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在不同充放电条件下VRLA蓄电池内阻的行为变化规律
以6-DM-55、3-FM-4两种VRLA电池为例,通过测试电池在不同放电率及恒流、桓压限流充电、循环寿命等条件下,电池内阻的行为变化规律,结果表明,内阻的变化与放电电流、充电方式、循环寿命有直接的关系。

  1前言阀控密封铅酸蓄电池(VRLA)广泛应用于计算机控制、邮政通讯、交通等领域,其中电池通常是成组使用的,人们希望通过一种简单的测试方法来杏明电池性能变劣的速度、电池的荷电状态,并预测它的使用寿命,及时剔除性能已经或者开始变劣的电池,保证全组电池的长期有效运行。

  迄今为止, 监测电池性能的方法有(1)测量荇M:该法比较麻烦,且测量所需的时间较长;(2)交流阻抗法测量内部电阻;(3)测量电压降:电压降涉及不同的影响因素,其可靠性尚待研究。

  交流阻抗法是将固定的高频电压加在电池上,利用交流感抗(容抗)原理,测得电池的内阻,目前在小容量碱性电池上的研究己见多篇报道,在铅酸蓄电池上的研究虽见过儿篇报道,但均未见过充电方式、循环寿命与内阻之间关系的研究。

  在本项试验中我们使用的仪器是曰本HIOK13550型电池内阻测试仪,其信号频率为l±30Hz,电阻范围为03 2电池的内阻蓄电池的内阻R,可用下列各项的总和来表不:Ri流排、极柱、连接件)的电阻;Rx是各种氧化物组份的电阻;Ry是各极板的微孔内和各极板与隔板之间的电解液的电阻;Rsep是隔板所显示的电阻;Rp是正负极板上各种反应的极化电阻。其中Rx、Ree、Rsol受设计和制造极板的生产方法影响。对特定的电池Rec和Rsep可视为恒值3试验3.1试验条件为了保证试验的准确性、一致性,我们采取了一些行之有效的措施。

  3.1.1选用的电池均为新电池,制造日期均不超过6个月。

  3.1.2挑选出两只性能(容量、电压、内阻)相近的电池为一组,置于温度为25±2°C的水浴中。

  3.1.3用同种规格、同等长度的短铜线连接在电池的正负端子上,这样就使每次测得的数据具有一致性、可比性,在某种程度上避免了接触电阻的影响。

  3.2充电方法参照屯动道路车辆用铅酸蓄电池(送审稿)规定,6―DM―55完全充电方法如下:采用恒压14.4±0.1V、限流18.33A充电16h或当充电电流稳定3h不变时,确定蓄屯池已完全充电。

  3.3试验内容分别进行3小时率、5小时率、20小时率放电,在放电过程中,每隔一定的时间,测量电池的W阻。做出电池内阻随放电深度的变化曲线。

  3.3.2根据高倍率大电流放电所测得的数据,做出电池内阻与放电时间的关系曲线。

  3.3.3以3-FM―4电池为例,进行充电方式的研究。分别进行恒流及恒压限流充电,恒流采用0.6A充屯10h,恒压限流充电同完全充电。在充电过程中,测童电池的内阻,做出相应的变化曲线。3.3.4寿命试验采用每隔一定的循环次数,测M电池的内阻。

  4分析与讨论4.1小时率与内阻的关系▲20小时率-小时率泰小。5时中小时:i苹3E-S爱旮放电深度20小时率10'、时率。5小时甲。

  3小时率图l6―DM―55屯池+M小时书放电曲线对比放电深度6―DM―55电池小M倍率放电曲线对比倍倍倍放电深度3―FM―4电池不倍率放电曲线对比通过对比图一4可见,在放电前期,即放电深度低丁60%时,随着放电的继续,硫酸浓度逐渐降低,不导电的产物PbS04则不断生成,致使电池内阻缓慢增加,其变化略呈线性趋势;随着放电深度的逐渐加深,电池内阻曲线上升,越接近放电后期,内阻的变化量就越大,有电阻突变现象。小容量电池(3―FM―4)终止时的内阻值及增加幅度明显高于大电池内阻的这一变化趋势可以解释为,它们的摩尔体积比活性物质铅和二氧化铅的耍人得多。微孔的截面减小,阻碍了FT和Sf离子的迁移,致使极板的电阻Rx缓慢升高;同时电解液扩散达到扩散平衡,硫酸浓度逐渐降低,Rsoi电阻升高,电池的内阻受这些主要冈素的影响,不断地增加,出现了缓慢上升的“平台现象”。但当放电将近终止时,电压下降得很快,电池内的离子迁移己经相当困难,相尚多的电解液由于电化学反应生成H20,正负活性物质大部分转化成PbS04晶体,随着该晶体的不断增加,RsRoxRP逐渐占了主导作用,使电池内阻的变化更为显著,出现了电阻突变。

  放电电流越小终止时的电阻值及变化幅度就越大,这种现象在小电池上表现得尤为明显。这主要楚由7-电池放电电流越小,硫酸浓度减小的就越多,则PbSO产物生成的就越多,导致电池的内阻越人。3―FM―4电池小时率与终止内阻的关系见柱状图:4.2充电方式与内阻的关系,以3 4电池为例,进行充电方式的探讨与研4.2.1恒流充电曲线见6.充电时间(h)充电时间(h)4电池的内阻按所示的曲线连续变化。随着充电电压的不断增加,电池的内阻先是卜降得很快,然后近似“平坦”,逐渐趋于稳定。实际则不然。为了能更好地观察这些曲线,找出规律,特将部分曲线进r了放人,绘制出。我们可以明显地否出,曲线先是逐渐而缓慢地降低,当充入电ift为额定屯tt的105% 115°/.时,电池的内阻反而逐渐增加,且在恒流充电这种方式下,随着过充电时间的不断延K,内阻增加的趋势越来越人。这时虽然电池电压缓慢地在增加,但是电池内阻的急剧增加,将导致电池的性能越来越差,这就是过充电的危宙。

  4.2.2恒压限流充电曲线见、8.,6充电时间(h)充电时间(h)采用完全充电的方式,即恒压7.5V、限流1.2A,随着充电的进行,电池的内阻下降较快,当充入电量达到额定容量的118%120%时,达到限制电压7.5V以后,其阻值就迅速下降,可以观测到一个快速的衰变,观察可以很清楚地看到。这时充电电流也下降较快。当充电45h时,电池的内阻降至最低值。随着充电的继续进行,电池的内阻逐渐的趋于稳定,曲线变得比较平坦,内阻值的变化量不大,由放大的曲线可以看出。

  同恒流充电方式对比在充电后期,恒流充电使电池的内阻随充电时间的增加而明显加大,恒压限流充电时电池内阻变化不大,对电池的性能影响较小。由此可以得出这样的结论:恒压限流充电比恒流充电更适合于密封阀控铅酸蓄电池。但这种充电方式也有它的不足之处,就是它的充电时间较恒流充电要长一些。

  4.3寿命与内阻的关系循环次数6―DM―55电池循环寿命4内阻的关系曲线循环次数03―FM―4电池循环寿命与内阻的关系曲线由、0,我们可以得出这样的结论,随着循环次数的增加,电池的内阻也在不断地增加,并且增加的趋势越来越人,当电池内阻己相当人时,电池无法再进r循环,导致电池的寿命终止。

  5结论5.1放电前期,即放电深度低丁60%时,电池内阻缓慢增加,其变化略Y:线性趋势;随着放电深度的逐渐加深,电池内阻曲线上升,越接近放电后期,内阻变化量就越人。5.2放电电流越小电阻值及其变化幅度越大,这种现象在小容量电池上更明显。5.3充电时内阻下降(以3―FM―4为例)。随恒流充电时间的不断延L

  5.4随着循环次数的增加,电池的内阻在不断地增加,当电池内阻己经相当人时,电池无法再进行循环,导致电池的寿命终止。
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