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几种蓄电池在线测试技术比较分析
发布者:菲柯特电气 发布时间:2011/12/9

几种蓄电池在线测试技术分析

一、蓄电池落后的原因及检测重要性
  阀控式铅酸蓄电池(VRLA)从一开始便被称为免维护电池,而生产厂家又承诺该电池的使用寿命为10 ~ 20年(最少为8年),这样就给我们电力系统维护人员一种误解,似乎这种电池既耐用又完全不需要维护,许多用户从装上电池后就基本上没有进行过维护和管理,在90年代初,随着使用时间的增长,使用的VRLA电池出现了很多以前未遇到的新问题,例如电池壳变形、电解液渗漏、电极腐蚀、容量不足、电池端电压不均匀等,VRLA电池内部接线柱、同极的连接片以及电极接头的腐蚀而断裂的现象也比开口式电池更常发生,这些故障都导致容量损失,但VRLA电池端电压与放电能力无相关性,这使使用单位不易掌握VRLA电池的耐久性和失效问题。我们维护部门以前往往只重视备用电源的设备部分的维护和管理,而忽视电池组的重大作用,殊不知断电的危险很大程度上就潜伏在电池组。 整组电池充电的特性是,如电池组内有一个或几个老化电池,其容量必然变小,充电器给电池组充电时,老化电池因容量小,将很快充满。充电器会误以为整组电池已充满而转为浮充状态,以恒定电压和小电流给电池组充电。其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电,经多次浮充--放电 --均充--放电--浮充的恶性循环,容量不断下降,电池后备时间缩短。

  所以如不定时检测,电池和电池组的定期检测和在线监测是非常重要和必须的,已经是是电源系统中非常重要的环节。但是,从多年的运行维护效果来看,对于蓄电池进行电压检测已经不能充分反应蓄电池的问题,预警性和前瞻性较差,无法准确及时找出老化电池。因为浮充电压小幅值的差异监测并没有办法区别和处理,也就是对于电池性能变坏,电池容量已经大幅下降的老化电池的准确判断,电压参数无能为力,而是当放电时发现某电池的放电电压(或曲线)异常才有警告,但一般为时已晚。

  如果无法十分清楚地了解蓄电池内部性能参数,如蓄电池的内阻、当前的剩余容量,如果蓄电池组中有落后的蓄电池,也无法提前准确判断和维护,所以蓄电池的内阻和当前的剩余容量的监测可以作为我们有效的手段,VRLA电池和电池组在运行过程中,随着使用时间的增加必然会有个别或部分电池因内阻变大,呈退行性老化现象,实践证明,整组电池的容量是以状况最差的那一块电池的容量值为准,而不是以平均值或额定值(初始值)为准,当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90% 以下时,电池便进入衰退期,当电池容量下降到原来的80%以下时,电池便进入急剧的衰退状况,衰退期很短,这时电池组已存在极大的事故隐患。

  铅酸蓄电池的工作原理为“双硫酸盐化理论”,其结构部件主要为正极板(PbO2)、负极板(铅等重金属合金)、板栅等,铅酸蓄电池在放电时会形成结晶体,充电时铅离子被还原为金属铅。如果我们使用或维护不当,如经常充电不足或过放电,在电池正、负极板接线柱上会逐渐形成一种粗大而坚硬的PbSO4结晶体,这种现象称为“不可逆化的硫酸盐化”,简称“硫化”。“硫化”使蓄电池内阻增大、容量下降,这种不可逆的硫酸盐化的原因是硫酸铅的重结晶,粗大的结晶形成之后溶解度减少,硫酸铅的重结晶使晶体体积变大,是由于多晶体倾向于其表面自由能的结果。所以,电池产生硫化是蓄电池内阻增加的主要原因,而这对电池的使用寿命影响很大,使用什么样的方法进行内阻参数的测试将影响在线监测的最终效果。

  在以上的背景下,前段时间的对于蓄电池的在线监测设备进行了深入的调研,以及参加了中试所对六家在线监测设备厂家进行产品试验,调研后发现各自有其不同的测试方法,总结下来主要是三大类,这几类在效果上分析起来有着明显的区别:

二、交流测试法技术分析

  交流法就是向蓄电池注入一个低频率的交流信号,由于蓄电池内部存在的阻抗,注入信号后测量其反馈的电流信号,进行信号处理,比较注入信号与反馈信号的差异,从而测得蓄电池内阻。交流法测量蓄电池阻抗依赖于高速的数字信号处理技术,但是在系统中的高频模块组成的充电机与外界噪音对信号的干扰无法彻底消除。

  其原理可以用以下简单的公式表示:R=△V/△I

  根据以上说明,以及在中试所的试验中所看到的测试结果来进行分析,对于交流法有以下几点看法:

  1、对于交流注入法实际上只能定义为蓄电池的阻抗。

  2、如右图一所示,一个单体的容量由正负极板形成的, 是传导通路的两个平行部分。通过交流信号或做阻抗测试时, 通路中任何部分的电阻增加都会由电容器掩盖。同时,不同频率的信号所测得的值也不同,对注入信号要求很高,如频率的稳定度和正弦波纯度都直接影响着测试结果。另外,在线测试时也易受充电器的纹波和谐波的干扰。

  3、由于小容量蓄电池的内阻是毫欧级的数值,而大容量的蓄电池其内阻将是微欧级,从交流法的测试原理上我们知道,依靠测量其反馈的电流信号,进行信号处理,比较注入信号与反馈信号的差异得出内阻,但交流法的电流幅值非常小,一般1A(为了避免对系统的影响,不能太大),这么小的电流要在微欧级的微电阻上测量其差异变化,所以对于信号处理精度要求非常苛刻、严格,非常容易受到充电机与外界噪音对信号的干扰,导致测试结果的离散性大。

  4、在直流系统中注入一个交流信号源,从本质上就对系统造成了污染,虽然厂家在不断研究降低频率(实际上是向直流逼近),但幅值不得不提高,但作为一个信号源不是负载,幅值的提高对系统将会对系统设备正常运行造成严重影响,因为我们知道对高频充电模块能够进行冗余并联是对于各模块的输出特性有严格要求的。

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