歐姆測量法——固定型鉛酸蓄電池新的檢測手段

內(nèi)容提要

測量鉛酸蓄電池的歐姆電阻來檢測蓄電池的技術(shù)狀態(tài)，這種方法的運(yùn)用越來越受到人們的歡迎。艾諾斯EnerSys公司根據(jù)內(nèi)阻儀制造商的建議，一直致力于自己生產(chǎn)的驗證蓄電池的商用測試設(shè)備，以及使用這些設(shè)備測得的數(shù)據(jù)。隨著時間的推移和實(shí)踐的檢驗，歐姆測量已經(jīng)向人們證明它可以預(yù)期蓄電池的壽命。但是，必須指出的是，在實(shí)際應(yīng)用中必須考慮到人工讀數(shù)所帶來的測量誤差，片面地使用這種讀數(shù)有時會導(dǎo)致錯誤的結(jié)論。

歐姆電阻的應(yīng)用，通過國際電工協(xié)會的刊物，電池生產(chǎn)商以及測試設(shè)備制造商，得到了很好的證明?？偠灾@些組織推薦根據(jù)蓄電池全壽命期內(nèi)阻值的變化趨勢來預(yù)測蓄電池的壽命。越來越多的蓄電池用戶向我們索取蓄電池內(nèi)阻參考值，作為保修或者是更換的依據(jù)。

基于市場的經(jīng)驗和客戶的需求，艾諾斯EnerSys完全支持這項技術(shù)的運(yùn)用。針對消費(fèi)者，產(chǎn)品，設(shè)備和一些具體的應(yīng)用案例，我們制定了一定的流程和操作程序。這些操作程序可以作為更換蓄電池的準(zhǔn)則。然而，艾諾斯出版的蓄電池使用說明書和IEEE蓄電池維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中所列舉的常規(guī)的蓄電池維護(hù)規(guī)程將必須像以往一樣予以重視。

內(nèi)阻測試產(chǎn)生的背景

直到大約20年前，幾乎所有的固定式鉛酸蓄電池的容器都是由透明的材料做成的，而且都是電解質(zhì)富液式設(shè)計。電池購買者和和他們的維護(hù)技工有非常實(shí)用的工具來對蓄電池的健康狀況以及變化趨勢進(jìn)行衡量，檢測和判斷，如電解液比重的測試儀，電解質(zhì)溫度的測試儀，單節(jié)浮充電壓測試儀，視覺觀察電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化。

20世紀(jì)80年代前中期，隨著閥控式密封鉛酸蓄電池的使用量越來越多，自從蓄電池的設(shè)計采用了不透明的容器和固定在凝膠或多孔隔膜的貧液式電解質(zhì)系統(tǒng)，維護(hù)技術(shù)員不能再使用上述工具。他們能夠使用的方法只有電壓測試和定期放電測試。加上早期的蓄電池設(shè)計存在壽命較短、先天的缺陷，突發(fā)性失效等問題，人們開始尋求針對閥控式密封鉛酸蓄電池的健康檢測工具。

各種儀器制造公司注意到了這一難題，并開始設(shè)計/制造/銷售這些測試設(shè)備，以確定蓄電池內(nèi)部電阻，如阻抗，電導(dǎo)和內(nèi)部阻力，用于評估閥控式密封鉛酸蓄電池的健康狀況。

此外，還必須注意到，追溯到20世紀(jì)90年代初EnerSys公司和那些先驅(qū)的蓄電池制造公司積累了大量的歐姆測量裝置經(jīng)驗。

內(nèi)阻的定義和測試方法

本文使用的信息、用語、釋義中來自美國電氣和電子工程師協(xié)會IEEE標(biāo)準(zhǔn)1187-1996。

歐姆測量值提供有關(guān)電池或電池組單元電路的連續(xù)性的信息。

蓄電池內(nèi)部電阻測量包含了若干因素，包括的內(nèi)容不僅限于物理連接電阻，電解質(zhì)的離子導(dǎo)電性，和發(fā)生在極板的表面的電化學(xué)過程。對于6伏以上的多格的電池。格與格之間的連接還會對測試值產(chǎn)生額外的影響?？梢酝ㄟ^以下技術(shù)來測試蓄電池的內(nèi)阻：

a）阻抗測量可通過給電池施加一個已知頻率和振幅的電流信號，然后測量在單節(jié)或整組電池上的產(chǎn)生的交流壓降。交流電壓是由單節(jié)電池的正極和負(fù)極端子或者最小單元格測得。再用歐姆定律計算由此產(chǎn)生的阻抗，計算是由儀表自動完成的。

b）電導(dǎo)率可以通過給某節(jié)電池上施加一個的已知頻率和振幅的電壓，測試流過該電池上電流的變化值，電導(dǎo)便是在同一相位的交流分量和電壓幅值的比值。

c）電阻測量是給蓄電池施加一個負(fù)載，然后測量流經(jīng)電池上的各個階段的電壓和電流。歐姆值便是靠用電壓的變化率除以電流的變化率得到。

內(nèi)阻測試設(shè)備的可用性和標(biāo)準(zhǔn)化

至今為止，電池維護(hù)技術(shù)員有很多品牌的歐姆電阻測量設(shè)備可供選擇，然而這對于整個產(chǎn)業(yè)來說并不是一個利好消息。不幸的是，隨著市場的成長和競爭地加劇，并沒有針對此測試方法形成一個標(biāo)準(zhǔn)或者法規(guī)。有些廠商使用高頻，有些使用低頻，而還有一些使用多頻。由于這一原因，不僅同一節(jié)電池的阻抗和電導(dǎo)讀數(shù)不相兼容，而且不同廠家設(shè)備的阻抗讀數(shù)和電導(dǎo)讀數(shù)分別都不相兼容。使用較短時間放電數(shù)值和使用電壓和電流注入法測試數(shù)據(jù)也不相容?？梢哉f，從標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)的角度上講，該行業(yè)的狀況是如此混亂。

內(nèi)阻測量的測試實(shí)施

在確定蓄電池容量的百分比或安時數(shù)時，歐姆電阻測量到底在什么地方不能取代長時間的深度放電？盡管許多人之前已經(jīng)做了大量了工作，也發(fā)表了很多相關(guān)主題的文章，但是目前還并沒有結(jié)論性的依據(jù)，關(guān)于判斷電池容量的方法也沒有得到業(yè)界一致認(rèn)可和肯定。

使用歐姆讀數(shù)的正確方法應(yīng)該是，把它作為一種檢測蓄電池一段時間的變化趨勢的工具，用它來判斷在浮充狀態(tài)下的蓄電池組中落后蓄電池和可能存在故障的隱患。

當(dāng)電池組安裝并趨于穩(wěn)定之后，我們采集一組初始的歐姆電阻讀數(shù)。因為這個階段，在電荷的狀態(tài)，鉛的純度，化合效率，凝膠穩(wěn)定等狀態(tài)會發(fā)生很大的變化。相對于初始讀數(shù)來說，50％左右的變化是經(jīng)常發(fā)生的。如果有些電池超過這個數(shù)據(jù)，那么很有必要對電池組進(jìn)行均衡性充電，可能的話，再做一次容量測試。

當(dāng)這組蓄電池運(yùn)行了6個月之后，之前提到的區(qū)分將會趨于平緩。這時候應(yīng)該記錄另一組歐姆讀數(shù)，把它們作為的基準(zhǔn)讀數(shù)。從這時開始，單節(jié)電池的讀數(shù)應(yīng)該在整組平均值30％的以內(nèi)。

這些個別電池基準(zhǔn)讀數(shù)將作為今后趨勢分析的基準(zhǔn)。在此后的使用中，每個季度測試一次歐姆讀數(shù)、記錄、并與基準(zhǔn)讀數(shù)進(jìn)行比較。如果一節(jié)電池歐姆讀數(shù)變化應(yīng)超過基準(zhǔn)值的50％，需要對其進(jìn)一步評估，以確定原因。單節(jié)電池核對性放電是這種評估的一部分。