互比較內(nèi)阻增量是電池故障預(yù)警工程實(shí)用化的核心概念

電池故障預(yù)警的最佳方案是選擇帶有損傷留痕意義的電池內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù)，這就需要對(duì)內(nèi)阻的變化，即自比較內(nèi)阻增量進(jìn)行定量計(jì)算，然而這一方案存在以下現(xiàn)實(shí)困難：

1）影響電池內(nèi)阻精確值的因素很多，特別是內(nèi)阻在線(xiàn)運(yùn)行下的無(wú)規(guī)則自然波動(dòng)，使電池未損傷的應(yīng)有內(nèi)阻值無(wú)法確定，也造成計(jì)算自比較內(nèi)阻增量缺少基準(zhǔn)值。

2）如前所述，電池出廠時(shí)無(wú)法精確標(biāo)定其初始內(nèi)阻，從而使后續(xù)測(cè)量和計(jì)算失去原始依據(jù)；

解決以上困難的唯一出路是，用電池組的互比較內(nèi)阻增量替代自比較內(nèi)阻增量。實(shí)現(xiàn)這種替代必須具備以下前提條件。

（1）因電池差異性而導(dǎo)致的電池?fù)p傷，包括惡性循環(huán)所致的損傷疊加總是集中在極少數(shù)電池上。這樣大多數(shù)電池的內(nèi)阻值變化都將遵循未損傷的電池老化規(guī)律。把這種未損傷電池內(nèi)阻的基礎(chǔ)值提取出來(lái)，可以作為損傷電池的當(dāng)前基準(zhǔn)內(nèi)阻，則各電池當(dāng)前實(shí)際內(nèi)阻值與當(dāng)前基準(zhǔn)內(nèi)阻值之差即可定義為互比較內(nèi)阻增量。

只要電池組的安裝與運(yùn)行符合以上前提條件（一般實(shí)際電池組均能符合），則這種替代就具有足夠的合理性，而替代的重要現(xiàn)實(shí)目標(biāo)是使實(shí)用儀表的研發(fā)具備技術(shù)可行性。

（2）上述電池組在同一工作條件下運(yùn)行，包括同一電流和同一溫度，其內(nèi)阻的在線(xiàn)自然波動(dòng)應(yīng)具有相同的歷史過(guò)程，即內(nèi)阻值也應(yīng)具有較小的運(yùn)行分布誤差。

（3）電池組采用同一廠家，同一規(guī)格的電池，并按一定的規(guī)范組裝而成，其中包括組裝前的一致性測(cè)試和組裝后的均衡充電規(guī)程，其內(nèi)阻值應(yīng)有較小的初始分布誤差。

損傷留痕

損傷留痕是電池?fù)p傷理論解決工程應(yīng)用的一個(gè)重要新概念。電池受損所致的各種物理量變化中可重復(fù)測(cè)量，可相互比較的是顯性損傷留痕，無(wú)法直接重復(fù)測(cè)量的是隱形損傷留痕。顯然，顯性損傷留痕的特征與本文引言中所述的最佳預(yù)警參數(shù)的3個(gè)特征完全相同，因此，找到了顯性損傷留痕也就等于找到了最佳預(yù)警參數(shù)。

2.1技術(shù)難題

內(nèi)阻是一個(gè)特定的物理量，有許多現(xiàn)成的測(cè)量方法可用，在已有知識(shí)中，4線(xiàn)交流法能有效克服導(dǎo)線(xiàn)電阻與接觸電阻的不利影響，是測(cè)量微小電阻最理想的一種物理方法，但是要把4線(xiàn)交流法發(fā)展成為一種實(shí)用的電池故障預(yù)警技術(shù)，還面臨許多技術(shù)上的挑戰(zhàn)。因技術(shù)細(xì)節(jié)非本文重點(diǎn)，在此僅作簡(jiǎn)單評(píng)介。

2.1.1抗在線(xiàn)干擾問(wèn)題

在線(xiàn)測(cè)量?jī)?nèi)阻，即在電池組與電源設(shè)備共同工作且處于值班狀態(tài)下測(cè)量?jī)?nèi)阻，是電池故障預(yù)警技術(shù)的一項(xiàng)基本要求。大容量電池的內(nèi)阻很小，基本上處于4線(xiàn)交流法測(cè)量的下限，內(nèi)阻增量比被測(cè)內(nèi)阻本身還要小將近一個(gè)數(shù)量級(jí)，電源設(shè)備運(yùn)行中的工頻紋波，開(kāi)關(guān)噪聲，特別是強(qiáng)大的共地串?dāng)_，將造成很大的測(cè)量值跳動(dòng)，任何抗干擾措施都只能使干擾的不利影響減小，而不能使之消失。當(dāng)干擾的不確定跳動(dòng)大于內(nèi)阻增量時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)將失去分析價(jià)值。

2.3.2接觸電阻的不利影響

接觸電阻無(wú)處不在，其數(shù)值可能是電池內(nèi)阻的若干倍，由于測(cè)量?jī)x器最終還要依靠測(cè)量線(xiàn)連接到電池極柱上，電池極柱形形色色，外匯流條與緊固螺栓各異，這樣測(cè)量連接裝置將變得與測(cè)量?jī)x器本身一樣重要，在某種意義上甚至成為電池故障預(yù)警技術(shù)工程實(shí)用化的成敗關(guān)鍵。

2.1.3毫歐姆、微歐姆的定標(biāo)問(wèn)題

測(cè)量?jī)x表需要正確地校準(zhǔn)和標(biāo)定才能保證合理的技術(shù)指標(biāo)，缺少高精度毫歐姆，微歐姆電阻基準(zhǔn)是定標(biāo)困難之一；儀表測(cè)量原理的不同與測(cè)量連接的差異帶來(lái)很大的不確定量是定標(biāo)困難之二。以上困難不僅造成不同儀表的測(cè)量數(shù)據(jù)之間缺少比對(duì)價(jià)值，還進(jìn)一步造成出廠時(shí)的內(nèi)阻值根本無(wú)法精確標(biāo)定。好在電池故障預(yù)警更需要的是相對(duì)精度，這一特點(diǎn)大大降低了控制絕對(duì)精度的技術(shù)難度，但工程實(shí)踐表明，單體現(xiàn)場(chǎng)可標(biāo)定，可校準(zhǔn)依然是自動(dòng)巡測(cè)型儀表工程化的一個(gè)不可或缺的基本要求。

2.2傳統(tǒng)誤區(qū)

在選擇內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù)上，囿于傳統(tǒng)思維或老化理論，存在著2個(gè)誤區(qū)。

2.2.1誤區(qū)1——易于與作為內(nèi)部耗能參數(shù)的內(nèi)阻混為一談

作為內(nèi)部耗能參數(shù)的內(nèi)阻與作為損傷留痕的內(nèi)阻是兩個(gè)完全不同的概念。

內(nèi)阻作為電池內(nèi)部耗能參數(shù)，在電池供出電流時(shí)，將在電池外部造成端電壓的下降，并在內(nèi)部產(chǎn)生熱量，大多數(shù)專(zhuān)業(yè)人士都有這樣的深刻印象：除了內(nèi)阻增大到影響電池供能外，大部分情況下電池極小的內(nèi)阻對(duì)供能的影響微不足道。定量來(lái)說(shuō)一個(gè)1mΩ內(nèi)阻的電池供出10A電流，僅造成10mV端壓降與0.1W內(nèi)部發(fā)熱，即使上例內(nèi)阻從1mΩ增加到2mΩ，其內(nèi)部損耗也只造成20mV的端壓降和0.2W的內(nèi)部發(fā)熱，依然停留在可以忽略不計(jì)的水平，從這個(gè)角度出發(fā)無(wú)疑會(huì)對(duì)選擇內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù)打上問(wèn)號(hào)。

但是從電池?fù)p傷理論的角度來(lái)看，電池內(nèi)阻從1mΩ增大到2mΩ可是一個(gè)大事件，足以判定電池嚴(yán)重?fù)p傷應(yīng)該報(bào)廢，報(bào)廢的理由不是因?yàn)閮?nèi)阻損耗影響了電池供能，而是間接說(shuō)明該電池已成為電池組中的高危“斷裂點(diǎn)”。

2.2.2誤區(qū)2——試圖由內(nèi)阻計(jì)算容量

內(nèi)阻確實(shí)與容量存在高度相關(guān)性，但多項(xiàng)研究認(rèn)定，由于工藝、材料、溫度等各種因素，內(nèi)阻與容量之間不存在確定的數(shù)學(xué)關(guān)系。更何況僅內(nèi)部匯流條腐蝕導(dǎo)致物理內(nèi)阻增加且肯定與容量無(wú)關(guān)一例，已成為計(jì)算容量的判決性反證。可以說(shuō)，這種對(duì)容量的依賴(lài)只不過(guò)是源自老化理論的一種習(xí)慣性聯(lián)想。

而從損傷理論來(lái)看，內(nèi)阻與損傷的直接相關(guān)性已足夠預(yù)警檢測(cè)使用，對(duì)計(jì)算容量的追求實(shí)在是多此一舉。

2.3關(guān)于微損傷后主要物理量變化特點(diǎn)的討論

2.3.2溫度變化

理論與經(jīng)驗(yàn)都表明，過(guò)充過(guò)放中的非正常電流將引起電池短時(shí)發(fā)熱，但局部過(guò)充過(guò)放有終點(diǎn)時(shí)間，此后電池溫度將會(huì)趨于正常。因此，盡管溫度升高一定對(duì)應(yīng)于電池不正常，但熱量會(huì)散發(fā)，溫度不能永久保留不變。

2.3.1容量變化

電池受損后必然造成容量永久性下降，這已成為當(dāng)前流行的思維模式，但是，容量是一個(gè)難以測(cè)量的隱性物理量，除了直接放電校核方法外，至今并未找到一種迅速可靠的間接測(cè)量方法。因此，容量下降是電池受損的結(jié)果，但容量測(cè)量極不方便，故不具備作為預(yù)警參數(shù)的實(shí)用價(jià)值。

2.1.3端壓變化

開(kāi)路狀態(tài)下的端電壓等于化學(xué)電動(dòng)勢(shì)，而化學(xué)電動(dòng)勢(shì)是一種不變的自然常量，測(cè)量開(kāi)路電壓無(wú)法判別電池好壞已屬常識(shí)。而閉路電壓與電池主電流有關(guān)。在同一主電流下監(jiān)測(cè)到的閉路電壓異常，實(shí)際上還是屬于內(nèi)阻異常，監(jiān)測(cè)端壓僅在主電流很大時(shí)有效，在大部時(shí)間里的浮充電壓下主電流很小，且不確定。故這種方法基本無(wú)效。因此，單體端電壓監(jiān)測(cè)僅在大電流下有效，浮充下基本無(wú)效，根本原因在于開(kāi)路電壓為化學(xué)電動(dòng)勢(shì)，屬恒定不變的自然常量，完全與損傷無(wú)關(guān)。

2.3.4內(nèi)阻變化

這是當(dāng)前最為活躍的研究方向，說(shuō)明內(nèi)阻在電池故障預(yù)警技術(shù)中的地位正在日益受到重視。已進(jìn)行了大量研究，少量產(chǎn)品已經(jīng)問(wèn)世，也積累了相當(dāng)多的數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上總結(jié)內(nèi)阻與電池?fù)p傷的關(guān)系，有以下2個(gè)顯著特點(diǎn)：

1)電池受損后內(nèi)阻永久性增大，相對(duì)其他物理量變化更加易于重復(fù)測(cè)量；

2)重復(fù)受損的內(nèi)阻增量可重復(fù)疊加，因而具有可互相比較性。

因此，選擇內(nèi)阻作為預(yù)警參數(shù)的優(yōu)點(diǎn)勿庸置疑，但一些傳統(tǒng)誤區(qū)增加了推廣難度，而研發(fā)在線(xiàn)強(qiáng)干擾下能測(cè)量微小內(nèi)阻和更微小的內(nèi)阻增量的高精度儀表也存在許多技術(shù)上的困難。