幾種蓄電池在線測試技術(shù)比較分析

一、蓄電池落后的原因及檢測重要

閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）從一開始便被稱為免維護電池，而生產(chǎn)廠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)維護人員一種誤解，似乎這種電池既耐用又完全不需要維護，許多用戶從裝上電池后就基本上沒有進行過維護和管理，在90年代初，隨著使用時間的增長，使用的VRLA電池出現(xiàn)了很多以前未遇到的新問題，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題。我們維護部門以前往往只重視備用電源的設(shè)備部分的維護和管理，而忽視電池組的重大作用，殊不知斷電的危險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)有一個或幾個老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會誤以為整組電池已充滿而轉(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。電池組將以老化電池的容量為標(biāo)準(zhǔn)進行充放電，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，電池后備時間縮短。

所以如不定時檢測，電池和電池組的定期檢測和在線監(jiān)測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，從多年的運行維護效果來看，對于蓄電池進行電壓檢測已經(jīng)不能充分反應(yīng)蓄電池的問題，預(yù)警性和前瞻性較差，無法準(zhǔn)確及時找出老化電池。因為浮充電壓小幅值的差異監(jiān)測并沒有辦法區(qū)別和處理，也就是對于電池性能變壞，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)無能為力，而是當(dāng)放電時發(fā)現(xiàn)某電池的放電電壓（或曲線）異常才有警告，但一般為時已晚。

如果無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,也無法提前準(zhǔn)確判斷和維護，所以蓄電池的內(nèi)阻和當(dāng)前的剩余容量的監(jiān)測可以作為我們有效的手段，VRLA電池和電池組在運行過程中，隨著使用時間的增加必然會有個別或部分電池因內(nèi)阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象，實踐證明，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)電池的實際容量下降到其本身額定容量的90% 以下時，電池便進入衰退期，當(dāng)電池容量下降到原來的80%以下時，電池便進入急劇的衰退狀況，衰退期很短，這時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會形成結(jié)晶體，充電時鉛離子被還原為金屬鉛。如果我們使用或維護不當(dāng)，如經(jīng)常充電不足或過放電，在電池正、負(fù)極板接線柱上會逐漸形成一種粗大而堅硬的PbSO4結(jié)晶體，這種現(xiàn)象稱為“不可逆化的硫酸鹽化”，簡稱“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，而這對電池的使用壽命影響很大，使用什么樣的方法進行內(nèi)阻參數(shù)的測試將影響在線監(jiān)測的最終效果。

在以上的背景下，前段時間的對于蓄電池的在線監(jiān)測設(shè)備進行了深入的調(diào)研，以及參加了中試所對六家在線監(jiān)測設(shè)備廠家進行產(chǎn)品試驗，調(diào)研后發(fā)現(xiàn)各自有其不同的測試方法,總結(jié)下來主要是三大類，這幾類在效果上分析起來有著明顯的區(qū)別：二、交流測試法技術(shù)分析

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

其原理可以用以下簡單的公式表示：R=△V/△I

根據(jù)以上說明，以及在中試所的試驗中所看到的測試結(jié)果來進行分析，對于交流法有以下幾點看法：

1、對于交流注入法實際上只能定義為蓄電池的阻抗。

2、如右圖一所示，一個單體的容量由正負(fù)極板形成的, 是傳導(dǎo)通路的兩個平行部分。通過交流信號或做阻抗測試時, 通路中任何部分的電阻增加都會由電容器掩蓋。同時，不同頻率的信號所測得的值也不同，對注入信號要求很高，如頻率的穩(wěn)定度和正弦波純度都直接影響著測試結(jié)果。另外，在線測試時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)阻是毫歐級的數(shù)值，而大容量的蓄電池其內(nèi)阻將是微歐級，從交流法的測試原理上我們知道，依靠測量其反饋的電流信號，進行信號處理，比較注入信號與反饋信號的差異得出內(nèi)阻，但交流法的電流幅值非常小，一般1A（為了避免對系統(tǒng)的影響，不能太大），這么小的電流要在微歐級的微電阻上測量其差異變化，所以對于信號處理精度要求非?？量?、嚴(yán)格，非常容易受到充電機與外界噪音對信號的干擾，導(dǎo)致測試結(jié)果的離散性大。

4、在直流系統(tǒng)中注入一個交流信號源，從本質(zhì)上就對系統(tǒng)造成了污染，雖然廠家在不斷研究降低頻率（實際上是向直流逼近），但幅值不得不提高，但作為一個信號源不是負(fù)載，幅值的提高對系統(tǒng)將會對系統(tǒng)設(shè)備正常運行造成嚴(yán)重影響，因為我們知道對高頻充電模塊能夠進行冗余并聯(lián)是對于各模塊的輸出特性有嚴(yán)格要求的。

三、某公司的離線內(nèi)阻測試方法技術(shù)分析

根據(jù)某公司的介紹，其蓄電池的在線監(jiān)測是結(jié)合對放電曲線的分析，進行多項測試，進行綜合判斷，包括以下三點內(nèi)容：