非凡閥控式密封鉛酸蓄電池(VRLA)的內阻分析
1.概念:
非凡電池中由于電極的動力學過程,物質轉移及歐姆電阻所消耗的能量,通常稱之為蓄電池的內部電阻(簡稱內阻),以Ω或mΩ表示。電池內阻是監(jiān)控電池性能的重要參數,電池內阻與其剩余容量之間存在對應關系,因此一些國外大型電信公司也正在用電導檢測使用中的閥控密封鉛酸蓄電池的剩余容量。但必須指出,由于影響電池內阻的因素很多,諸如測試頻率,荷電狀態(tài),擱置時間,電液量,充放電方式及工作環(huán)境等。因此,簡單地采用電池內阻代表剩余容量是有疑慮的。
2.內阻的組成:
非凡鉛酸蓄電池具有小的內阻,是堿性蓄電池的1/3~1/5(對同一容量而言),且由于鉛酸蓄電池具有其它的一些特點,使得其在過去一百多年里就得到廣泛的應用。
對于一個單元格(單體)蓄電池而言,其內阻主要由五部分組成:連接部分(含極群總線和端柱),電極活性物質,板柵,隔離板及電解液。對于正極多孔的PbO2其比電阻類似于半導體物質,可達740mΩ.cm,而負極海綿鉛的比電阻為18.3mΩ.cm,可見正極活性物質PbO2引起的歐姆電阻是負極海綿鉛的40.4倍。起動用蓄電池在-18℃起動時,其內阻約為2.05mΩ/單元格,其內阻分布如下圖1:
3.內阻的影響因素:
影響非凡蓄電池內阻的因素是多方面的,主要有下列幾點:
3.1電解液濃度(密度)
硫酸溶液的密度與比電阻的關系見圖2。由圖2可見,密度在1.2~1.3g/ml之間比電阻最小,因此各類鉛酸蓄電池電解液在完全充足電時,其密度位于其間,以得到較低的內阻。當電池放電過程中,隨著電解液密度的降低,比電阻隨之增大;當低于1.10g/ml時,比電阻急增。
3.2電解液溫度:
電解液溫度對內阻的影響見圖3。由圖3可見,內阻隨溫度的降低而增大,隨溫度的升高而減小。以20℃為基準,每降低10℃,則內阻增大12%~15%;溫度趨于越低,內阻增大的幅度加大。這主要是由于硫酸溶液的比電阻與粘度增大的緣故([url=http://hhjyang.blog.sohu.com/]http://hhjyang.blog.sohu.com/[/url])。
3.3荷電狀態(tài)
蓄電池荷電狀態(tài)與放出容量成反比,蓄電池內阻隨著放出電量而變化見圖4。當完全充足電時,蓄電池內阻最。划斠20小時率放完電后,其內阻增大到完全充足電時的2.5倍。這主要因為:一是由于在放電過程中,在多孔的活性物質與硫酸溶液接觸的表面形成了PbSO4層。這PbSO4層帶來了三個不利的影響:PbSO4層導電性能較差,使活性物質的電阻增大;PbSO4層使極板孔率降低從而降低了電解液在活性物質中的擴散速度,而增大了濃差極化;PbSO4層減少了活性物質的反應面積,增大了電化學極化。二是放電過程中電解液密度降低而增大了比電阻。這些因素綜合作用結果,使蓄電池的內阻隨著放出容量增大而增大。
3.4非凡蓄電池結構
電池結構主要指極板的類型與板柵結構(若以電池組來說,還包括單元格之間的連接方式)。合理的極板類型和板柵結構能有效地降低蓄電池的歐姆電阻。