蓄电池内阻的检测技术
1. 直流法测量蓄电池欧姆内阻
对平板式单电极而言，当有阶跃电流i流过时，其电压就会随时间t而变化，当t＞5× 10-5s时，电压变化η可用下式表示。
式中，Cd为电极附近双电层电容值；i0为交换电流密度；RΩ为电极欧姆内阻；N、R、T、F、n均为常数。
式（4-4）等号右边的第1项i×RΩ表示电极欧姆内阻引起的电压变化，它与时间无关；第2项表示浓差极化随时间的变化；第3项表示因给电极附近的双电层电容充电引起的电压变化，在t趋于0时，其值也趋于0；第4项表示电极反应的电化学极化，铅蓄电池的i0较大，则1/i0必然很小。由此可知，当t趋于0时，η趋于i×RΩ。
由此看来，在蓄电池中有阶跃电流i流过时，电压就要发生变化；只要测出t趋于0时蓄电池电压的变化ΔU，就可以算出蓄电池的欧姆内阻。试验结果表明，当蓄电池以恒电流I放电时，测出其在0.5～1ms内电压的变化ΔU1，则由RΩ=ΔU1/I即可算出蓄电池的欧姆内阻。
目前，在一些部门使用的蓄电池电导测试仪，其测试原理与此相似。它将已知频率（大约为10Hz）和幅度的电压加在单体蓄电池的端子上，观察相应的电流输出，用此法测取蓄电池的电导（或电阻）。由于其频率较低，信号持续时间较长（100ms），则测得的电阻中既含有欧姆内阻又含有变化着的浓差极化内阻（此时活化极化内阻忽略了）。
2.交流法测量蓄电池内阻
由于蓄电池中的电极是多孔性的，而且又是多片电极紧密并联在一起的，它的交流阻抗等效电路极其复杂，至今尚无法从理论上精确地解决，只能根据在平板电极上得到的理论分析结果近似地处理蓄电池中的多孔性电极问题。当蓄电池中有恒定电流流过时，其端电压是随时间而变化的，不同时刻测得的电压变化中包含了不同的成分，因而用交流法测量的蓄电池内阻是随交流信号的频率而变化的。过去也曾用交流阻抗法测蓄电池内阻，但均得不出准确的结果，其主要原因是无法建立准确的等效电路，并且受外来噪声的干扰比较严重。
当采用交流法测量蓄电池内阻时，交流信号频率范围为0.5Hz～10kHz。虽然蓄电池阻抗模与频率的对数之间没有严格的线性关系，但在高频区（1～10kHz）变化较小，于是取此时的阻抗模作为蓄电池内阻。目前使用的蓄电池电导测试仪，是将已知频率（10Hz）和幅值（1V）的正弦交流电压加在蓄电池的两极柱上，然后测量与电压相位相同的电流值，由此算出蓄电池的电导（或内阻）。虽然从理论上说，加在纯电阻负载上的正弦交流电压和电流是同相位的，即用电导测试仪测得的蓄电池电导是内阻的倒数，但实际测得的结果却与交流电的频率有关，这是由于所用的交流电频率较低，信号周期时间长达100ms，所测得的电阻中既含有金属电阻，又含有电化学电阻。因此，用电导测试仪测得的蓄电池电导的含义不够明确，它既包含了蓄电池的金属电阻的影响，又包含了电化学电阻的影响；其次，从所测得的电导来看，小于2500Ah蓄电池的内阻在毫欧级，测试过程中接触电阻引入的误差接近毫欧级，严重干扰了测试结果。
3.Cellcorder蓄电池多用测试仪的工作原理
Cellcorder蓄电池多用测试仪的工作原理与直流法测量蓄电池欧姆内阻的工作原理是相同的，其特点是能更快、更精确地测量。它应用现代微处理器和固态电路控制技术，整个测试过程都是在微处理器的控制下完成的。它在正常的测试时段内提供快速、准确的数据，并判断读数是否有效，然后对结果进行存储记录。
测量蓄电池内阻原理图如图4-2所示。在图4-2中给出了蓄电池负载放电过程中蓄电池端电压与电流之间的关系曲线。蓄电池在负载接通时，其内阻会造成瞬间电压降。经过3～4s后，负载放电电流达到一个稳定值，在关断负载放电电流前的瞬间，测量此时的稳定电流值I和电压值U1。在负载电流关断后，蓄电池端电压又会恢复升高。Cellcorder蓄电池多用测试仪能读取负载电流关断前和关断后瞬间的蓄电池端电压U1、U2，从而简单地得出Rn=ΔU/I=（U2-U1）/I。
负载放电瞬间测试是Cellcorder蓄电池多用测试仪有别于目前市场上的其他蓄电池电导（内阻）测试仪的关键特点，并能提供令用户信服的数据。Cellcorder蓄电池多用测试仪的负载放电电流为20～70A，放电时间很短，对于额定容量小于1000Ah的蓄电池，只有3～4s；而对于更大容量的蓄电池，放电时间也只接近10s。为了证实短时间大电流的影响和安全性，进行了下面的试验。
一根绝缘导线（AWG20#27英寸长）流过Cellcorder蓄电池多用测试仪的测试电流（20～70A）没有造成损坏和明显的发热。在实际测试开始的毫秒级的时间内，Cellcorder蓄电池多用测试仪便能感应到放电电流。如果蓄电池的内阻很大，则放电电流会很小，放电将被仪器立即终止。因此，负载放电测试，对带有腐蚀的内部导体的蓄电池来说，除了在内部导体上造成特殊烧蚀外，不会产生更严重的损坏。经过上万次蓄电池测试试验，Cellcorder蓄电池多用测试仪的负载放电测试不会造成蓄电池开路。
Cellcorder蓄电池多用测试仪由于采用了直流技术，所以它可以准确地重复测量在线蓄电池的内阻，具有更高精度（分辨率为1μΩ）和较高的重复精度（±5%）。纹波电流、50/60Hz干扰电磁场、噪声及正常的浮充电流都不会对仪器读数产生影响。
Cellcorder蓄电池多用测试仪可以对在线浮充状况、开路甚至部分放电情况下的蓄电池进行测试。它通过定期精确测量蓄电池的电压、内阻，形成数据文件，应用其蓄电池内阻变化趋势分析软件，对定期测量的蓄电池内阻历史数据进行变化趋势分析，或者与蓄电池在100%容量时的内阻值（基准值）进行比较，可以判断和预测蓄电池的性能。蓄电池内阻的变化为蓄电池的老化提供了相关信息。蓄电池的老化过程取决于设计的材料和结构退化的速度。例如，正常的蓄电池寿命是指在温度为25℃及在特殊的浮充条件和规定放电深度与频率情况下的寿命。蓄电池传导路径的缓慢腐蚀、极板上活性物质的脱落、板栅的变形及蓄电池电解液的挥发，所有这些自然过程都促使了蓄电池寿命的终结。内阻的增大和容量的减小都是蓄电池老化过程的标志。一般，当蓄电池的实际容量小于80%时，蓄电池性能会急速下降，建议更换该蓄电池。在正常情况下，蓄电池的内阻增大是很缓慢的，但是当蓄电池的寿命快结束时，内阻会快速增大。报废蓄电池的内阻一般比正常的蓄电池内阻基准值高25%，有些甚至高出50%。
蓄电池测试专家们希望得到蓄电池在100%和80%容量时内阻数据的基准值，以确定蓄电池所处的状况。基准值取得的最佳时机是在蓄电池的安装工作完成后，对蓄电池进行验收时进行容量测试并测定内阻。此时的结果应是非常一致的，这些数据应保存起来作为基准值或IEEE/ANSIP-1188中的基准。以后测量到的内阻数据与基准值进行比较，然后再决定维护还是更换该蓄电池。另一个获取基准值数据的方法，是在对同期同型号的蓄电池测定完容量后，再取得同型号不同时期蓄电池的数据，然后，根据时间推移，积累出报废或80%容量蓄电池的相关数据。
蓄电池实际内阻测试技术
（1）蓄电池实际内阻
蓄电池实际内阻由金属电阻和电化学电阻组成。内阻增大导致铅酸蓄电池性能退化。容量与内阻的关系曲线是一条近似曲线（并不是一个简单的直线关系，而是一个相当复杂的非线性函数关系），如图4-3所示。
典型的100%容量蓄电池的放电曲线如图4-4所示。内阻增大对蓄电池容量有着负面的影响，蓄电池内阻的功耗为I2×Rn。这部分能量没有得以真正利用，所以造成了实际容量的减小。在放电过程中，蓄电池容量减小与蓄电池内部金属电阻、电化学电阻变化的依赖关系是不同的。
① 金属电阻。报废蓄电池的反常内阻是由蓄电池的极柱、内部的汇流排、板栅的化学腐蚀和焊接质量、铸铅质量低劣造成的，这在蓄电池产品测试时是很容易检测出来的。从图4-5中可以清楚地看到由于大金属电阻而造成的蓄电池容量的损耗。极柱上输出电压从放电开始到结束一直降低。
② 电化学电阻。涂层、电解质和隔板组成了蓄电池内阻中的电化学部分。蓄电池长期使用造成的活性物质减少、涂层老化、阀控蓄电池电解液比重的变化，以及隔板成分或其表面的化学构成的改变，阀控蓄电池电解液的干涸，都使电化学电阻增大。图4-6说明了蓄电池的电化学电阻特性。除非蓄电池进行过度放电，否则，它的容量不会有明显减小。
金属电阻和电化学电阻构成了蓄电池实际内阻，内阻的增大导致蓄电池实际容量的减小。因此，通过采用专用测试仪器对蓄电池内阻进行测试，可评价蓄电池的优劣，估算蓄电池的剩余容量。
（2）蓄电池实际内阻测试方法的原理
ALBERCORP的专利技术（U.S.PATENTNO：5，744，962）测试蓄电池实际内阻的原理是：测出蓄电池对负载放电（70A左右）的电压降和断开负载时的瞬间电压恢复，再测出蓄电池极柱上此电压和电流的瞬间变化，便可推导出相应蓄电池实际内阻。内阻测试公式为
式中，U1为蓄电池瞬间电流对负载放电的电压值；U2为断开负载时的瞬间恢复的电压值；I为瞬间对负载放电电流。由于采用快速的采样速度完全能准确地采集U1、U2、I，并即时计算，A/D转换器能在有效地测量直流参数的同时，将蓄电池的交流信号忽略掉，因此，仪器能精确地测出内阻，同时抗干扰能力强，重复性好，可在高噪声的环境中对蓄电池进行在线测试。另外，根据采集的浮充电压与采集放电后的电压之差，对同类、同组的蓄电池进行比较，即可知道蓄电池性能的优劣。
以每只蓄电池出厂前厂家给出的在额定容量下的内阻值或用户验收时测得的在额定容量下的内阻值为基准值（参考值），进行比较，分析评估蓄电池性能的优劣。实践证明，通常当蓄电池内阻高于基准值的25%时，往往已无法通过容量测试；当高于基准值的50%时，完全不必进行容量测试即可更换。
5.蓄电池内阻的在线测试结果分析
目前，进口和国产的用于在线测试蓄电池内阻或电导的测试仪已在一些部门得到应用，然而在实践中发现，通过在线检测蓄电池内阻（电导）来判断蓄电池的性能并不令人满意。这些采用AC测试方法的测试仪，在测量蓄电池内阻（电导）时离散性较大，重复精度较差。为此对3种不同蓄电池测试仪的测量结果进行分析对比，利用蓄电池内阻变化趋势分析软件，对定期测量的蓄电池内阻历史数据进行变化趋势分析，来判断和预测蓄电池的性能，作为蓄电池容量测试的预估测试和替代方法，并提出了对落后蓄电池容量的测试方法。
（1）数据收集例如，用3种不同厂家的蓄电池内阻（电导）测试仪，对同一组蓄电池进行在线测试，测试结果如表4-2所示，发现相同蓄电池的测量电导（或折算成电导）差异较大。
从表4-2中的测试数据可以看出，蓄电池组中1号蓄电池的电导最大（内阻最小），20号蓄电池的电导最小（内阻最大），3种测试仪的测试结果相对值表现出一致性。采用HIO-KI的内阻测试仪的测量值（内阻）偏大，折算成电导偏小；采用MIDTRONICS的电导测试仪的测量值（电导）偏大，折算成内阻偏小；采用ALBERCORP测试仪的测试结果与采用MIDTRONICS的测试结果相近，即使如此，其电导平均值之间的差异也为8.6%。
蓄电池内阻（或电导）的测量值，应与用同一种测试仪测量的蓄电池内阻（或电导）基准值进行比较，才能可靠判断和预估蓄电池的性能。对定期测量的同一蓄电池内阻的历史数据进行变化趋势分析，或者与蓄电池在100%容量时的内阻值（基准值）进行比较，才能可靠判断和预测蓄电池的性能。
（2）落后蓄电池在线测试方法分析
从上面的分析中得知，要测准运行中的蓄电池组的容量，必须用深放电恒流控制的方法；从蓄电池容量试验的方法又知，可以用测量的落后蓄电池的容量来代替整组蓄电池的容量。从现有电源系统中查找落后蓄电池可用监控系统。这样一来就形成了用监控系统来查找落后蓄电池，为落后蓄电池进行容量试验创造条件，再来导出整组蓄电池容量的新方法，即蓄电池容量测试法，也就是对用监控系统判断出的落后蓄电池进行容量测试。
落后蓄电池容量测试法可以离线进行，也可以在线进行，不影响设备的正常使用。单体蓄电池在充电时的电压是2.18V（浮充电压设定值），升到2.35V（低压恒压充电的规定值），它的最大变化量是ΔU=2.35V-2.18V=0.17V；放电时的初始电压是2.18V，下降到1.8V（容量试验电压终止值），它的最大变化量是ΔU=2.18V-1.8V=0.38V，所以单体蓄电池的充、放电电压变化为0.17～0.38V（浮充供电时的供电电压）。落后蓄电池容量测试法的优点是简单、操作方便、测量准确、不影响电路正常工作，但它要有3个先决的条件。
① 必须要有具有监控系统的电源系统，并且监控要能够检查到每只蓄电池，或者能用智能检测器、电导仪等确切查出落后蓄电池。
② 购买的活化仪，不但要能充电，而且要能放电，放电时要能够按指定的小时率恒流放电，并用软件计算出放出容量。
③ 测试前整组蓄电池必须处在正常浮充状态下，工作中不允许对蓄电池组进行充、放电工作。
