蓄電池內(nèi)阻解析以及相關(guān)測試方案：蓄電池內(nèi)阻測試儀METRACELL BT PRO

一、鉛酸電池的蘭德爾斯電路模型（Randles-Model）

蘭德爾斯電路模型（Randles-Model）是電化學(xué)和電化學(xué)阻抗領(lǐng)域最被認(rèn)可的等效電路。電池具有電阻，電容和電感，電感通常被省略，因?yàn)樗陔姵刂械淖饔每梢院雎圆挥?jì)，特別是在低頻時(shí)。浸入電解質(zhì)中的電極的簡單模型只是歐姆電阻Rel與雙層電容Cd的串聯(lián)組合。如果正在發(fā)生法拉第反應(yīng)^*1，那么：該反應(yīng)與雙層的電荷并行發(fā)生——因此與法拉第反應(yīng)相關(guān)的電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct與Cd并聯(lián)。以下是鉛酸電池的蘭德爾斯電路模型（Randles-Model）：

Rel: 電阻、AC電阻，包括 :

    Re: 電解質(zhì)的電阻

       Rm: 金屬部分的電阻(端子、端子連接部分、網(wǎng)格等)

       →為電池電解液和極板構(gòu)成的主動(dòng)極化阻抗，顯示出可能的腐蝕和結(jié)晶

Rct: 電荷轉(zhuǎn)移電阻

→為電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的過程中產(chǎn)生的電荷傳遞電阻

→描述了閾值電極/電解質(zhì)處的電阻

       → Rct在很大程度上依賴于活性板的結(jié)構(gòu)和當(dāng)前狀態(tài)

L: 電感部分

→和電池診斷沒有相關(guān)性

Cd: 雙層容量

蓄電池內(nèi)阻測試儀METRACELL BT PRO

注釋：

*1：電極反應(yīng)包含兩個(gè)重要的過程：法拉第過程和非法拉第過程。其中法拉第過程包含在電極上有兩種過程發(fā)生。一種反應(yīng)中, 電荷(例如電子) 在金屬-溶液界面上轉(zhuǎn)移。電子轉(zhuǎn)移引起氧化或還原反應(yīng)發(fā)生。由于這些反應(yīng)遵守法拉第定律(即因電流通過引起的化學(xué)反應(yīng)的量與所通過的電量成正比), 所以它們稱為法拉第過程(Faradaic processes)。即法拉第反應(yīng)，通常也叫電化學(xué)反應(yīng)。發(fā)生法拉第過程的電極有時(shí)稱為電荷轉(zhuǎn)移電極(charge transfer electrodes)。

二、內(nèi)阻是鉛酸電池性能的重要指標(biāo)

內(nèi)阻提供有關(guān)電池的寶貴信息，因?yàn)殡姵貭顟B(tài)的重要標(biāo)志之一就是它的內(nèi)阻，不同類型的電池內(nèi)阻不同。電池內(nèi)阻是指電池在工作時(shí)，電流流過電池內(nèi)部所受到的阻力。相同類型的電池，由于內(nèi)部化學(xué)特性的不一致，內(nèi)阻也不一樣。正常情況下，內(nèi)阻小的電池放電能力強(qiáng)，內(nèi)阻大的電池放電能力弱。如上述蘭德爾斯電路模型，由歐姆內(nèi)阻與電荷轉(zhuǎn)移內(nèi)阻兩部分組成。電池內(nèi)阻大，會(huì)導(dǎo)致電池放電工作電壓降低，放電時(shí)間縮短。無論是電池即將失效、容量不足或是充放電不當(dāng)，都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來。因此可以通過測量電池內(nèi)阻，對(duì)其工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。服務(wù)人員可以定期對(duì)每個(gè)電池單元或整體進(jìn)行檢測并記錄數(shù)據(jù)，然后隨著電池單元的老化觀察到電池運(yùn)行過程中細(xì)微的變化。-UPS電池檢測工具

在蓄電池內(nèi)部的化學(xué)反應(yīng)過程中，其實(shí)質(zhì)就是極板上的活性物質(zhì)和稀硫酸電解液發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生電流。在這個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過程中，經(jīng)常伴隨著一種學(xué)名叫“硫酸鹽化的"負(fù)反應(yīng)，也就是鉛和硫酸生成了一種硫酸鉛，這種硫酸鉛是一種絕緣體，它的形成必將對(duì)電池的充放電產(chǎn)生極不好的影響，因?yàn)樵谪?fù)極板上形成的硫酸鹽越多，電池的內(nèi)阻越大，電池的可充放電性能越差，負(fù)極板上吸收不了正極產(chǎn)生的氣體，久而久之電池失效。

三、如何測量電池內(nèi)阻？-UPS電池檢測工具

使用交流信號(hào)和短放電脈沖測量電池塊的內(nèi)部電阻；這種測量方法可以洞察電池內(nèi)部組件的狀況，更為接近于實(shí)際電池的情況。交流注入測內(nèi)阻法：將1kHz左右的交流電流注入電池，并測試電壓變化，后利用歐姆定律測得Rel+Rct。電荷傳遞電阻Rct代表了電池化學(xué)反應(yīng)能力，是評(píng)估電池劣化的重要指標(biāo)。

UPS電池檢測工具

1、使用德國GMC-I蓄電池測試儀METRACELL BT PRO測試蓄電池內(nèi)阻：

鉛酸電池阻抗分析儀

使用電阻測量功能測量電池組的電壓和內(nèi)阻；

1. AC-電阻 (Rel) = Re + Rm    →測量并顯示在儀表上

2. DC-電阻 = Re + Rm + Rct    →測量

Rct = DC-電阻 – AC-電阻   →計(jì)算并顯示在儀表上

*測量以4線測量方式執(zhí)行，并使用開爾文探頭來補(bǔ)償電纜電阻。

 *可選配彎頭的測試探頭

鉛酸電池阻抗分析儀METRACELL BT PRO*的內(nèi)阻測量功能，可同時(shí)測量和顯示“電極電阻Rel"和“電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct"，從而對(duì)電池性能進(jìn)行更細(xì)致的評(píng)估：

• “電極電阻Rel"嚴(yán)格表示電氣損耗。例如，這些損耗發(fā)生在板帶、板柵和電解質(zhì)處。 電池通過該電阻提供快速變化的電流，例如用于開關(guān)模式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

• “電荷轉(zhuǎn)移電阻Rct"用于表征電池組積累和釋放電荷的能力。從而可以識(shí)別處于浮充虧損狀態(tài)的電池組。

2、使用BT PRO Manager管理和評(píng)估測試結(jié)果

根據(jù)歷史數(shù)據(jù)（比較值）估算電池 SoH（健康狀態(tài)）；

單個(gè)數(shù)據(jù)本身不足以做出電池性能判定，關(guān)鍵是根據(jù)趨勢(shì)判斷。

鉛酸電池阻抗分析儀

• 在電池安裝調(diào)試過程中測量內(nèi)阻 → 這些值可作為參考值

• 這些值需要保存起來           → 建立起具有清單化測試對(duì)象的數(shù)據(jù)庫

• 比較這些數(shù)值                 → 未來的測量結(jié)果可以顯示內(nèi)阻的上升變化曲線