电池组放电下内阻分布 - 蓄电池容量的半荷内阻测量方法

　　在图象处理中，反差大意味着图象“鲜明”，反差小意味着图象“混沌”。同样，就电池检测的目的而言，反差大意味着内阻分布“鲜明”，这必然意味着判别准确率的提高。

　　可以把内阻反差Fcr定义为：

　　Fcr=(Rmax-Rmin)/Rmin(1)

　　式中：Rmax为内阻分布中的最大值;

　　Rmin为内阻分布中的最小值。

　　那么根据图2粗略计算从0%标称放电深度到60%标称放电深度的各点反差数值列于表1，图3为依据表1数据绘出的Fcr单一曲线，其中表1数据和图3曲线都停止于60%标称放电深度，原因是模型组中的600A·h单体已达过放点，其真实荷电率已经等于0%。

　　表1 Fcr逐点计算表

　　图3所示的单一Fcr曲线比内阻曲线族更加直观的反映了放电深度与内阻反差之间的对应规律：当放电深度超过最小真实容量单体的50%(本例已放300A·h)以后，Fcr开始迅速增大，并通常在标称放电深度的50%(已放500A·h)处达到最大值。

　　另外从图3可以看出，若以足够判别使用的Fcr值(例如Fcr=1.0)为边界条件，放电深度的满足范围大大放松，这意味着完全不需要精确控制放电深度;换句话说，在达到一定反差之后，放电深度的大小只影响反差，而不降低准确率。

　　最后从图3还可以看出，增强反差后的Fcr所包括的所有放电深度仍离过放区很远，这是半荷法比容量放电法安全的科学依据。

　　4 半荷内阻法及判别准确率

　　单从放电内阻曲线族出发，至少可以设计出2种新的测试方法。

　　4.1 第一种可称为“内阻计时法”

　　该方法的思路和容量放电法类似，只不过由对电压拐点(即终止电压)的监测计时，改为对内阻拐点的监测计时，由于电压拐点对内阻拐点存在2倍的依存关系，把内阻拐点的计时值简单乘以2，就可方便地推算出真实容量。

　　该方法的优点是：比容量放电法安全，比浮充内阻法准确。

　　该方法的缺点是：

　　1)内阻监测点不易把握，而监测点不准依然会造成误差过大甚至误判;

　　2)仍然需要对内阻拐点进行连续监测和计时，也就是说，需要研制专门的内阻监测计时仪器。

　　以上2个缺点都需要在获取大量实测数据后方可完善，本文不再深入讨论。

　　4.2 第二种是“半荷内阻法”

　　该方法的思路是：在电池组粗略地执行半荷放电后，对各单体电池作普通巡采，再依内阻大小作出判断。

　　从测试流程来看，半荷内阻法仅仅增加了半荷放电，其他操作方法和要求与浮充内阻法完全相同。以下分析是哪些因素提高了半荷内阻法的判别准确率：

　　1)加大了内阻反差增强后的反差使检测更加容易，也使判读更加可信。可形象地把半荷放电理解为胶片照相技术中的“显影”过程，显然，充分显影的照片图象最清晰。

　　2)对内阻有效排序反差小还不算致命弱点，适当提高仪表分辨能力就可以克服;但浮充内阻客观存在的部分无序性，是造成混乱和误判的根源，这种缺陷无法靠简单提高仪表的分辨能力来弥补。半荷放电使内阻值正确排序，有效纠正浮充内阻的初期无序性，是提高判别准确率的关键因素。

　　3)与真实容量紧密挂钩蓄电池维护专业最最关心的是蓄电池的真实容量，越能反映真实容量的方法越可靠。浮充内阻与真实容量的关系可概括为：“高度相关但确有例外”，其判别准确率欠佳很容易理解。而内阻拐点客观存在于真实容量的50%点，已经最大限度地与真实容量挂钩。应该说，正确排序及与真实容量的直接挂钩这二点成为半荷内阻法最诱人之处。

　　4)减小非化学内阻的影响电池等效内阻是所有电化学内阻和非化学内阻的等效总和，非化学内阻也携带有重要信息(如内汇流条融焊缺陷、或腐蚀裂缝等)，却和真实容量无关，由此对正确提取容量信息造成很大困难，这也是浮充内阻形成初期无序性的主要根源。在现有仪表尚不能分离不同内阻的客观前提下，半荷放电可显著改善电化学内阻对非化学内阻的比例关系，这点对提高判别准确率有重要贡献。

　　半荷内阻法在本质上仅仅是把测试工作点由浮充满荷点改变到半荷点，这个在选择工作点上的一小步改进，带来以上4点很实惠的指标改善，最终获得判别准确率上的一大飞跃。

　　从国内外大量实测数据看，无论采用哪种原理或哪家仪表，浮充内阻法的单体准确率普遍停留在90%左右难以突破，加上单节误判须算全组误判的行业判则(木桶判则)，整组准确率一般也就在80%左右，考虑到后备蓄电池组的重要性，这样的准确率难以信赖应属正常合理。

　　半荷内阻法恰倒好处地纠正了这约20%的误判，实现了长期苦苦追寻的、达到或超过容量放电法准确率的目标。以上结论已有初步实验验证。

　　5 半荷内阻法实用关键问题探讨

　　半荷内阻法进入实用以前，明显还有许多实际问题需要探讨解决。

　　5.1 适用约束条件

　　半荷内阻法很自然的要求以下约束条件：

　　1)正常而规范运行的蓄电池组，包括符合安装规范和维护规范;

　　2)保证放电起始点为充分浮充以确保满电;

　　3)内阻仪表具有够用的测量精度和良好的在线抗

　　干扰能力;

　　4)有另外的辅助监测手段(如电压)以预防单体过放。

　　这些约束条件完全与正常的维护规范相一致，并无特别之处。强调约束条件无非是想提请注意：任何超越以上条件的测试，都可能超越半荷法的适用范围，产生与本文不符的未知结果。

　　5.2 放电深度的选择

　　可以追求最大反差(准确率最可信)的目标，也可以追求最小放电深度(测试时间最短)的目标，关键是满足维护需求和不断总结完善。刻意追求放电深度为零,甚至固执到认为只要放电就没有新价值的思维方式都极不科学。

　　在此，需要理性地思考“与真实容量挂钩”的真正含义：在真实容量为未知数的条件下，不放电等于不挂钩，也就是说必须靠多少放出一些电量才能构建二者的函数关系，在计算公式中才能出现真实容量的数学因子。

　　更不应该以半荷法离不开放电的理由而忽视与容量放电法的本质区别：容量放电法在理论上要求把至少一节蓄电池放电到过放临界点，已经有损蓄电池组安全;而半荷放电法在理论上总是远离过放危险区，还可保留部分电量以备不时之需。