幾種蓄電池在線(xiàn)測(cè)試技術(shù)比較分析

一、蓄電池落后的原因及檢測(cè)重要

閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）從一開(kāi)始便被稱(chēng)為免維護(hù)電池，而生產(chǎn)廠(chǎng)家又承諾該電池的使用壽命為10 ~ 20年（最少為8年），這樣就給我們電力系統(tǒng)維護(hù)人員一種誤解，似乎這種電池既耐用又完全不需要維護(hù)，許多用戶(hù)從裝上電池后就基本上沒(méi)有進(jìn)行過(guò)維護(hù)和管理，在90年代初，隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，使用的VRLA電池出現(xiàn)了很多以前未遇到的新問(wèn)題，例如電池殼變形、電解液滲漏、電極腐蝕、容量不足、電池端電壓不均勻等，VRLA電池內(nèi)部接線(xiàn)柱、同極的連接片以及電極接頭的腐蝕而斷裂的現(xiàn)象也比開(kāi)口式電池更常發(fā)生，這些故障都導(dǎo)致容量損失，但VRLA電池端電壓與放電能力無(wú)相關(guān)性，這使使用單位不易掌握VRLA電池的耐久性和失效問(wèn)題。我們維護(hù)部門(mén)以前往往只重視備用電源的設(shè)備部分的維護(hù)和管理，而忽視電池組的重大作用，殊不知斷電的危險(xiǎn)很大程度上就潛伏在電池組。 整組電池充電的特性是，如電池組內(nèi)有一個(gè)或幾個(gè)老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時(shí)，老化電池因容量小，將很快充滿(mǎn)。充電器會(huì)誤以為整組電池已充滿(mǎn)而轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)，以恒定電壓和小電流給電池組充電。其余狀態(tài)良好的電池不可能充滿(mǎn)。電池組將以老化電池的容量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充放電，經(jīng)多次浮充--放電 --均充--放電--浮充的惡性循環(huán)，容量不斷下降，電池后備時(shí)間縮短。

所以如不定時(shí)檢測(cè)，電池和電池組的定期檢測(cè)和在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是非常重要和必須的，已經(jīng)是是電源系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié)。但是，從多年的運(yùn)行維護(hù)效果來(lái)看，對(duì)于蓄電池進(jìn)行電壓檢測(cè)已經(jīng)不能充分反應(yīng)蓄電池的問(wèn)題，預(yù)警性和前瞻性較差，無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)找出老化電池。因?yàn)楦〕潆妷盒》档牟町惐O(jiān)測(cè)并沒(méi)有辦法區(qū)別和處理，也就是對(duì)于電池性能變壞，電池容量已經(jīng)大幅下降的老化電池的準(zhǔn)確判斷，電壓參數(shù)無(wú)能為力，而是當(dāng)放電時(shí)發(fā)現(xiàn)某電池的放電電壓（或曲線(xiàn)）異常才有警告，但一般為時(shí)已晚。

如果無(wú)法十分清楚地了解蓄電池內(nèi)部性能參數(shù)，如蓄電池的內(nèi)阻、當(dāng)前的剩余容量，如果蓄電池組中有落后的蓄電池,也無(wú)法提前準(zhǔn)確判斷和維護(hù)，所以蓄電池的內(nèi)阻和當(dāng)前的剩余容量的監(jiān)測(cè)可以作為我們有效的手段，VRLA電池和電池組在運(yùn)行過(guò)程中，隨著使用時(shí)間的增加必然會(huì)有個(gè)別或部分電池因內(nèi)阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象，實(shí)踐證明，整組電池的容量是以狀況最差的那一塊電池的容量值為準(zhǔn)，而不是以平均值或額定值（初始值）為準(zhǔn)，當(dāng)電池的實(shí)際容量下降到其本身額定容量的90% 以下時(shí)，電池便進(jìn)入衰退期，當(dāng)電池容量下降到原來(lái)的80%以下時(shí)，電池便進(jìn)入急劇的衰退狀況，衰退期很短，這時(shí)電池組已存在極大的事故隱患。

鉛酸蓄電池的工作原理為“雙硫酸鹽化理論”，其結(jié)構(gòu)部件主要為正極板（PbO2）、負(fù)極板（鉛等重金屬合金）、板柵等，鉛酸蓄電池在放電時(shí)會(huì)形成結(jié)晶體，充電時(shí)鉛離子被還原為金屬鉛。如果我們使用或維護(hù)不當(dāng)，如經(jīng)常充電不足或過(guò)放電，在電池正、負(fù)極板接線(xiàn)柱上會(huì)逐漸形成一種粗大而堅(jiān)硬的PbSO4結(jié)晶體，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“不可逆化的硫酸鹽化”，簡(jiǎn)稱(chēng)“硫化”。“硫化”使蓄電池內(nèi)阻增大、容量下降，這種不可逆的硫酸鹽化的原因是硫酸鉛的重結(jié)晶，粗大的結(jié)晶形成之后溶解度減少，硫酸鉛的重結(jié)晶使晶體體積變大，是由于多晶體傾向于其表面自由能的結(jié)果。所以，電池產(chǎn)生硫化是蓄電池內(nèi)阻增加的主要原因，而這對(duì)電池的使用壽命影響很大，使用什么樣的方法進(jìn)行內(nèi)阻參數(shù)的測(cè)試將影響在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的最終效果。

在以上的背景下，前段時(shí)間的對(duì)于蓄電池的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行了深入的調(diào)研，以及參加了中試所對(duì)六家在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備廠(chǎng)家進(jìn)行產(chǎn)品試驗(yàn)，調(diào)研后發(fā)現(xiàn)各自有其不同的測(cè)試方法,總結(jié)下來(lái)主要是三大類(lèi)，這幾類(lèi)在效果上分析起來(lái)有著明顯的區(qū)別：二、交流測(cè)試法技術(shù)分析

交流法就是向蓄電池注入一個(gè)低頻率的交流信號(hào)，由于蓄電池內(nèi)部存在的阻抗，注入信號(hào)后測(cè)量其反饋的電流信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)處理，比較注入信號(hào)與反饋信號(hào)的差異，從而測(cè)得蓄電池內(nèi)阻。交流法測(cè)量蓄電池阻抗依賴(lài)于高速的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，但是在系統(tǒng)中的高頻模塊組成的充電機(jī)與外界噪音對(duì)信號(hào)的干擾無(wú)法徹底消除。

其原理可以用以下簡(jiǎn)單的公式表示：R=△V/△I

根據(jù)以上說(shuō)明，以及在中試所的試驗(yàn)中所看到的測(cè)試結(jié)果來(lái)進(jìn)行分析，對(duì)于交流法有以下幾點(diǎn)看法：

1、對(duì)于交流注入法實(shí)際上只能定義為蓄電池的阻抗。

2、如右圖一所示，一個(gè)單體的容量由正負(fù)極板形成的, 是傳導(dǎo)通路的兩個(gè)平行部分。通過(guò)交流信號(hào)或做阻抗測(cè)試時(shí), 通路中任何部分的電阻增加都會(huì)由電容器掩蓋。同時(shí)，不同頻率的信號(hào)所測(cè)得的值也不同，對(duì)注入信號(hào)要求很高，如頻率的穩(wěn)定度和正弦波純度都直接影響著測(cè)試結(jié)果。另外，在線(xiàn)測(cè)試時(shí)也易受充電器的紋波和諧波的干擾。

3、由于小容量蓄電池的內(nèi)阻是毫歐級(jí)的數(shù)值，而大容量的蓄電池其內(nèi)阻將是微歐級(jí)，從交流法的測(cè)試原理上我們知道，依靠測(cè)量其反饋的電流信號(hào)，進(jìn)行信號(hào)處理，比較注入信號(hào)與反饋信號(hào)的差異得出內(nèi)阻，但交流法的電流幅值非常小，一般1A（為了避免對(duì)系統(tǒng)的影響，不能太大），這么小的電流要在微歐級(jí)的微電阻上測(cè)量其差異變化，所以對(duì)于信號(hào)處理精度要求非常苛刻、嚴(yán)格，非常容易受到充電機(jī)與外界噪音對(duì)信號(hào)的干擾，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果的離散性大。

4、在直流系統(tǒng)中注入一個(gè)交流信號(hào)源，從本質(zhì)上就對(duì)系統(tǒng)造成了污染，雖然廠(chǎng)家在不斷研究降低頻率（實(shí)際上是向直流逼近），但幅值不得不提高，但作為一個(gè)信號(hào)源不是負(fù)載，幅值的提高對(duì)系統(tǒng)將會(huì)對(duì)系統(tǒng)設(shè)備正常運(yùn)行造成嚴(yán)重影響，因?yàn)槲覀冎缹?duì)高頻充電模塊能夠進(jìn)行冗余并聯(lián)是對(duì)于各模塊的輸出特性有嚴(yán)格要求的。

三、某公司的離線(xiàn)內(nèi)阻測(cè)試方法技術(shù)分析

根據(jù)某公司的介紹，其蓄電池的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是結(jié)合對(duì)放電曲線(xiàn)的分析，進(jìn)行多項(xiàng)測(cè)試，進(jìn)行綜合判斷，包括以下三點(diǎn)內(nèi)容：