關(guān)于閥控式密封蓄電池浮充電壓和內(nèi)阻值初期變化趨勢的理解

閥控式密封鉛酸蓄電池是一個復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)。在通常的后備應(yīng)用中，除了充放電過程中的主要的電化學(xué)反應(yīng)外，電池內(nèi)部無時無刻不在進行做其他的一些副反應(yīng)。比如正極板柵的腐蝕過程是一直都在進行的，又比如正極析氧氣，負極析氫并引起的自放電也一直存在。

正是因為閥控式密封鉛酸電池的復(fù)雜的特性，因此蓄電池運行初期的狀態(tài)往往沒有達到其相對的穩(wěn)定狀態(tài)，其一些常用參數(shù)如浮充電壓和內(nèi)阻值就充分的反映出了這種客觀規(guī)律。

浮充電壓

(資料圖)

浮充電壓的穩(wěn)定需要運行一定的時間，通常需要3～6個月才能達到一個穩(wěn)定的狀態(tài)。這和新汽車需要一段時間的磨合期是一個道理。

在蓄電池組實際運行時，充電機并不是對每個電池單獨控制充電的，而是控制整組電池的充電電壓。如要求單體浮充電壓為2.25V/2V單體(對應(yīng)12V電池為13.50V)時，對通信電源的24節(jié)電池組，則整組電池電壓設(shè)為：24×2.25=54V;對UPS電源240節(jié)電池組，則整組電池電壓設(shè)為：240×2.25=540V。這時，問題就產(chǎn)生了——由于新電池生產(chǎn)過程中材料、工藝等非一致性，導(dǎo)致了單體電池性能參數(shù)的非一致性，每個單體電池并沒有按理想設(shè)定的浮充電壓(2.25V/2V單體)在充電!單只電池實際充電電壓通常在2.20~2.30V/2V單體(對于12V電池為13.2~13.8V)之間，因此整組電池浮充電壓初期表現(xiàn)出較大的離散性。這種狀態(tài)只有當(dāng)電池經(jīng)過一段時間的浮充運行后，即各電池由于內(nèi)部的狀態(tài)逐漸趨于穩(wěn)定后才會明顯改善。

圖一記錄了一組新2V500Ah電池組使用初期單體電池浮充電壓的變化，可見在運行3個月后各單體的浮充電壓逐漸趨于一致，運行到6個月后一致性就非常好了。

圖1 浮充運行電壓趨勢圖

因此，對于新投入適用的蓄電池，建議再蓄電池浮充穩(wěn)定運行3~6個月后，再將整組電池的浮充電壓的一致性和偏差納入BMS的監(jiān)控管理。3～6個月內(nèi)的浮充電壓由于其不穩(wěn)定性，其偏差和一致性狀態(tài)不建議作為電池健康狀態(tài)的告警值。系統(tǒng)配套的BMS系統(tǒng)建議初期對于浮充電壓一致性的相關(guān)告警設(shè)置先關(guān)閉。當(dāng)然，已經(jīng)正常運行超過6個月的電池組則不存在這個問題。

如果客戶對于初期浮充電壓表現(xiàn)出的較大離散型存在擔(dān)憂，不確信電池組是否有隱患，建議對電池組做性能測試，以性能測試結(jié)果來判定電池組健康狀態(tài)。畢竟客戶購買蓄電池的終極需求是滿足備電，而不是一些看起來很復(fù)雜的參數(shù)表征。

當(dāng)然，蓄電池系統(tǒng)在安裝后通常推薦做一次均衡充電再投入浮充使用。均衡充電后轉(zhuǎn)入浮充比一直進行浮充的浮充電壓一致性提升更快，可以有效縮短浮充電壓趨于穩(wěn)定的磨合周期。

相關(guān)的蓄電池運行規(guī)范也對此有明確的說明，以引導(dǎo)客戶正確的使用浮充電壓指導(dǎo)蓄電池維護工作。

內(nèi)阻的構(gòu)成

電池內(nèi)阻包括了歐姆內(nèi)阻和電化學(xué)電阻，同時含有一定的電容和電感，如圖2所示。

圖2 電池的內(nèi)阻等效電路模型

歐姆內(nèi)阻又包括了極柱、匯流排、板柵以及板柵與活性物間的電阻。電化學(xué)內(nèi)阻包括了涂膏、電解質(zhì)和隔膜的電阻，并聯(lián)的極板與它們之間的介電物質(zhì)構(gòu)成電容Xc。

由于電池的內(nèi)阻與它本身容量有一定的聯(lián)系，因此可以利用這個參數(shù)來預(yù)測電池的性能。不過兩者之間并非嚴(yán)格的線性關(guān)系。目前雖然可以準(zhǔn)確測量出電池的內(nèi)阻，但是這個參數(shù)并不能直接用來指示電池的容量。它只能是在電池性能已嚴(yán)重退化到將影響整個系統(tǒng)正常使用時，做為一個警告指示。

電池老化和電池內(nèi)阻的關(guān)聯(lián)

電池內(nèi)阻變化可以一定程度指示電池老化程度。固定型鉛酸蓄電池電池壽命通常是指25℃條件下浮充使用壽命，或者按規(guī)定的放電深度循環(huán)放電次數(shù)。電池老化過程是非常緩慢的，并伴隨這板柵的腐蝕、活性物軟化，電解液干凅等。電池老化過程也標(biāo)志電池內(nèi)阻的增加和容量的降低，當(dāng)電池實際容量低于額定容量的80%以下時，其老化速度將迅速增加，電池將不能可靠使用，即電池壽命終止，如圖3所示。

實際應(yīng)用中，蓄電池內(nèi)阻比初期值高出50%以上時候，則電池容量大約會降低到60～80%左右。這個規(guī)律的相關(guān)性比較強。但在低于80%之前變化時，相關(guān)性較差，如圖4所示。

圖3 蓄電池內(nèi)阻與電池壽命的關(guān)系

圖4 電池內(nèi)阻與剩余容量相關(guān)性

內(nèi)阻的影響因數(shù)

1、電池老化程度

隨著電池老化，蓄電池內(nèi)阻增加。比如隨柵板和匯流排的腐蝕，金屬導(dǎo)電回路變化，使電池內(nèi)阻增大。

2、環(huán)境溫度

當(dāng)溫度升高時，電解液的活度加強，內(nèi)阻降低；當(dāng)溫度降低時，電解液活度減小，內(nèi)阻增加。大量實驗數(shù)據(jù)表明，當(dāng)溫度低于20℃時，電池內(nèi)阻隨溫度的變化明顯，當(dāng)溫度高于20℃時，電池內(nèi)阻隨溫度變化較為平緩。

3、電池荷電狀態(tài)

電池處于不同充電狀態(tài)時其內(nèi)阻不同，滿充電時內(nèi)阻最小。隨著放電進行電池內(nèi)阻逐漸增加。而隨充電的進行內(nèi)阻逐漸減小。

4、浮充電壓

不同的浮充電壓對電池產(chǎn)生的影響不一樣，比如發(fā)熱，極板腐蝕，氧復(fù)合，電化學(xué)極化程度等，因此對內(nèi)阻也會產(chǎn)生不同的影響。

5、電池運行狀態(tài)

不同的運行狀態(tài)，也會影響電池內(nèi)阻。比如電池浮充情況下，新電池內(nèi)阻比離線時要低，大約低5%左右。另外浮充運行電池初期投入使用時電池內(nèi)阻的離散性較大，通常大約需要1～3個月的時間才能達到穩(wěn)定的狀態(tài)。

因此，當(dāng)BMS系統(tǒng)需要設(shè)置電池內(nèi)阻初始值作為基準(zhǔn)時，建議等電池投入運行后至少2個月時為準(zhǔn)。這樣內(nèi)阻基準(zhǔn)值才能更支持BMS系統(tǒng)的正常運行。

一些大品牌產(chǎn)品的初期一致性表現(xiàn)就很好，并沒有你說的這樣差”？首先，應(yīng)當(dāng)承認(rèn)有這種差異的存在；其次，還應(yīng)明白，即使看起來初期一致性很好，但和電池運行1～3個月后相比，仍然是有差異的，也就是如上的客戶規(guī)律對于任何同類型產(chǎn)品均是適用的，只是在初期一致性存在一定差異，以及運行到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時間可能更短一些而已。

浮充電壓、內(nèi)阻參數(shù)反應(yīng)出的電池真實情況有差距！測量的目的是掌握電池的真實情況，是否可以有更好的辦法來保障電池確實可以運行良好保障供電安全呢？采用電導(dǎo)測試代替內(nèi)阻測試，據(jù)說測試更加精準(zhǔn)；可以測量電池的電化學(xué)阻抗，可以識別電池的失效狀態(tài)和準(zhǔn)確反映電池SOH；采用了在線開路電壓檢測和開路狀態(tài)下內(nèi)阻測試，消除了浮充狀態(tài)對電池內(nèi)阻和電池電壓的影響，測試結(jié)果更能真實準(zhǔn)確反映電池狀態(tài)。

測試最終的目的是知道電池是否可用。還可以在其他方面比如充電管理，智能故障預(yù)測邏輯等?！敖⒏鞣N電池故障模型，結(jié)合間歇充電手段，對電池故障進行預(yù)測，提前消除故障隱患，從根本上保障電池可用”。

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