閥控式密封鉛酸蓄電池是一個(gè)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(guò)程中的主要的電化學(xué)反應(yīng)外，電池內(nèi)部無(wú)時(shí)無(wú)刻不在進(jìn)行做其他的一些副反應(yīng)。比如正極板柵的腐蝕過(guò)程是一直都在進(jìn)行的，又比如正極析氧氣，負(fù)極析氫并引起的自放電也一直存在。

正是因?yàn)殚y控式密封鉛酸電池的復(fù)雜的特性，因此蓄電池運(yùn)行初期的狀態(tài)往往沒有達(dá)到其相對(duì)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(yùn)行一定的時(shí)間，通常需要3～6個(gè)月才能達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)。這和新汽車需要一段時(shí)間的磨合期是一個(gè)道理。

在蓄電池組實(shí)際運(yùn)行時(shí)，充電機(jī)并不是對(duì)每個(gè)電池單獨(dú)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(duì)應(yīng)12V電池為13.50V)時(shí)，對(duì)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(duì)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(shí)，問(wèn)題就產(chǎn)生了——由于新電池生產(chǎn)過(guò)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(gè)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(shí)際充電電壓通常在2.20~2.30V/2V單體(對(duì)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(guò)一段時(shí)間的浮充運(yùn)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(huì)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(yùn)行3個(gè)月后各單體的浮充電壓逐漸趨于一致，運(yùn)行到6個(gè)月后一致性就非常好了。

圖1 浮充運(yùn)行電壓趨勢(shì)圖

因此，對(duì)于新投入適用的蓄電池，建議再蓄電池浮充穩(wěn)定運(yùn)行3~6個(gè)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(gè)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(duì)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(yùn)行超過(guò)6個(gè)月的電池組則不存在這個(gè)問(wèn)題。

如果客戶對(duì)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(duì)電池組做性能測(cè)試，以性能測(cè)試結(jié)果來(lái)判定電池組健康狀態(tài)。畢竟客戶購(gòu)買蓄電池的終極需求是滿足備電，而不是一些看起來(lái)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(jìn)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(yùn)行規(guī)范也對(duì)此有明確的說(shuō)明，以引導(dǎo)客戶正確的使用浮充電壓指導(dǎo)蓄電池維護(hù)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(shí)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(gè)參數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)電池的性能。不過(guò)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(cè)量出電池的內(nèi)阻，但是這個(gè)參數(shù)并不能直接用來(lái)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(gè)系統(tǒng)正常使用時(shí)，做為一個(gè)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(guò)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(guò)程也標(biāo)志電池內(nèi)阻的增加和容量的降低，當(dāng)電池實(shí)際容量低于額定容量的80%以下時(shí)，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(shí)際應(yīng)用中，蓄電池內(nèi)阻比初期值高出50%以上時(shí)候，則電池容量大約會(huì)降低到60～80%左右。這個(gè)規(guī)律的相關(guān)性比較強(qiáng)。但在低于80%之前變化時(shí)，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(shí)，電解液的活度加強(qiáng)，內(nèi)阻降低；當(dāng)溫度降低時(shí)，電解液活度減小，內(nèi)阻增加。大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)溫度低于20℃時(shí)，電池內(nèi)阻隨溫度的變化明顯，當(dāng)溫度高于20℃時(shí)，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(shí)其內(nèi)阻不同，滿充電時(shí)內(nèi)阻最小。隨著放電進(jìn)行電池內(nèi)阻逐漸增加。而隨充電的進(jìn)行內(nèi)阻逐漸減小。

4、浮充電壓

不同的浮充電壓對(duì)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(duì)內(nèi)阻也會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

5、電池運(yùn)行狀態(tài)

不同的運(yùn)行狀態(tài)，也會(huì)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(shí)要低，大約低5%左右。另外浮充運(yùn)行電池初期投入使用時(shí)電池內(nèi)阻的離散性較大，通常大約需要1～3個(gè)月的時(shí)間才能達(dá)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(shí)，建議等電池投入運(yùn)行后至少2個(gè)月時(shí)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(yùn)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(shuō)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(lái)初期一致性很好，但和電池運(yùn)行1～3個(gè)月后相比，仍然是有差異的，也就是如上的客戶規(guī)律對(duì)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(yùn)行到穩(wěn)定狀態(tài)所需的時(shí)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(shí)情況有差距！測(cè)量的目的是掌握電池的真實(shí)情況，是否可以有更好的辦法來(lái)保障電池確實(shí)可以運(yùn)行良好保障供電安全呢？采用電導(dǎo)測(cè)試代替內(nèi)阻測(cè)試，據(jù)說(shuō)測(cè)試更加精準(zhǔn)；可以測(cè)量電池的電化學(xué)阻抗，可以識(shí)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(cè)和開路狀態(tài)下內(nèi)阻測(cè)試，消除了浮充狀態(tài)對(duì)電池內(nèi)阻和電池電壓的影響，測(cè)試結(jié)果更能真實(shí)準(zhǔn)確反映電池狀態(tài)。

測(cè)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(cè)邏輯等。“建立各種電池故障模型，結(jié)合間歇充電手段，對(duì)電池故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，提前消除故障隱患，從根本上保障電池可用”。

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