摘 要 以MSE C系列电池为例，研究了电导在蓄电池行业中某些具体应用，如通过电导测试值计算出电池内阻值，能否用电导来反映电池容量、电池极板腐蚀程度、电池内部回路导电情况、电池与连接配件紧固程序等。并且也讨论了电导应用中某些方面的局限性。
关键词 铅酸蓄电池 电导 电池内阻 电池容量 电池极板腐蚀、电池寿命、异常电池
一、 前言
近年来，阀控式密封免维护铅酸蓄电池(VRLA电池)在通信行业中的使用越来越普遍。由于VRLA电池较以前普遍使用的开口式铅酸蓄电池采用了较为复杂的气体内部吸收技术和密封结构，因而可实现“免维”，即不需要加水、补酸，又不需要检测电解液比重，但免维电池的密封结构又给蓄电池厂家及用户使用维护人员判断蓄电池的使用状况带来了一定的困难，例如需较准确判断蓄电池使用一段时间后的容量，一般是通过电池实际放电实验来进行的，时间长，需要专门的放电实验设备，且放电期间必须充分保证需要电池供电的设备在放电期间不会因市电停电而断电。又如蓄电池在经过较长时间的使用后，如何判断蓄电池内部极板腐蚀情况并以此来推断电池的使用寿命？因而人们希望能够通过其他简易途径和方法来解决此类问题。最近，有人提出电导可应用于蓄电池行业中来解决目前存在的一些问题，为此笔者通过实验做了部分研究工作，现总结如下，仅供广大使用我公司蓄电池的用户和业内同行参考。
二、试验和讨论
首先，经查阅资料，电导，即电阻的倒数，其国际单位为Siemens（西门子）,美国单位为Ω-1（姆欧）。
电池电导测试原理为：在电池两端加上一个已知频率和振幅的交流电压信号，测量出与交流电压同相位的交流电流值，其交流电流分量与交流电压的比值即为电池的电导。因此，通过测量电池的电导值即可近似计算电池的内阻(电池内阻即为电导的倒数值)。
蓄电池的许多特性与电池本身的内阻有着密切的关系或能够通过内阻的变化反映出来。以下是利用武汉某厂家生产的电导仪，对电池性能的几个方面进行的研究结果：
1、 电导仪测量蓄电池的内阻。
经对测试完全充电后开路静置1~2日后的MSE-300C电池，其电导值约在3.10KS左右，如按蓄电池的内阻为其电导的倒数值来计算，约为3.2×10-4Ω，即0.32mΩ。此数值与通过其它方法测量的电池内阻值(0.30 mΩ左右)比较接近。
2、 蓄电池充放电过程中容量与电导的关系
对经初充电后又经过了4个充放电循环后的MSE-300C电池进行的1小时率容量（放电）实验：放电电流165A，环境温度25摄氏度左右，每隔10分钟测试一次电池的电导与电压。放电过程中电导与电池放出容量、电压与电池放出容量的数值变化情况见图1、图2
由图1可见，随着放电过程的进行，电导值随着容量的减少而逐渐降低，这与图2所示电压随电池容量变化曲线较为相似。这种变化情况不难理解：
电池在放电过程中所发生的化学反应为：
PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O
众所周知，正极上的活性物质PbO2、负极活性物质Pb以及H2SO4电解液，都具有较强的导电能力，而PbSO4和H2O的导电能力却非常弱，由以上反应式可以看出，在放电过程中，导电能力强的正极上的活性物质PbO2、负极活性物质Pb以及电解液中的H2SO4不断地消耗并转化为导电能力很弱的PbSO4和H2O，从而使电池内部导电能力不断地降低，电池本身的内阻不断增大，即电导不断地减小。因而电池电导可同电池端电压一样，在一定条件下反映电池内部活性物质的反应消耗情况，即电池的容量情况。
3、电池内部极板腐蚀情况对电池电导的影响
一般来说VRLA电池正极板的腐蚀是影响电池浮动充电寿命的主要因素。电池正极板在长时间浮充使用过程中，由于正极电位较高，正极活性物质具有较强的氧化性，加之电解液中硫酸也具有强的氧化性，故由铅合金铸造而成的正极板栅容易被不断腐蚀，在板栅腐蚀过程中，正极活性物质与板栅的结合会逐渐变得松散进而脱落，导致电池导电能力不断降低，电池内阻逐渐增大，电导值减小，也使得电池容量减小。表1是3只过充电（经0.02C（6A）电流过充电12个月后）后的MSE-300C电池的电导值，可以看出与刚生产的电池的电导值相比，过充电后的电池电导值已经较小。这是因为经长时间的过充电，使得电池极板腐蚀严重。活性物质与板栅结合松散，电池导电能力下降，因而表现为电导值较小。将此电池解体调查，也证实了这一点。
表1、过充电后电池的电导情况
项 目 过充电12个月的电池 刚出厂电池
静止电导 2.029 1.651 2.150 3.025 3.181 2.986
10率终止电压 1.844 1.884 1.855 1.835 1.852 1.846
4、电池故障与电导的联系
如果蓄电池由于内部焊接(极群焊接、端子与极柱焊接)不良，注液量过多或过少，电池经初充电后其内部回路导电性能肯定会受到影响，其内阻也必然会出现异常。如果焊接不良或电解液量不够会使电池内阻显著增大，电池电导会明显减小。反之如果电池内部焊接时由于某些原因导致短路或电解液量超出，将会使电池内阻表现为减小，电池电导相应增大。
从以上可以看出：电导仪可以用来检测某些故障电池的存在，有利于解决其它方法所不能解决的问题。如使用中某一电池存在一定程度上的焊接断路，但由于浮充电时电流小，浮充电压可能表现地较为正常，如不进行放电或测试电导，较难于发现此故障。
5、 电池间连接状况对电池电导的影响
通过测试经铜排连接后电池的电导，可以发现连接时紧固程度不够（紧固螺栓未拧紧）或连接接触面（铜排与端子）不良的电池，可避免电池间连接螺栓未紧固而使电池在充放电过程中发热而损坏。
表2是螺栓紧固后和未紧固的电池的电导测试数据。由此可以看出螺栓紧固后的电池的电导值要比未紧固之电池电导值大，甚至相差数倍，这是因为铜排与端子经螺栓紧固后接触电阻大为减小，如用电导仪测量端夹持电池铜排进行测试电导值，则整个测试回路由于包含了电池铜排电阻及端子与铜排接触电阻，而使整个测试回路的电阻增大而使电池电导偏小。由此可见通过测量经铜排连接后电池的电导，也可反映电池铜排连接是否紧固。
表2、铜排紧固与否的电池电导值的比较结果
电池序号 1# 2# 3# 4#
未紧固之电池（KS） 2.645 2.760 0.253 0.443
紧固后的电池（KS） 2.985 3.162 3.085 3.197
虽然从以上5点中可以看出电导对蓄电池行业的生产制造、质量控制过程和用户处的运行维护都会起到一定的作用，但是究其根本，电导测试只是测量电导仪两测试端之间电阻，是电池电阻说明了一些问题。因而电导测试的应用就存在一定的局限性：
1、电导值只是反映了电池内部的导电能力，并不能单纯地用电导值的大小来说明电池容量的大小，电池容量仅仅是影响电池电导的一个因素。如从表1中我们可以看出过充电12个月后的电池电导值虽然已较小，如单纯地从图1来看似乎是电池容量已所剩无几，但经过实验证明，该批电池10小时率容量仍能达到100%。电导值较小只是说明了电池经过长时间的过充电，电池内部电解液量减少、板栅腐蚀严重，致使电池内阻大幅度增加，但电池容量并没有因为电阻的增大而受到大的影响。至于电导仪可以通过设定电池电导的基准值，通过与实测的电池电导值进行比较来确定电池的容量，笔者认为更不应那么简单。另外关于电池电导基准的确定，建议用户使用所持有的电导仪实际测量一定数量的电池组后取平均值来做为电导基准的参考值。
2、同样，笔者认为用电池的电导值来较为准确地判断电池的寿命也较为困难。即使不考虑电池充放电循环次数对电池帮助的影响，只考虑电池总是处于浮充使用，且保持了最佳的浮充电电压和环境温度，由于国内阀控式电池在各行业普遍使用以来的时间并不长，而阀控式蓄电池浮充使用寿命又较长(一般可达10年)，蓄电池厂家现在可能会由于数据积累不够难于向用户提供电池电导随电池浮充时间的变化数值，因而用电导的数值来准确地判定电池的寿命从目前来看可能难于做到。
3、对同一电池，电导测试部位不同，其测量值会有一定差异，这是由于测量部位不同构成了不同的测量回路。另外，电池在有无铜排连接及电池端子与铜排连接表面导电能力不同也会使电池电导的测试值出现大的差别。原因是测试时有铜排存在时，一则铜排本身存在一定电阻，二则铜排与端子间存在接触电阻。
4、电池的内阻是根据电池生产厂家的设计和生产工艺而确定的，不同的电池厂家因设计和生产工艺不同，电池的内阻也会有所不同。如采用较小的正负极板装配距离、使用电阻值较小的隔板、灌注使用硫酸浓度较大的电解液、先进的焊接工艺都会使蓄电池内阻减小，电导增大。以电导来判断电池的某些方面的性能会由于不同厂家电导基数不同而出现偏差。
5、不同厂家生产的电导仪可能会各自采用不同的技术，如电导测试时电导仪产生的交流电压的大小、交流频率的高低、测量精度的差异等，这些因素的不同，可能会使测量值出现不同。对于相同的电池，不同厂家生产的电导仪测试值可能会有所不同。
6、温度是影响电导值的一个因素，温度越高，电池内阻越小，电池电导值越大。因此在对电池电导值进行测量的时候，必须考虑温度对电池电导的影响，针对电导仪设定测试时的环境温度。
三、结论
从以上实验和讨论来看，一方面，利用电导仪确实可以在电池运行维护和质量控制方面起到积极的作用：
1、电导仪可在一定程度上用来反映电池的内阻数值及其在电池运行过程中的变化情况；
2、通过电导值的比较，可以发现个别潜在的异常电池，如不同程度短路、断路、连接不良的电池，这些异常电池的存在，对于整组电池来讲具有较大的危害，尤其是需要备用电池组投入供电运行时将会导致不同程度的供电提前中断。因而如果能够使用电导来发现实际运行中的部分异常电池，将会在一定程度上提高电池作为备用电源的可靠性。
另一方面，电导应用也有值得注意的问题：
在使用电导做为一种维护和质量控制的手段，笔者认为最好是从其原理上深刻理解和认识，如电池容量、寿命与电池电导的关系，要想较为准确地反映其间的关系，还需要多方面(包括电导仪生产厂家、电池生产厂家、用户)的努力。
电导测量时应注意温度变化情况、电池间连接状况，最好使用同一厂家生产的电导仪来测量电池电导和进行对比，测量时应注意测量相同的部位，继而通过电导数据的积累来反映电池某些性能指标的变化情况，如电池内部腐蚀、寿命、容量等。
最后，笔者希望能够在以后的工作中同广大用户、业内同行一起对此做进一步的实验和研究，积累数据，以便提供更好的建议和经验，为蓄电池的使用维护和质量控制更好地服务。
最后，由于笔者水平有限，在此诚恳地希望大家针对本文所述内容提出宝贵意见。
