蓄電池作為直流電源系統(tǒng)的核心組成部分，起著儲(chǔ)備電能,、應(yīng)付電網(wǎng)異常和特殊工作情況,、維持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵作用，是需要高可靠電力保障領(lǐng)域的最后一道防線,。當(dāng)前,，蓄電池在線監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)估逐漸被人們所重視，在電力,、通信等行業(yè)應(yīng)用越來(lái)越廣泛,，然而，蓄電池在線監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)估所采用關(guān)鍵技術(shù)—內(nèi)阻測(cè)量技術(shù),，并不被人們所了解,，還存在模糊的認(rèn)識(shí)。

2,、 蓄電池狀態(tài)在線評(píng)估

目前對(duì)蓄電池（落后）狀態(tài)在線評(píng)估有浮充電壓監(jiān)測(cè)法和蓄電池內(nèi)阻監(jiān)測(cè)法,。

浮充電壓監(jiān)測(cè)法過去曾廣泛采用，但是理論分析和大量實(shí)驗(yàn)證明,，浮充電壓與蓄電池的（落后）狀態(tài)及預(yù)計(jì)使用壽命無(wú)關(guān),，因此現(xiàn)在已不在用于對(duì)蓄電池的狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。

理論分析和大量實(shí)驗(yàn)證明,，蓄電池（落后）狀態(tài)及預(yù)計(jì)使用壽命與其內(nèi)阻具有密切的關(guān)系,，目前國(guó)內(nèi)外使用的蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備及蓄電池狀態(tài)分析設(shè)備都是以蓄電池內(nèi)阻為主要指標(biāo)，結(jié)合蓄電池內(nèi)阻的變化速率及歷史數(shù)據(jù),，建立專家系統(tǒng),，對(duì)蓄電池（落后）狀態(tài)進(jìn)行在線評(píng)估，預(yù)計(jì)其使用壽命,。

電站蓄電池往往采用大容量蓄電池,，其內(nèi)阻極其微小，為幾十到數(shù)百微歐，甚至接頭的緊固的松緊程度都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果不影響,，并且蓄電池在線工作是因?yàn)槌潆娧b置產(chǎn)生一定的紋波干擾,，因而傳統(tǒng)的電阻測(cè)量技術(shù)難以達(dá)到要求，應(yīng)采用微電阻精密測(cè)量技術(shù)進(jìn)行蓄電池內(nèi)阻測(cè)量,，以對(duì)蓄電池內(nèi)阻微歐級(jí)這樣微小的變化做出的反映。

3,、蓄電池的內(nèi)阻模型

圖1（a）為蓄電池簡(jiǎn)化等效電路,，圖中RC1和RC2分別為正負(fù)電極的極化電阻，C1和C2是正負(fù)電極的雙電層電容,，RΩ是蓄電池的歐姆電阻,。圖（a）還可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為（b），圖中R和為蓄電池的極化電阻,，C為兩電極雙電層電容等效值,。蓄電池連接部分主要是歐姆電阻，而電極活性物質(zhì)部分既有歐姆電阻又有極化電阻,。

（1）歐姆電阻：由極板,、匯流排、極柱,、電解液,、隔膜等的電阻組成，它們服從歐姆定律,。

（2）極化電阻：包括濃差極化電阻和電化學(xué)極化電阻,，它們由擴(kuò)散極化電阻、電荷傳遞電阻組成,，是由電極動(dòng)力學(xué)過程和物質(zhì)轉(zhuǎn)移引起,，它們不服從歐姆定律。

濃差極化：電流通過蓄電池后,，引起正負(fù)電極表面附近的電解液濃度變化,，進(jìn)而產(chǎn)生濃極化電動(dòng)勢(shì)η+、η-,，其大小與電流大小,、溫度、電極反應(yīng)速率,、電遷移,、擴(kuò)散速度有關(guān)。

電化學(xué)極化：當(dāng)電流通過蓄電池時(shí),，由于電極過程某一步的遲緩,，阻礙了電極過程的進(jìn)行，使電極電位離開平衡電極電位。其大小與電流大小,、溫度,、電極真實(shí)有效表面積等因素有關(guān)。

4,、影響蓄電池內(nèi)阻的因素

影響蓄電池內(nèi)阻的因素主要有：

（1） 蓄電池的落后程度：隨著蓄電池使用時(shí)間的增加,，由于電池失水、極板及連接條的腐蝕,、極板的硫酸化,、極板的變形及活性物質(zhì)的脫落等因素，造成蓄電池容量減小,，蓄電池的內(nèi)阻逐漸變大,。

（2） 蓄電池的荷電量：同一只蓄電池，放電程度不同,，由于蓄電池電解液深度,、電極表面反應(yīng)物質(zhì)的厚度、電極表面的孔隙率明顯不同,，而使蓄電池的內(nèi)阻差異很大,。放電程度越深，蓄電池的內(nèi)阻越大,。

因而在對(duì)蓄電池落后狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估時(shí),，同一生產(chǎn)廠家同一型號(hào)的蓄電池應(yīng)建立統(tǒng)一的內(nèi)阻標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)將電池充滿電后再進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)量,，對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蓄電池落后狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估,，如果未充滿電，由于無(wú)法區(qū)分是蓄電池落后狀態(tài)引起的內(nèi)阻增加,，還是蓄電池荷電狀態(tài)引起的內(nèi)阻增加,，而使評(píng)估失去意義。

（3） 溫度：隨著溫度的升高,，反應(yīng)物質(zhì)的擴(kuò)散,、電荷傳遞、電極動(dòng)力學(xué)過程和物質(zhì)轉(zhuǎn)移更容易進(jìn)行,，因而蓄電池內(nèi)阻減小,。

（4） 蓄電池的型號(hào)：不同生產(chǎn)廠家、不同種類,、不同型號(hào)的蓄電池,，由于電極、電解液,、隔膜的材料配方不同,、電池的結(jié)構(gòu)不同、裝配工藝不同而使蓄電池內(nèi)阻產(chǎn)生差異。

（5） 測(cè)量信號(hào)頻率：目前許多蓄電池內(nèi)阻測(cè)量實(shí)際上測(cè)的是蓄電池的阻抗,，而蓄電池并非純電阻特性,，還包含電容，因而其阻抗大小和測(cè)量信號(hào)頻率有關(guān),，使蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果不具有客觀性,。

為使蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果具有客觀性，應(yīng)根據(jù)測(cè)量信號(hào)電流和電壓的相位關(guān)系,，用解析的方法去除蓄電池電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,，使測(cè)量結(jié)果和測(cè)量信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，即在任何測(cè)量信號(hào)頻率下,，內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果具有唯一性。

（6） 測(cè)量時(shí)間和測(cè)量電流大?。涸诓捎幂^大測(cè)量電流的情況下,，在施加測(cè)量信號(hào)和關(guān)閉測(cè)量信號(hào)的瞬間，由于極化和建立和穩(wěn)定是個(gè)變化的過程,，不同的測(cè)量電流,，不同的測(cè)量時(shí)間，極化是不同的,，使蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果不具有客觀性,。

為使蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果具有客觀性，應(yīng)盡量用較小的信號(hào)電流進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)量,，根據(jù)實(shí)驗(yàn),，測(cè)量電流應(yīng)≤0.05C10,其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。使內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果與測(cè)量時(shí)間及測(cè)量電流大小無(wú)關(guān),，內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果具有唯一性,。

5、交流放電法蓄電池的內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)

交流放電法蓄電池測(cè)量技術(shù),，是在交流注入法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上的更進(jìn)一步發(fā)展,，該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優(yōu)點(diǎn)。其原理是CPU通過D/A控制智能負(fù)載,，使蓄電池向智能負(fù)載放電,，產(chǎn)生一個(gè)低頻（頻率小于100Hz），幅值約為0.01C10～0.05C10的正弦波交流信號(hào)(有效信號(hào),，頻率為f0,，角速度ω0=2πf0)：I=I0Sin(ω0t)，其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量,。相應(yīng)地,，在電池上產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為：U=U0Sin(ω0t+φ)， 阻抗為：Z(ω)= U0/I0×ejφ。

交流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量原理圖,、測(cè)量信號(hào)波形圖見圖2,、圖3。

（1） MOS管：MOS管的作用是由CPU通過D/A控制MOS管,，使蓄電池向負(fù)載放電,，產(chǎn)生特定頻率的、幅值穩(wěn)定的正弦波激勵(lì)信號(hào),。

（2）多路開關(guān)：多路開關(guān)由CPU控制,，進(jìn)行信號(hào)的切換，以實(shí)現(xiàn)蓄電池組中每節(jié)蓄電池內(nèi)阻的測(cè)量,。

（3）耦合電容：耦合電容作用是隔離直流,，而使交流信號(hào)順利通過。為保證測(cè)量電路的精度,，耦合電容要保證嚴(yán)格的匹配性,。

（4）可編程帶通濾波器：蓄電池在線工作時(shí)，充電裝置紋波電流可能相當(dāng)大,，一些UPS電源的紋波電流有幾安甚至幾十安,，遠(yuǎn)大于測(cè)量信號(hào)，如果不采用濾波,，后級(jí)的放大器將會(huì)飽和,。帶通濾波器的設(shè)計(jì)可以使頻率接近為測(cè)量信號(hào)頻率的信號(hào)可以通過，而其他頻率的信號(hào)不能通過,。這樣后級(jí)的放大器可以將微弱的測(cè)量信號(hào)進(jìn)行有效放大,。

（5）高速同步A/D轉(zhuǎn)換器：該器件為高速同步A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)和電壓信號(hào)的高速同步采樣,，確保電流信號(hào)和電壓信號(hào)的嚴(yán)格的相位關(guān)系前提下,，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

（6）DSP：雖然經(jīng)過前級(jí)的濾波去除了大部分干擾信號(hào),，但仍有相當(dāng)?shù)母蓴_信號(hào)和有效信號(hào)一起被采樣進(jìn)來(lái),，如不進(jìn)行處理，將會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量精度,。由于只有頻率為f0的信號(hào)為有效信號(hào),，利用DSP的數(shù)字運(yùn)算能力，對(duì)采樣信號(hào)用FFT算法分別提取電流,、電壓采樣信號(hào)中頻率為f0的信號(hào)部分進(jìn)行運(yùn)算,。

電流、電壓采樣信號(hào)送入DSP后,，DSP對(duì)信號(hào)進(jìn)行如下處理：

（a） 對(duì)電流和電壓采樣信號(hào)進(jìn)行FFT變換,，分別計(jì)算出電流信號(hào)及電壓 信號(hào)的頻譜分布,；

（b） 分別提取頻率為f0的電流信號(hào)和電壓信號(hào)：

電流信號(hào)：I=I0Sin(ω0t+φ1)

電壓信號(hào)：U=U0Sin(ω0t+φ2)

（c） 計(jì)算蓄電池的阻抗、內(nèi)阻及相位差：

阻抗為：Z(ω)= U0/I0×ejφ,。

相位差為：φ=φ2-φ1

蓄電池內(nèi)阻R=|Z(ω)|×Cosφ

（d） 將結(jié)果送入CPU,，并進(jìn)一步顯示、存貯,，以有進(jìn)行其他分析,。

（7） CPU：采用Philip公司ARM芯片LPC2478，對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行控制管理,，以及和其他設(shè)備進(jìn)行通訊,。

交流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量的特點(diǎn)：

（1） 安全可靠。蓄電池工作主回路不接入任何器件,，測(cè)量回路設(shè)計(jì)有10KΩ限流電阻和保險(xiǎn)管,，測(cè)量回路為高阻設(shè)計(jì)，蓄電池工作回路和測(cè)量回路安全獨(dú)立,，互不影響,，可以在蓄電池在線工作時(shí)更換蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備。

（2） 放電電流小,，對(duì)蓄電池?zé)o損害。放電電流為0.01C10～0.05C10,，不對(duì)蓄電池產(chǎn)生沖擊,，不會(huì)造成柵板變形及活性物質(zhì)脫落，對(duì)蓄電池壽命無(wú)影響,。

（3） 抗干擾性強(qiáng),，適應(yīng)于對(duì)工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。采用可編程帶通濾波器進(jìn)行濾波,，并數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理,，有效地消除了直流充電裝置紋波對(duì)測(cè)量的影響，具有很好的抗干擾性能,，適應(yīng)于對(duì)工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè),。

（4） 測(cè)試精度高，狀態(tài)評(píng)估和奉命預(yù)測(cè)準(zhǔn)確,。帶通濾波器+多級(jí)高精度運(yùn)算放大器+數(shù)字信號(hào)處理,，使蓄電池內(nèi)阻測(cè)試精度遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的直流放電法和交流注入法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)。準(zhǔn)確的蓄電池（老化）狀態(tài)在線評(píng)估及壽命預(yù)測(cè)要求對(duì)蓄電池內(nèi)阻微歐級(jí)這樣微小的變化做出的反映,，蓄電池內(nèi)阻在線測(cè)試精度要在2%以內(nèi),，重復(fù)精度在1%以內(nèi)，目前傳統(tǒng)的直流放電法和交流注入法是無(wú)法達(dá)到的,。

（5） 測(cè)試結(jié)果是蓄電池的真實(shí)內(nèi)阻,，和測(cè)量時(shí)間,、信號(hào)頻率、測(cè)試電流大小無(wú)關(guān),，具有客觀性,，也便于數(shù)據(jù)的橫向比較。