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铅酸蓄电池的端电压并不能反映电池的容量特性,实际使用中,能够直接测量的参数除电流、电压外,蓄电池内阻(或电导)是可以直接测量的一个参数,内阻(或电导)测试仪是一种普遍应用的测量工具。在实际测量电池的内阻后,能够发现电池的许多问题,尤其是能够立即判断严重失效的电池或存在连接问题的电池。电池的内阻已被公认为是一种迅速而又可靠的诊断电池健康状况的方法。
通常内阻的测量方式有以下两种目前:
(1)直流方法
直流方法是在电池组两端接入放电负载,测量电压的变化(U1-U2)和电流值(I)计算电池的内阻(R)。
蓄电池从浮充状态切换到放电状态,即停止充电后,电池回落到某平衡电位,接入放电负载后,电压发生阶跃变化。这样,根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1-U2)来计算内阻值。
由于内阻值很小,在一定电流下的电压变化幅值相对较小,给准确测量带来困难,由于放电过程电压的变化,需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测量中,直流方法所得数据的重复性较差、准确度很难达到10%以上。
目前很多采用直流测试法的内阻测试设备都采用大电流放电,这样,需用使用大的放电器和大截面的导线同蓄电池连接,这在实际使用中会带来一定的安全隐患。同时由于需要对蓄电池进行动作(放电),在测量过程中,对于在线测量以及两次测量的时间间隔有一定的限制。
(2)交流方法
相对直流法,通过交流法测量蓄电池内阻就要简单一些。
从理论上讲,向电池馈入一个交流电流信号,测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻
当使用受控电流时,ΔI=ImaxSin(2πft),产生的电压响应为:
ΔV=VmaxSin(2πft+φ)
若使用受控电压激励,ΔV=VmaxSin(2πft),产生的电流响应为:
ΔI=VmaxSin(2πft-φ)
两种情况的阻抗均为:
即阻抗是与频率有关的复阻抗,其模|Z|=Vmax/Imax,相角为φ。
R=Vav/Iav
式中:Vav——检测到交流信号的平均值;
Iav——馈入交流信号的平均值。
在实际使用中,由于馈入信号的幅值有限,电池的内阻在微欧或毫欧级,因此,产生的电压变化幅值也在微欧级,信号容易受到干扰。尤其是在线测量时,会受到整流器(充电器)充电或负载用电的影响。工频和射频干扰也影响读数。
而采用数字信号处理技术就可以有效克服外界干扰,获得比较稳定的内阻数据,同时该方法不需要增加蓄电池的任何动作,因而在在线测量、网络化方面具有很大的技术优势。