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蓄电池内阻解析以及相关测试方案:电池测试仪METRACELL BT

点击次数:567 发布时间:2022-09-22

蓄电池内阻解析以及相关测试方案:蓄电池内阻测试仪METRACELL BT PRO

一、铅酸电池的兰德尔斯电路模型(Randles-Model)

兰德尔斯电路模型(Randles-Model)是电化学和电化学阻抗领域最被认可的等效电路。电池具有电阻,电容和电感,电感通常被省略,因为它在电池中的作用可以忽略不计,特别是在低频时。浸入电解质中的电极的简单模型只是欧姆电阻Rel与双层电容Cd的串联组合。如果正在发生法拉第反应*1,那么:该反应与双层的电荷并行发生——因此与法拉第反应相关的电荷转移电阻Rct与Cd并联以下是铅酸电池的兰德尔斯电路模型(Randles-Model)

 

 

 

 

 

Rel: 电阻、AC电阻,包括 :

    Re: 电解质的电阻

       Rm: 金属部分的电阻(端子、端子连接部分、网格等)

       为电池电解液和极板构成的主动极化阻抗,显示出可能的腐蚀和结晶

 

Rct: 电荷转移电阻

为电池将化学能转化为电能的过程中产生的电荷传递电阻

描述了阈值电极/电解质处的电阻

        Rct在很大程度上依赖于活性板的结构和当前状态

 

L: 电感部分

和电池诊断没有相关性

Cd: 双层容量

蓄电池内阻测试仪METRACELL BT PRO

 

注释:

*1:电极反应包含两个重要的过程:法拉第过程和非法拉第过程。其中法拉第过程包含在电极上有两种过程发生。一种反应中, 电荷(例如电子) 在金属-溶液界面上转移。电子转移引起氧化或还原反应发生。由于这些反应遵守法拉第定律(即因电流通过引起的化学反应的量与所通过的电量成正比), 所以它们称为法拉第过程(Faradaic processes)。即法拉第反应,通常也叫电化学反应。发生法拉第过程的电极有时称为电荷转移电极(charge transfer electrodes)。

 

二、内阻是铅酸电池性能的重要指标

内阻提供有关电池的宝贵信息,因为电池状态的重要标志之一就是它的内阻,不同类型的电池内阻不同。电池内阻是指电池在工作时,电流流过电池内部所受到的阻力。相同类型的电池,由于内部化学特性的不一致,内阻也不一样。正常情况下,内阻小的电池放电能力强,内阻大的电池放电能力弱。如上述兰德尔斯电路模型,由欧姆内阻与电荷转移内阻两部分组成。电池内阻大,会导致电池放电工作电压降低,放电时间缩短。无论是电池即将失效、容量不足或是充放电不当,都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量电池内阻,对其工作状态进行评估。服务人员可以定期对每个电池单元或整体进行检测并记录数据,然后随着电池单元的老化观察到电池运行过程中细微的变化。-UPS电池检测工具

在蓄电池内部的化学反应过程中,其实质就是极板上的活性物质和稀硫酸电解液发生的电化学反应,产生电流。在这个电化学反应过程中,经常伴随着一种学名叫“硫酸盐化的"负反应,也就是铅和硫酸生成了一种硫酸铅,这种硫酸铅是一种绝缘体,它的形成必将对电池的充放电产生极不好的影响,因为在负极板上形成的硫酸盐越多,电池的内阻越大,电池的可充放电性能越差,负极板上吸收不了正极产生的气体,久而久之电池失效。

 

三、如何测量电池内阻?-UPS电池检测工具

使用交流信号和短放电脉冲测量电池块的内部电阻;这种测量方法可以洞察电池内部组件的状况,更为接近于实际电池的情况。交流注入测内阻法:将1kHz左右的交流电流注入电池,并测试电压变化,后利用欧姆定律测得Rel+Rct。电荷传递电阻Rct代表了电池化学反应能力,是评估电池劣化的重要指标。

 

UPS电池检测工具

 

1、使用德国GMC-I蓄电池测试仪METRACELL BT PRO测试蓄电池内阻:

 

铅酸电池阻抗分析仪

 

使用电阻测量功能测量电池组的电压和内阻;

  1. AC-电阻 (Rel) = Re + Rm    测量并显示在仪表上

  2. DC-电阻 = Re + Rm + Rct    测量

Rct = DC-电阻 – AC-电阻   计算并显示在仪表上

*测量以4线测量方式执行,并使用开尔文探头来补偿电缆电阻

 

 

 *可选配弯头的测试探头

铅酸电池阻抗分析仪METRACELL BT PRO特有的内阻测量功能,可同时测量和显示“电极电阻Rel"和“电荷转移电阻Rct",从而对电池性能进行更细致的评估:

 电极电阻Rel"严格表示电气损耗。例如,这些损耗发生在板带、板栅和电解质处。 电池通过该电阻提供快速变化的电流,例如用于开关模式 DC/DC 转换器。

 “电荷转移电阻Rct"用于表征电池组积累和释放电荷的能力。从而可以识别处于浮充亏损状态的电池

 

2、使用BT PRO Manager管理和评估测试结果

根据历史数据(比较值)估算电池 SoH(健康状态)

单个数据本身不足以做出电池性能判定,关键是根据趋势判断。

 

铅酸电池阻抗分析仪

 

 在电池安装调试过程中测量内阻 → 这些值可作为参考值

• 这些值需要保存起来           → 建立起具有清单化测试对象的数据库

• 比较这些数值                 → 未来的测量结果可以显示内阻的上升变化曲线

 


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