蓄电池内阻解析以及相关测试方案：电池测试仪METRACELL BT

蓄电池内阻解析以及相关测试方案：蓄电池内阻测试仪METRACELL BT PRO

一、铅酸电池的兰德尔斯电路模型（Randles-Model）

兰德尔斯电路模型（Randles-Model）是电化学和电化学阻抗领域最被认可的等效电路。电池具有电阻，电容和电感，电感通常被省略，因为它在电池中的作用可以忽略不计，特别是在低频时。浸入电解质中的电极的简单模型只是欧姆电阻Rel与双层电容Cd的串联组合。如果正在发生法拉第反应^*1，那么：该反应与双层的电荷并行发生——因此与法拉第反应相关的电荷转移电阻Rct与Cd并联。以下是铅酸电池的兰德尔斯电路模型（Randles-Model）：

Rel: 电阻、AC电阻，包括 :

    Re: 电解质的电阻

       Rm: 金属部分的电阻(端子、端子连接部分、网格等)

       →为电池电解液和极板构成的主动极化阻抗，显示出可能的腐蚀和结晶

Rct: 电荷转移电阻

→为电池将化学能转化为电能的过程中产生的电荷传递电阻

→描述了阈值电极/电解质处的电阻

       → Rct在很大程度上依赖于活性板的结构和当前状态

L: 电感部分

→和电池诊断没有相关性

Cd: 双层容量

蓄电池内阻测试仪METRACELL BT PRO

注释：

*1：电极反应包含两个重要的过程：法拉第过程和非法拉第过程。其中法拉第过程包含在电极上有两种过程发生。一种反应中, 电荷(例如电子) 在金属-溶液界面上转移。电子转移引起氧化或还原反应发生。由于这些反应遵守法拉第定律(即因电流通过引起的化学反应的量与所通过的电量成正比), 所以它们称为法拉第过程(Faradaic processes)。即法拉第反应，通常也叫电化学反应。发生法拉第过程的电极有时称为电荷转移电极(charge transfer electrodes)。

二、内阻是铅酸电池性能的重要指标

内阻提供有关电池的宝贵信息，因为电池状态的重要标志之一就是它的内阻，不同类型的电池内阻不同。电池内阻是指电池在工作时，电流流过电池内部所受到的阻力。相同类型的电池，由于内部化学特性的不一致，内阻也不一样。正常情况下，内阻小的电池放电能力强，内阻大的电池放电能力弱。如上述兰德尔斯电路模型，由欧姆内阻与电荷转移内阻两部分组成。电池内阻大，会导致电池放电工作电压降低，放电时间缩短。无论是电池即将失效、容量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量电池内阻，对其工作状态进行评估。服务人员可以定期对每个电池单元或整体进行检测并记录数据，然后随着电池单元的老化观察到电池运行过程中细微的变化。-UPS电池检测工具

在蓄电池内部的化学反应过程中，其实质就是极板上的活性物质和稀硫酸电解液发生的电化学反应，产生电流。在这个电化学反应过程中，经常伴随着一种学名叫“硫酸盐化的"负反应，也就是铅和硫酸生成了一种硫酸铅，这种硫酸铅是一种绝缘体，它的形成必将对电池的充放电产生极不好的影响，因为在负极板上形成的硫酸盐越多，电池的内阻越大，电池的可充放电性能越差，负极板上吸收不了正极产生的气体，久而久之电池失效。

三、如何测量电池内阻？-UPS电池检测工具

使用交流信号和短放电脉冲测量电池块的内部电阻；这种测量方法可以洞察电池内部组件的状况，更为接近于实际电池的情况。交流注入测内阻法：将1kHz左右的交流电流注入电池，并测试电压变化，后利用欧姆定律测得Rel+Rct。电荷传递电阻Rct代表了电池化学反应能力，是评估电池劣化的重要指标。

UPS电池检测工具

1、使用德国GMC-I蓄电池测试仪METRACELL BT PRO测试蓄电池内阻：

铅酸电池阻抗分析仪

使用电阻测量功能测量电池组的电压和内阻；

1. AC-电阻 (Rel) = Re + Rm    →测量并显示在仪表上

2. DC-电阻 = Re + Rm + Rct    →测量

Rct = DC-电阻 – AC-电阻   →计算并显示在仪表上

*测量以4线测量方式执行，并使用开尔文探头来补偿电缆电阻。

 *可选配弯头的测试探头

铅酸电池阻抗分析仪METRACELL BT PRO*的内阻测量功能，可同时测量和显示“电极电阻Rel"和“电荷转移电阻Rct"，从而对电池性能进行更细致的评估：

• “电极电阻Rel"严格表示电气损耗。例如，这些损耗发生在板带、板栅和电解质处。 电池通过该电阻提供快速变化的电流，例如用于开关模式 DC/DC 转换器。

• “电荷转移电阻Rct"用于表征电池组积累和释放电荷的能力。从而可以识别处于浮充亏损状态的电池组。

2、使用BT PRO Manager管理和评估测试结果

根据历史数据（比较值）估算电池 SoH（健康状态）；

单个数据本身不足以做出电池性能判定，关键是根据趋势判断。

铅酸电池阻抗分析仪

• 在电池安装调试过程中测量内阻 → 这些值可作为参考值

• 这些值需要保存起来           → 建立起具有清单化测试对象的数据库

• 比较这些数值                 → 未来的测量结果可以显示内阻的上升变化曲线