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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电池英才网蓄电池内阻与容量的关系.精品文档. 电池英才网（蓄电池内阻与容量的关系 桂长清， 柳瑞华 （ 中船重工第 研究所， 湖北 武汉 ） 阀 锂 金 摘要：蓄电池的内 阻 跟 额 定 容 量 有 关 。荷 电 态 高 于 时， 控 密 封 铅 酸 蓄 电 池 、 离 子 电 池、 属 氢 化 物 镍 电池、 镉镍蓄电池、 锌镍电池的内阻都是保持不变的； 只是 低于 以下时， 它们的内阻才很快升高。 关键词：蓄电池； 电池内阻； 荷电态； 容量 中图分类号： 文献标识码： ， （ ， ） ， ： ， 、 、 、 ； ， ： ； ； ； 蓄电
2、池内阻与 容 量 之 间 的 关 系 其 中 有 两 种 含 义： 电池内阻跟额定容量 的 关 系， 及 同 一 型 号 电 池 的 内 以 阻跟荷电态 的 关 系。 十 多 年 前 人 们 曾 经 试 图 利 用阀控密封铅酸蓄电池内阻（ 或电导） 的变化去在线检 测电池的容量和预测电池寿命， 但却未能如愿； 近来随 人 着电动汽车和电动助 力 车 产 业 的 发 展， 们 对 动 力 电 池的大电流放电能力 提 出 了 越 来 越 高 的 要 求， 就 要 这 求尽可能降低电池内阻。因而本文将进一步探索和阐 明一些常用蓄电池内阻与容量之间的内在关系。 它们之间存在线性相关关系， 其相关系数
3、。 由此有人提出对于 在 线 使 用 的 阀 控 密 封 铅 酸 蓄 电 池， 可以用测得的电导值去推测它们的剩余容量。虽然十 多年前本人从客观实际出发已多次对这一观点提出了 而 否定的看法 ， 后 被 众 多 的 同 行 专 家 所 认 可。 但 今 天仍有一些人没做过试验不假思索地引用上述已经过 。 时的观点， 因而重提一下上述观点的 症结 阀控密封铅酸蓄电池 当前阀控密封铅酸蓄电池已逐步取代开口式流动 广 电解 液 铅 酸 蓄 电 池， 泛 用 于 邮 电 通 信 电 源、 、 储 能电源系统等。动力型阀控密封铅酸蓄电池不仅已广 泛用于电动助力车， 且 近 来 又 向 轻 型 电 动 汽
4、 车 大 力 而 进军。这些领域都要求在线检测蓄电池的荷电态。 （） 蓄电池的内阻跟荷电态的关系 蓄电池的荷电 态 指 的 是 电 池 可 以 放 出 的 容 量跟其额定容量的比。这一数据对邮电通信电源系统 和正在使用的动力电池组十分重要。 年 发表 了 用 电导测试仪对阀控密 封 铅 酸 蓄 电 池 （ ） 的测试和 统 计 结 果 。 图 示 出 了 块 密封铅酸蓄电池用 放电至 的放 电时间跟电池电导 （ 阻 的 倒 数） 分 布。 可 以 看 出， 内 的 收稿日期： 作者简介： 长 清 （ ） 男， 船 研 究 所 原 总 工 程 师， 桂 ， 中 年复旦大学电化 学 专 业 研 究
5、 生 毕 业。 荣 获 国 务 院 颁 发 的 政府特殊津贴， 主要从事化学电源的研究和设计。 图 密封铅酸蓄电池电导与放电时间的关系 （ 电池， 放电到 ） 从图 的统计数据可以看出上述观点是有一定道 理的。但应当 看 到， 述 结 果 是 将 放 电 时 间 接 近 于 上 至 的全部铅酸 蓄 电 池 都 统 计 进 去 得 到 的， 中 其 电池的容量是低于 的。可是我国标准中规 定 的 容 量 必 须 保 证 在 以 上 方 可 在 线 使 用， 低于 就是失效电池， 应该更换。也就是说， 若 用在线使用的蓄电池测得的电导值去推测它的剩余容 必须观察电池容量在 以上时电池的电导跟容 量
6、， 量之间是否存在线性相关关系。然而众多实验事实和 统计结果都表明了此条件下不存在上述关系。 笔者在以前的 工 作 中 已 经 阐 明 了： 同 时 期 不 不 同作者采用不同的方法对不同型式的铅酸蓄电池内阻 年 月 日第 卷第 期 桂长清 等： 蓄电池内阻与容量的关系 ， ， 进行测试的结果都表 明， 论 是 开 口 式 或 密 封 式 铅 蓄 不 电池、 不论是用交流阻抗法或电导仪测试法（ 它是简化 、 了的阻抗测试仪） 不论测量用的交流信号的频率或幅 度如何， 虽然测得的同一型号铅蓄电池内阻值有差异， 但它们都有一个共同点： 铅蓄电池的荷电态在 以 上时， 其内阻或电导 几 乎 没 有
7、变 化， 是 在 低 于 只 时， 其内阻值才迅速上升。这就是何 以 荷 电 态 高 于 内阻倒数） 之间不存在线性相 的电池其容量和电导（ 关关系的根本原因。 最近我们用阶跃电流测试技术测取了动力型阀控密 ）结果又一次表明， 封铅酸蓄电池的欧姆内阻（ 见图 ， 电 池的荷电态在 以上时， 其欧姆内阻几乎是不变的。 例如现在常用 的 ， 们 本 身 的 电 子 导 电 性 比 它 金属要差； 再者锂离 子 导 电 性 受 锂 离 子 在 材 料 晶 格 中 加之采用了有机物作电解质溶剂， 这 扩散速度的影响， 些因素决定了锂离子 电 池 的 内 阻 比 较 大， 其 高 功 率 使 输出时比能
8、量迅速下降。图 示出国内某厂家在产品 说明书中提供的锂离子电池芯的内阻分布情况。可以 看出， 电池容量越 大， 内 阻 越 小。 的 单 电 其 ， 比同容量的阀控式密封铅 池芯的内阻有约 它 酸蓄电池内阻要大， 者 容 量 电 池 单 格 内 阻 只 后 有 。温度降低， 锂离子电池内阻迅速增大， 二 者的差别更大。 图 电池欧姆内阻跟荷电态的关系 电池内阻跟额定容量的关系 （ ） 电池的额定容量指的是电池有关标准或技术说明 书中规定的， 在一定 的 条 件 下 电 池 必 须 保 证 放 出 的 最 低容量。通常就是用额定容量来表示电池的大小。 表 是 通信用阀控式密封胶 体蓄电池 中列出
9、的各种型号电池的内阻值的上限值。 由该标准中规定的内 阻 测 试 方 法 可 知， 内 阻 值 中 包 该 含了电池的欧姆内阻和极化内阻。 表 通信用阀控式密封胶体蓄电池内阻 电 池 型 号 内 阻 电 池 型 号 内 阻 图 单体锂离子电池芯的内阻的分布 中 在 文 献 给 出 的 单电池内阻为 就 。折 算 到 以 后， 跟图 所提供的数据基本是一致的。该文献作者同时 还观察到， 温 度 范 围 内 锂 离 子 电 池 内 在 阻基本上保持不变， 在 时， 池 内 阻 增 大 倍； 但 电 在 时内 阻 增 大 倍 以 上。 这 显 然 跟 锂 离 子 电 池采用了有机物作电解质溶剂有关。
10、电池用大电流放 这 电时其内阻稍有下降， 跟 大 电 流 放 电 时 电 池 温 度 有 所升高有 关。 此 外，作 者 还 观 察 到 电 池 荷 电 态 在 以 上 时， 池 内 阻 几 乎 保 持 不 变； 在 电 但 电 以 下 时， 池 内 阻 就 迅 速 升 高。 这 种 规 律 性 跟 电池是 一 致 的。 看 来 也 不 能 用 内 阻 值 来 定 量 判断锂离子电池的荷电态。 金属氢化物镍电池 （ ） 由于 电池采用 的 薄 极 板 面 积 大、 阻 小， 电 并且电解质的导 电 性 也 好， 而 电 池 内 阻 小。 因 圆柱 形 电 池 （ 型 电 池） 阻 与 放 电
11、深 度 内 的关 系 如 图 所 示 。 可 以 看 出， 阻 在 大 部 分 放 电 内 额定容量越大的电池， 其内阻 由表数据可以看出： 值就越小。根据欧姆定律， 导体电阻是跟其长度成正比， 跟其横截面积成反比。电池的额定容量越大， 电池内全 部连接件以及板栅筋条的截面积就越大， 因而电池的内 阻就越小。另一方面， 由于极板的放电容量跟极板的面 积成正比， 所以电池的额定容量越大， 其内阻就越低。 时间内保持相 对 稳 定， 接 近 放 电 终 点 时， 在 即 ，内阻很快升 高。 阻 抗 测 量 结 果 表 明 ： 池 放 电 电中前期， 正极欧姆内阻随放电过程而增大， 但负极则 减小；
12、 当放电量达到 以上时， 正极阻抗迅速增大， 导致电池内阻迅速增大。因而不能根据电池内阻去判 断金属氢化物镍电池的荷电状态。 文献 即 也观 察 到 同 样 的 规 律 性， 当 此外， 时， 的 电池内阻保持 不变， 内阻开始上升。 时， 锂离子电池 锂离子电池的 正 极 材 料 多 是 一 些 氧 化 物 或 盐 类， 年 月 日第 卷第 期 ， ， 蓄电池不同： 放完电 的 电 池 在 充 入 电 量 达 到 前， 电池的 内 阻 几 乎 不 变， 然 很 小； 充 入 电 量 达 到 仍 在 电池的内阻很快增大； 在充入电量达到 时， 电 直 以上时， 池 的 内 阻 又 很 快 下
13、降， 到 电 池 充 足 电为止， 电池的内阻保持不变， 但充完电的电池内阻大 电 约是放完电的 倍。 在 放 电 过 程 中， 池 的 内 阻 是 不 图 电池内阻与放电深度的关系 断增加的； 但在放电 量 达 到 以 上 时， 池 的 内 阻 电 直到电池放完电为止， 电池的内阻只有很 又很快下降， 小的下降， 最终内阻约为放电初期的一半。 锌银蓄电池内阻的这种变化规律是由于电池的正极 活性物质 、 、 之 间 的 转 化 造 成 的。放 电 初 期， 导电率较好的 逐步转化为导电率很低的 ， 因而电池内阻增加； 继续放电， 转化为导电率很高 的 ， 那么电池内阻就会很快下降。充电时电池内
14、阻的 变化过程同样反映了活性物质成分的变迁。 其它蓄电池 （） 锌镍电池（ 电池） 在文献 中报道了 的密封 电池 的内阻跟 荷 电 态 的 关 系。 当 电 时， 池内阻保持 内 不 变； 时， 阻 开 始 上 升。这一规律是跟阀控密封铅酸蓄电池、 锂离子电池、 金属氢化物镍电池内阻的变化是一致的。 （ ）镉镍蓄电池（ 电池） 镉镍蓄电池的欧 姆 内 阻 一 般 较 小， 充 电 态 的 袋 如 式电池 的 高 倍 率、 部 率 和 低 倍 率 电 池 的 直 中 流欧姆 电 阻 分 别 为 、 和 。 高 倍 率 电池的设计不同于一般的动力电池， 它的极板很薄， 片 使放电电流 密 度 可
15、 以 在 大 电 流 放 电 时 仍 然 不 数较多， 高， 每片上的活性物 质 较 少， 用 率 较 高， 而 电 池 容 利 因 量可以得到保证。但 是 要 切 记， 是 以 大 幅 度 降 低 电 这 会 池使用寿命为代价的， 使 电 池 使 用 寿 命 缩 短 几 倍 甚 至于十几倍。动力电池是在保证电池使用寿命的前提 下来减小电池内阻， 提高电池大电流放电能力的。 中 倍 率 镉 镍 蓄 电 池 内 阻 为 ， 于 由 即 该电池内阻与额定容 量 的 乘 积 近 似 为 定 值， 电 池 内 阻与额定容量近似成反 比， 么 中 倍 率 镉 镍 蓄 那 电池内阻应当为 。 这 一 数
16、值 跟 动 力 型 阀 控 密 封 铅酸蓄电池 内阻 后者由 个单 相当， 那 电池串联组成， 么 每 个 动 力 型 阀 控 密 封 铅 酸 蓄电池只有 。 各种型号的密 封 电 池 的 内 阻 跟 的 关 系与 电 池 相 同，即 当 时， 池 内 阻 电 保持不变， 内阻开始上升 。 时， （） 锌银蓄电池 锌银蓄电池的内阻在充放电过程中的变化跟其他 小 结 （） 蓄电池的 内 阻 跟 电 池 的 额 定 容 量 有 关。 大 容 小容量电池的内阻高。 量电池的内阻低； （） 常用蓄电池的内阻， 在荷电态 高于 时 是保持不变的； 只是 低于 时， 就很快升高。 （） 不能根据内阻的变化
17、去在线检测蓄电池的荷电态。 参考文献： ， （ ： ） 桂长清， 柳瑞华 密封铅蓄电池电导与容量的关系 电 池， ， ： （ ） 桂长清 动力电池 北京：机械工业出版社， 张 宾， 林成涛， 陈全世 电动汽 车 用 锂 离 子 电池性能 电源技术， ： （ ） 著， 继 强 译 池 手 册 ， 汪 电 北京： 化学工业出版社， 英治波 蓄 电 池 在 不 同 放 电 深 度 下 的 阻 抗 行 为 电源技术， ， ： （ ） 吴伯荣 属 氢 化 物镍 电 池 估 计 的 研 究 金 电源技术， ， ： （ ） 曾利辉 解 液 添 加 剂 对 密 封 锌 镍 电 池 的 影 响 电 源 电 技术， ， ： （） 檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨檨 （ 上接第 页） ， ， ， ： 王兆安， 俊 黄 电力电 子 技 术 北 京： 械 工 业 出 版 机 社， 梁 锦 泽 相 电 压 型 整 流 器 及 其 控 制 策 略 研 究 三 广东工业大学学位论文， 陈 瑶 驱 型 风 力 发 电 系 统 全 功 率 并 网 技 术 的 研 究 直 北京交通大学学位论文，