TROJAN蓄电池内阻测试法的应用研究

TROJAN蓄电池内阻测试法的应用研究

TROJAN蓄电池和对性放电实验常常用来对TROJAN蓄电池的健康状况进行检查，是一种检测TROJAN蓄电池健康水平和工作状况的有效手段，但存在着很多缺点和隐患[1]。

小儿腹股沟斜疝是小儿外科常见病、多发病由于患儿哭闹或者其他原因使腹腔内压力增大,肿块渐渐增大。其病因有先天性的和后天性的,鞘状突未闭或未完全闭合是先天性的,腹壁薄弱缺损则是后天因素,如不及时处理,可以引起肠坏死,严重者危及患儿的生命[3]。1岁以上的自愈可能非常小,建议早期手术好[4-5]。

需对TROJAN蓄电池进行长时间放电且存在较大风险，电池组在充电过程中产生的化学能以热能形式浪费且效率较低；进行核对性放电试验时首先应以保障城市供电为前提，其次必须要有备用电池组。目前核对性放电只允许对整组电池容量进行测量而不能单独测量每节电池的容量，通常选取容量最低单节电池的容量作为整组的标准，但是该组内其它电池由于放电不充分无法检测到其损坏状况；有损TROJAN蓄电池的容量。因为TROJAN蓄电池内部不存在完全可逆的电化学反应，每个可逆循环必然存在内部介质的损耗，因而全深度循环放电存在次数限制，不宜进行频繁的深放电；测量数据有时不可靠。由于要避免频繁放电对TROJAN蓄电池造成的损害，但如延长放电间隔时间，那么两次核对之间TROJAN蓄电池的状态是不确定的。另外当电池容量下降到80%以下后，TROJAN蓄电池的各项性能急速下降，而在下次测量进行之前该电池组一直维持重大事故隐患。

通过己有的大量试验结果得出：随着蓄电池容量的衰减，其内阻值逐渐增加，也即TROJAN蓄电池在使用过程中不断老化、容量不断降低的同时，其内阻持续增大[2]。由该结论进行推导，基于蓄电池内阻值的变换曲线可精准识别大量电池中出现老化失效的电池。通过对单节电池的内阻改变状况进行实时测量，可实时监测蓄电池的健康状态，进而对TROJAN蓄电池进行精确保养和检修。

1 蓄电化内阻的影响因素[3]

TROJAN蓄电池的使用时间。TROJAN蓄电池在充放电状态下，其内部的物质将依次失去水分、板栅将逐渐被侵蚀。如TROJAN蓄电池处于长期过度放电状态，其极板将出现物理形变，进而导致整个电池的容量下降，内阻渐次变大。

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TROJAN蓄电池的电荷量。因为不同TROJAN蓄电池的电解液、电极表面活性、电极空隙等有着巨大差异，所以导致TROJAN蓄电池内阻千差万别。在实际运用过程中，不同TROJAN蓄电池的载荷量也存在着巨大的差异。

环境湿度。外界温度的升高会使电池内部反应物的扩散速度加快，电荷输运速率加快、电化学反应和物质迁移更容易发生，从而导致TROJAN蓄电池的内阻降低。反之，环境温度的降低则会导致TROJAN蓄电池的内阻升高。

TROJAN蓄电池的型号。因为TROJAN蓄电池是由不同厂家制作而成，不同的TROJAN蓄电池有着不同的型号、类别，其所应用的结构、材质等均存在巨大差异，因此蓄电池型号对TROJAN蓄电池内阻影响巨大。

测量信号频率。当今大多数TROJAN蓄电池内阻检测技术本质上测量的都是TROJAN蓄电池的阻抗，而阻抗中包含了电池的容抗，容抗的值与测量信号的频率相关，导致了蓄电池内阻检测数据不具备准确性。若寻求准确的结果，应根据测量信号的电压和电流的相位关系，排除掉TROJAN蓄电池电容值对测量数据的干扰，使得检测数据同测量信号频率不呈现相关性，即在任意频率的测量信号作用下内阻测量结果具有唯一性。

2 蓄电化内阻测试方法

2.1 .动态大电流冲击负载放电法

电池两端通过电线连接放电负荷，基于所得到的电压变化量和电流变化量可推算出电池的内阻数据，计算公式为：内阻=(TROJAN蓄电池电动势-TROJAN蓄电池电压)/放电电流。其中TROJAN蓄电池电动势指TROJAN蓄电池空载时的开路电压，TROJAN蓄电池电压指TROJAN蓄电池蓄电池接入负荷后整个闭合回路的电压[4]。

图1 动态大电流冲击负载放电法

特点：TROJAN蓄电池从浮充状态切换到放电状态，不同的浮充电压差值完全不同，具有较大的不稳定性和较大的离散性；放电时间的长短影响电压的取值。由于放电时电压发生持续改变，必须选取电压基本保持平稳的阶段，从而获得电压改变幅值。因而实际测试时，该手段测得数据基本没有重复性；只能进行离线测试、不能在线测试，因而无法应用于单组电池；为获得放电曲线一般采用较大电流，如100A上，对电池造成的损坏较大。

2.2 直流瞬间大电流放电法

核心思想是基于先进的零瞬间技术，结合TROJAN蓄电池和所接负载断开后电动势立刻恢复的机制，在将负载接入后打开开关的瞬间读取标记数据（主要包括开路电压差和电流差），能够实现精准测量TROJAN蓄电池内阻的目的。测量时瞬时电流通常非常大，在50～80A上下。优点是测试准确、精度高、可靠性高、测量结果一致；缺点是由于测量时电路中流过电流较大，必须保证负载与TROJAN蓄电池可靠连接，防止接触不良产生电弧，造成事故[5]。

2.3 直流小电流放电法

将待测TROJAN蓄电池和串联电阻构成简单电路回路，通过分析电流在TROJAN蓄电池内阻和串联内阻所消耗的电能，得出两者的比值，进而巧妙地推算出TROJAN蓄电池的内阻。这种方法抗干扰性、重复精度、实时性和安全性都达到该领域的领先水平，具有其他方法不可匹敌的优点。采用这种测量法，由于其数字化传输和模块化结构的特点，使得在构建测试系统时非常灵活、易于功能扩充，便于推广应用。

1.4 杂交条件优化 分别设置不同杂交温度和不同杂交后洗涤条件进行杂交条件优化。杂交温度：A1 为 48 ℃，A2 为 53 ℃，A3 为 56 ℃。杂交后洗涤条件：B1 为 65 ℃ 下用洗涤缓冲液Ⅲ洗涤6 min，再用 PBS 洗涤 1 min；B2 为室温下分别用洗涤缓冲液Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各洗涤 5 min，再用 PBS洗涤 1 min；B3 为用洗涤缓冲液Ⅲ分别在 4 ℃ 和65 ℃ 下各洗涤 6 min，再用 PBS 洗涤 1 min。

3 测量蓄电池内阻实验对比

横向比较的方法为当今较主流的手段，先求出TROJAN蓄电池组的平均电阻值，再挨个进巧对比，如发现内阻较高的电池，再对其进行核对性放电来检测该电池是否存在故障。

图2 电池内阻的横向比较

图3 电池内阻的纵向比较

对于一组容量能达到100%的TROJAN蓄电池组来说，每节电池的内阻并不相同，内阻最低和最高的电池可相差很多倍，但对内阻较高电池做容量核对时，却检测到容量仍能达到100%。这些内阻的差异是由加工方式和生产过程等方面的偏差造成的。因此通过进行横向比较不能准确检测电池的容量。

本文所研究的内阻测量系统应用了纵向比较的手段，分别在不同的时间内测量同一个电池的内阻，并将结果进行分析对比，取100%容量时测到的内阻为基准值，如测得内阻值大于基准值的50%时，可确定电池容量低于80%；而测得内阻值大于基准值的30～50%时，认定其处在临界状态，需进行活化或进一步确认其状态，该手段在工作测量中被证实可靠且有效。