻。显然，测量动态内阻时，实际包含了静态内阻的数据。 2. 蓄电池动态内阻的测量方法 一般而言，关于蓄电池的动态内阻测量是用图1的方法进行的。设电池的内阻为r，电池的空载电压在开关K断开时由电压表读出U1，K接通后的放电电流由电流表I读出，同时，读出电池的负载电压U2。 于是，蓄电池的内阻 显然，蓄电池的动态内阻是放电电流和实际容量的函数。随着蓄电池的放电电流的不同，其动态内阻r也就随之不同，一旦放电停止，该参数即为零。也就是说，这个动态电阻只有在动态放电条件下才能测出，有时，我们把它称作放电内阻。如果要测得电池在使用状态下的实际动态内阻，就需要用实际工作状态的电流强度进行放电。 通常手电筒用1号电池点亮2.5V的小灯泡时工作电流0.35A，当灯不亮时，可测的电池的供电电压下降到0.8V左右，这是由于电池内阻增大造成的。计算在这种工作状态下，电池空载电压1.3V，内阻是1.44Ω。把这样的电池再用于晶体管收音机，由于工作电流减小到50mA，电池的供电电压依然可在1.25V左右，计算内阻相应为1Ω。 因此，当说到蓄电池的内阻是多少的时候，必须同时说明测量条件，这样才有实际意义。这些测量条件是：蓄电池的型号、测量时的保有容量数值、负载电流的大小，负载电流的时间，电解液的温度。 蓄电池的报废都是因为动态内阻增大造成的。蓄电池的动态内阻值直接决定蓄电池能否安全使用，测定其动态内阻值是否超限是检测蓄电池安全状态的最可靠的手段。 3.不能用静态内阻的数值表达蓄电池保有容量 蓄电池的静态内阻可用电导仪来测量，其基本原理如图2。仪器输出一个交流电送到电池的极柱上，交流的频率大多采用1KHz，电流采用5mA～500 mA。同时，在极柱上测量交流电压，把交流电流A和交流电压两个参数计算机处理后显示mΩ值。 目前，市场上销售的“电导仪”、 “蓄电池内阻仪” 或“蓄电池电导式内阻仪”，其电路原理都采用这种技术方案。 从蓄电池的内阻的特性来分析，电导值只能反应电池的静态内阻，该值不能表达电池的负载放电能力。通常，失效的电池其静态端电压并不明显降低。这种检测方法，在蓄电池行业的出厂配组质量控制中，没有被实际采用。现在从理论上已可清楚说明，这个关系在容量全量程中是不存在的。电导仪测量电池的内阻值，实际主要决定因素是极柱间硫酸电解液的电导值。这是由于硫酸的电阻是铅的103倍，当放电后，极板部分表面虽然被不导电的硫酸铅覆盖，但对总电阻值的影响较小。电池制造时，硫酸电解液又是过量的，实际加入量是理论需求值3.656g/Ah，设计用量为5.48g/Ah，过量系数是1.49。蓄电池用铅，也是过量的，过量的程度依据工艺而定。由于酸的过量，当电池在不同的保有容量时，虽然电解液中的部分硫酸被消耗，但是在低浓度条件下，硫酸的离解度会增大，结果电导值没有出现与保有容量对应的变化。 用电导仪测电池实质是测量电池的静态内阻。由于静态内阻是由电池导电材料的阻抗、容抗和感抗三部分构成的，所以当用两个厂家生产的电导仪测同一状态电池时，由于仪表的频率和电流不同，会得到不同的欧姆表达值。 下面介绍这类电导检测仪的实际测量情况。图3是某种电导式内阻仪测量170Ah电池的实际测量结果。从图中可看到，电池容量在65％～15％的范围内，检测到的内阻在0.17mΩ～0.6 mΩ的区间跳动，容量到10％以下，测量内阻出现明显上升。测量时为模拟电池组中的落后电池工况，对一个单节作了过度放电：当容量为－5％时，内阻达到{zg}值，显示19.97 mΩ；到－10％，内阻又下降到1.04 mΩ。这就是说，当测量值是1 mΩ时，电池容量可能是5％，也可能是－10％，这是很危险的。使用单位原掌握的标准是内阻大于0.9 mΩ的电池下车,显然是不符合铁道部制定的电池使用的安全标准。用这样的标准检测内燃机车电池，就要漏掉质量隐患。 用这种检测仪测量300AH和500AH的电池，这个问题会更为突出，在电池容量7%以上，检测仪就失去了分辨能力。 静态内阻和动态内阻没有可换算关系。如机车使用的500Ah电池，在实际容量50％时其静态内阻在μΩ的数量极上，但在起动机车时，其动态内阻通常为0.6mΩ。其变化有2～3个数量级。因此对电池的安全技术状态检测，不能采用测量电池电导的方法，而应采用测量负载电压的方法。 4鉴定条件与使用条件的区别 电导仪进入市场需要通过技术鉴定，销售人员都有质检中心出据的检测报告。这些检测报告上，数据都是真实的。 为什么通过质检中心的检验的电导仪，在实际使用中却不能使用？ 问题出在检验方法和使用方法的条件不同。检验电导仪时，送检者要求是按图4左所示的方案检验，用电导仪检测一个毫欧级的电阻，然后用精度0.5级的计量电阻仪复测该电阻，两个数据吻合，说明电导仪电导仪测量精度达到要求。用这样的检测方法，确认电导仪的测量精度并没有错。如果使用条件也是这样，当然就没有什么问题。 实际并不是这样。在实际使用中，是按照图4右所示的进行。标准电阻变成了蓄电池，蓄电池的内阻不是一个确定的值，而是由多种因素决定的综合技术参数。质检中心的鉴定工作，就是一个与既定标准对照的过程，由于质检中心不可能制备一个具有标准内阻的蓄电池，送检者在通过质检中心检测时，也就不能直接用蓄电池实际测量数据。于是就用固定电阻模拟蓄电池。殊不知正是由于这种非等同性替代，导致得出了错误的结论。这个结论，衍生出行业标准和电池维护过程中的相关错误。如果当时直接用蓄电池来试验电导仪检测精度，就不可能通过质检鉴定。 这里提供一组数据做参考。500Ah的密封蓄电池，极板表观面积是14×29㎝，正极板取13片，隔板厚度3㎜,硫酸电解液密度1.295g/cm3,电阻率取1.4587Ω·㎝,电解液内阻是47μΩ。加上金属构建的电阻值，静态内阻也仍然在微欧的数量级内。现在多数电导仪的显示分辨精度为mΩ，模拟测量用的固定电阻也是mΩ，但实际内阻主要部分是μΩ，测量精度如何保障？ 蓄电池是个看似简单，实际是多学科的综合技术产品，对其深入了解，有信息和资料方面的难度。出现这种差错，是由于对蓄电池内阻的认识不到位，没有深入到其内在本质造成的。许多销售电导仪的人，甚至不知道蓄电池内阻有静态内阻和动态内阻的概念。 5电导仪的使用标准 电导仪通过质检后，就进入市场。随后在几年的时间里，相关的行业标准、通信公司的电池维护规范中，相继出现要求测量蓄电池内阻，并给处理标准值。这些数据的由来，自然有其依据，特别是测量条件，即用电流频率为多少赫兹的检测仪，测量那种规格的电池，测量时电池的保有容量值，测量部位，电池使用年度，电解液温度。这些条件的不同，都会导致测量值波动。但在文件中得不到这方面的信息。如果工作者不能按照相同的条件去检测，标准和规范中的数据就失去了标准参照性。电导内阻值的技术含义不如安时容量的概念明确，电池供电的安全标准，都是依据安时容量数值规定的，电导值与现行的安全标准目前尚不能衔接。 许多通信公司都配置了电导仪，希望用这种检测仪检测失效电池，减少掉站事故，提高设备的可靠性。使用的实践说明，这个目的并没有达到。在行业会议和专业杂志上，尚没有看到对电导仪使用成功的技术数据报道。在实际使用中，检测数据的离散性较大，用电导仪也检测出一些失效电池，这些电池的保有容量基本是0%。安全技术标准如果用0%作为电池下线标准，就只能是发生事故后排除故障，而不能做到预防性维护。有的电池厂家，用电导仪检测入库成品电池，放电检测容量相同的电池，由于不同批次，检测数据却不一样。 电导仪的实用性有多大，验证的方法实际很简单。实际大多数通信公司掌握的电池下线标准是容量下降到60%，用检测仪能发现容量50%以下的电池，检测仪就是可用的，用电导仪达不到这一要求。用检测数据排除故障，会造成许多无效劳动。深圳华达的电池质量是上成的，这是用户的一致反映，在一家通信公司，但用电导仪检测，质量却是最差的，用推荐的内阻标准判定需要下线的电池，实际容量却是合格的。 问题的关键是电导仪的厂家和商家都不能提供电导值和被测电池保有容量的对应标准。在实际操作者手里，要用于检测标称容量300Ah以上电池的供电能力，电导仪实际是一把没有刻度的尺子。 为了找到这个对应关系，许多研究机构、公司、厂家、电池专家历时几年，付出了大量的资金、人力和时间。结论是：蓄电池的电导内阻检测值与蓄电池的保有容量没有对应关系。 最近看到关于蓄电池内阻与使用年度的的关系报道，说待报废的电池内阻电导检测值是新电池的一倍。这种关系，最终要与容量建立对应关系，才能成为可操作的工艺标准。要xx原有的以容量指标为中心的技术标准体系，建立以电池电导内阻检测值为中心的技术标准体系，工作量很大，不是几年内可以做到的。 对这方面的探索并没有停止，许多人仍然执着的研究这项技术，有学术争论也是正常的。后继探索者如果没有创新的思路和理论基础，就会把前人走过的弯路重新再走一次，这是大家都不愿意看到的。 6结论 6.1电导式内阻仪检测100Ah以下的铅酸电池，对保有容量在20%以下的电池状态有分辨能力。用于100Ah以上的铅酸电池，属于不可合理使用。 6.2现行通信电源蓄电池的标准、规范中，对蓄电池内阻的检测要求是不能对比参照的。 6.3由于电导值的技术含义不明确，用户无法根据检测值判断电池的可靠性。 在生产实践中有效使用，是对技术有效性的最终判定。 |
