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阀控铜酸蓄电池的监控和故障预测<2>
4通过监测单体（单元）电池内阻预测电池故障
通过监测单体（单元）电池内阻预测电池故障是一个可以替代频繁放电试验的非常可
靠的方法。需要说明的是：单体电池的内阻与其容量有关，因此可以用来检测电池放电时
的性能；单体电池的内阻与其容量的关系不是线性的，因此单体电池的内阻不能用来直接
表示电池准确的容量，但可以作为电池性能好坏的指示信号。大量实验结果表明，如果单
体电池的内阻增加超过某个经验数据，这个电池就不能放出应有的容量了。据此可以检查
出故障电池。
4.1电池内阻的测量
电池内阻可以采用交流法或直流法测量。
用交流法测量电池内阻时，将一个交流测试信号加在电池上，然后测量流过电池的电
流（I）和该电流在电池两端产生的交流电压降（V），由此可以导出阻抗见（V／I）。由
于交流信号频率一般都选择得可以忽略电容的影响，测得的数据实际上就是电阻。交流法
的缺点是易受充电器纹波和其它噪声源的影响。但是如果选择适当的测试频率，并采用有
效的滤波器，还是可以避免电源纹波和其它噪声的影响的。交流法的优点是不需要电池放
电，可以方便地进行反复测量。用直流法测量电池内阻时，电池需瞬时放电，然后测量电
池端电压在放电过程中的瞬时变化和放电电流值，据此导出阻抗值。
4．2电池内阻和电池故障机理
参考“阀控铅酸蓄电池的主要故障机理”的讨论和进一步分析，很容易得出阀控铅酸
蓄电池的主要故障机理与电池内阻的关系。
（1）腐蚀
正极板栅和负极连接条的腐蚀都会使电池的金属通道减少，金属电阻尼增大，因此，
电池内阻增大。
（2）板栅增长
板栅增长与腐蚀和电池的老化有关，板栅增长会使有效物质（涂膏）与板栅松动，同
样导致金属电阻R增大，因此，电池内阻增大。
（3）硫（酸盐）化
由于一部分有效物质转化为硫酸铅，徐膏的电阻增大，因此电池内阻增大。
（4）干枯
干枯是阀控铅酸蓄电池所特有最严重的故障，干枯将使相邻板栅间的导电通道电阻增
大，最终将完全断开。
（5）生产制造的缺陷
电池制造方面的缺陷，例如焊接和涂膏等方面的问题也会引起较高的金属电阻和电池
容量的下降。
以上分析表明，阀控铅酸蓄电池的各类故障部会引起电池内阻的增加。因此，根据电
池内阻的变化可以检测出影响电池性能的所有问题。这些问题可以分为金属电阻和电化学
电阻两类问题。金属电阻问题不但可能引起电池容量的减少，还会造成电池端电压迅速下
降，甚至造成供电中断，对电池性能的影响最严重。电化学电阻问题也会使电池容量减少，
但由于电化学电阻只占电池内阻的一小部分，当电化学电阻变得很大时才会显著地影响电
池性能。曲线1是具有100％容量的“健康”电池的放电曲线，放电开始时，由于放电电流
在电池内阻上产生压降，电池端电压从开路电压突然降低到较低的数值，接着经历了电压
衰减和恢复过程，稳定后电压缓慢下降。当电压下降到终止电压时，放出了100％的容量。
曲线2是金属电阻较高的同型号电池以相同放电率放电的放电曲线，曲线2从放电开始就比
曲线1低并一直持续到放电终止，图中清楚地表明由于金属电阻引起的电池容量的下降。曲
线3是具有电化学电阻问题的电池的放电曲线，在放电初期，由于电化学电阻引起的容量下
降不那么明显，随着放电的继续，容量的下降就显著增加。从图中可以看出，无论存在金
属电阻问题或电化学电阻问题电池，当其端电压下降到终止电压时，放出的容量都没有达
到100％，电池内阻和／或放电电流越大，电池的额定容量与实际容量的差值越大。
4.3电池老化和电池内阻
电池内阻的大小也表示电池老化的程度，电池老化过程与构成电池的材料和部件在电
池设计条件下损坏的速率有关。固定型阀控铅酸蓄电池寿命都规定为在环境温度25℃。浮
充条件下的使用年限或以规定的放电深度放电的循环次数。电池进人寿命终止的自然过程
是非常缓慢的板栅和连接条的腐蚀、涂膏与极板结合的松动以及电解液的干枯的过程。电
池老化过程的标志是电池内阻的增加和电池容量的降低，当电池的实际容量降低到额定容
量的80％以下时，其老化速度将迅速增加，电池就不能使用了，即电池寿命终止。电池寿
命终止时的内阻值一般比初始值增加25％左右，但有的也可能增加50%。
4.4电池温度和电池内阻
当电池温度升高时，电解液的活动加强，故电池内阻减少；当电池温度降低时，电解
液的活动减弱，故电池内阻增大。大量试验数据表明，当温度较低时（25℃以下），电池
内阻随温度变化显著；当温度较高时（25℃以上），电池内阻随温度变化缓慢。
因此，如需要在标准温度下的电池内阻值，应对测得的电池内阻进行温度修正。
工作于浮充方式的阀控铅酸蓄电池，温度升高时，由于内阻的减小，其浮充电流增大，
导电元件的腐蚀加剧，因而寿命减少。另一方面，当温度很低时，由于内阻的增大，电池
就不能对负载放出能量。所以，阀控铅酸蓄电池的温度和环境温度的监测是十分必要的。
还必须对充电电压进行温度补偿，以避免高温下的过充和低温下的欠充。
4.5电池充电状态与电池内阻
电地处于不同的充电状态时其内阻值不同，满充电时内阻最小，放电到终止电压时内
阻最大。充电过程中内阻逐渐减小放电过程中内阻逐渐增大。故障电池充电时内阻减小的
速度较“健康”电池慢；放电时内阻增大的速度较“健康”电池快。
4.6电池浮充电压和电池内阻
大量单体电池故障现象表明，单体电池故障时，其内阻增大，浮充电压上升。但内阻
增大和充电压上升不是同时发生的。内阻增大发生在浮充电压上升前很长一段时间。当内
阻增加值大于基准值的60％以上时，浮充电压才开始上升。电池内阻从正常值变化到比基
准值大60％，一般要经历相当长的时间（例如几个月或更长）。如下文所述，内阻增大25％
就说明电池已有严重故障，而此时浮充电压仍保持正常状态。由此可见，利用内阻检测电
池故障可以较早地发现电池故障，而通过浮充电压检测故障可能会出现误差。
4.7阀控铅酸蓄电池的维护测试要求和内阻测试周期
根据IEEE－1188－1996，阀控铅酸蓄电池的日常维护测试应包括以下内容：
（1）每月测系统授充电压、充电电流、温度并进行电池外观检查。
（2）每季测系统浮充电压、充电电流、温度和单体电池内阻并进行电池外观检查。
（3）每半年测系统浮充电压、充电电流、温度、单体电池内阻和单体电池电压并进行
电池外观检查。
（4）每年和初始安装时测系统浮充电压、充电电流、温度、单体电池内阻、单体电池
电压和各单体电池之间连接电阻、整个电池组所有连接电阻并进行电池外观检查。
该标准明确规定了单体电池内阻测试应至少每个季度进行一次。这是因为阀控铅酸蓄
电池既不能进行电解液比重检查又不能对电池内部构件进行直观检查，需要进行较频繁的
测试。
4.8根据电池内阻判断电池故障
（1）电池内阻基准值
电池内阻基准值是用来衡量电池内阻变化的参考值。电池内阻基准值可以采用“初始
值”或“平均值”。
“初始值”是在新电池安装后验收时对每个单体（单元）电池进行内阻测量所得到的
电池内阻值。由于“初始值”是在一定的环境温度下测得的，投入运行的电池，其内阻的
测量也应在相同温度下进行，以便与“初始值”比较。因此，“初始值”适用于温度比较
稳定的应用环境。
“平均值”是指进行单体（单元）电池内阻测量时电池组中所有单体（单元）电池的
内阻的平均值。衡量电池内阻时，如果将测得的每个单体（单元）电池内阻与“平均值”
相比较，得出的结果可以消除湿度对内阻的影响。
（2）判断电池故障的依据
根据前面关于影响电池内阻的因素的讨论可知，阀控铅酸蓄电池除非在充放电时，其
内阻的变化不是很快，故内阻的增大可以反映电池容量和性能下降的程度。一般说来，当
单体（单元）电池浮充时的内阻值比基准值（“初始值”或“平均值”）增大25%以上时，
这个电池就可以判断为故障电池。至于温度对内阻的影响，如果采用“平均值”作为比较
的基准是可以消除的。
（3）故障电池的处理
当某个单体（单元）电池内阻的数值预示该电池有潜在的故障时，可以采取以下措施
之一：
·检查这个电池的连接，必要时拧紧连接螺丝。如果连接
正常，单独给这个电池充电。如果没有改善，更换这个电
池。
·对这个单体（单元）电池进行容量试验，再根据试验结果
决定是否更换这个电池。如果其容量小于80％额定容量
立即更换这个电池。否则还可以使用一段时间。
·对这个电池所在的整组电池进行容量试验，更换其中实
际容量小于80％额定容量的所有的电池。如果这组电池
中有多个电池的容量达不到80％额定容量，也可考虑更
换整组电池。
究竟采取哪一种措施，取决于系统可靠性和经济方面的考虑。如果主要考虑可靠性，应
选择第三种措施。第一种措施是最经济的处理措施，适用于较小的应用系统以及采用短寿命
的阀控铅酸蓄电池的应用系统。无论采用哪种措施，都可以在造成备用电源系统故障以前处
理好故障电池，因而可以保证备用电源系统永远安全可靠地供电。
摘自《电信科学》
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