內阻交流放電法在蓄電池在線監測中的應用

蓄電池作為直流電源系統的核心組成部分，起作儲備電能、應付電網異常和特殊工作情況、維持系統正常運轉的關鍵作用，是電力系統正常工作的最后一道防線。當前，蓄電池在線監測逐漸被人們所重視，在電力、通信等行業應用越來越廣泛，但是，蓄電池在線監測及狀態評估所采用的關鍵技術---內阻交流放電法并不被人們所了解，還在模糊認識中。

從理論分析和大量實驗證明，蓄電池工作狀態及預計使用壽命與內阻具有密切的關系，目前國內外使用的蓄電池監測設備及蓄電池狀態分析設備都是以蓄電池內阻為主要指標，結合蓄電池內阻的變化速率及歷史數據，建立起專家系統，對蓄電池狀態進在線評估，A計其使用壽命。現代電站和變電站都采用大容量蓄電池，其內阻極其微小，為幾十到數百微歐，甚至接頭的松緊程度都會對測量結果造成影響，并且蓄電池在線工作時有一定的充電紋波干擾，因而使傳統的電阻測量技術難以達到測量要求，應采用微電阻精密測量技術進行蓄電池內阻測量才行。

1蓄電池的內阻模型

圖1為蓄電池的簡化等效電路。圖中Rc為蓄電池正負電極的極化電阻，C為正負電極的雙電層電容等效值。R為蓄電池的歐姆電阻。蓄電池連接部分主要是歐姆電阻，而電極極化部分既有歐姆電阻又有極化電阻。

1.1歐姆電阻：由極板、匯流排、極柱、電解液、隔膜等的電阻組成，它們服從歐姆定律。

1.2極化電阻：它包括濃差極化電阻和電化學極化電阻，由擴散極化電阻、電荷傳遞電阻組成，是由電極動力學過程和物質轉移引起，它們不服從歐姆定律。

1.3濃差極化：電流通過蓄電池后，引起正負電極表面附近的電解液濃度變化，進而產生濃極化電動勢，其大小與電流大小、溫度、電極反應速率、電遷移、擴散速度有關。

1.4電化學極化：當電流通過蓄電池時，由于電極過程某一步的遲緩，阻礙了電極過程的進行，使電極電位離開平衡電極電位。其大小與電流大小、溫度、電極真實有效表面積等因素有關。

2影響蓄電池內阻的因素

影響蓄電池內阻的因素主要有：

2.1蓄電池使用的時間：S著使用時間的增加，使電解液失水、極板與連接條的腐蝕、極板的硫酸化、極板變形及活性物質的脫落等因素，造成蓄電池容量減小，蓄電池內阻變大。

2.2蓄電池的電荷量：由于注入蓄電池的電解液深度、電極表面反應物質的厚度、電極表面的孔隙率等不同，而使蓄電池的內阻相差較大，從而電荷量也相差較大。

2.3溫度：環境溫度的變化，例如上升，這時反應物質的擴散加快、電荷傳遞、電極動力學過程和物質轉移更容易進行，因而蓄電池內阻減小。反之，就會增加。

2.4蓄電池的型號：不同生產廠、不同種類、不同型號的蓄電池，由于電極、電解液、隔膜的材料配方不同，電池的結構不同、裝配工藝不同而使蓄電池內阻產生差異。

2.5測量信號頻率：目前許多蓄電池內阻測量，實際上測的是蓄電池的阻抗，內中包括了容抗，而容抗大小和測量信號頻率有關，使蓄電池內阻測量結果不具有客觀性。要具有客觀性，應根據測量信號電流和電壓的相位關系，用解析的方法去除蓄電池電容對測量結果的影響，使測量率結果與信號測量頻率無關，即在任何測量信號頻率下，內阻測量結果具有唯一性。

2.6測量時間和測量電流大小：在采用較大測量電流的情況下，在施加測量信號和關閉測量信號的瞬間，由于極化的建立和穩定是個變化過程，不同的測量電流，不同的測量時間，極化是不同的，使蓄電池內阻測量結果不具有客觀性。要具有客觀性，應盡量用較小的信號電流進行內阻測量，根據實驗，測量電流小于或等于0.05C10，(其中C10為10小時放電率下蓄電池的容量。)

3用內阻交流放電法測量蓄電池內阻

內阻交流放電法是在交流注入法蓄電池內阻測量技術的基礎上更進一步的發展，該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優點。其原理是用CPU通過D/A控制智能負載，使蓄電池向智能負載放電，產生一個低頻(頻率小于100HZ)，幅值約為0.01C10-0.05C10 的正弦波交流信號(頻率為fo，角速度為ω=2πfo的電流I=IoSin(ωoT),其中C10為10小時放電率下蓄電池的容量。在蓄電池上產生的電壓響應為：

U=UoSin(ωoT+Φ); 其阻抗為：Z=Uo/IoXejφ

交流放電法蓄電池內阻測量原理圖見圖2。