幾種蓄電池在線(xiàn)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(kāi)始便被稱(chēng)為免維護電池，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(hù)從裝上電池后就基本上沒(méi)有進(jìn)行過(guò)維護和管理，在90年代初，隨著(zhù)使用時(shí)間的增長(cháng)，使用的VRLA電池出現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象也比開(kāi)口式電池更常發(fā)生，這些故障都導致容量損失，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。我們維護部門(mén)以前往往只重視備用電源的設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準進(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，電池和電池組的定期檢測和在線(xiàn)監測是非常重要和必須的，已經(jīng)是是電源系統中非常重要的環(huán)節。但是，從多年的運行維護效果來(lái)看，對于蓄電池進(jìn)行電壓檢測已經(jīng)不能充分反應蓄電池的問(wèn)題，預警性和前瞻性較差，無(wú)法準確及時(shí)找出老化電池。因為浮充電壓小幅值的差異監測并沒(méi)有辦法區別和處理，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確判斷，電壓參數無(wú)能為力，而是當放電時(shí)發(fā)現某電池的放電電壓（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部性能參數，如蓄電池的內阻、當前的剩余容量，如果蓄電池組中有落后的蓄電池,也無(wú)法提前準確判斷和維護，所以蓄電池的內阻和當前的剩余容量的監測可以作為我們有效的手段，VRLA電池和電池組在運行過(guò)程中，隨著(zhù)使用時(shí)間的增加必然會(huì )有個(gè)別或部分電池因內阻變大，呈退行性老化現象，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，而不是以平均值或額定值（初始值）為準，當電池的實(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”，其結構部件主要為正極板（PbO2）、負極板（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不當，如經(jīng)常充電不足或過(guò)放電，在電池正、負極板接線(xiàn)柱上會(huì )逐漸形成一種粗大而堅硬的PbSO4結晶體，這種現象稱(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晶，粗大的結晶形成之后溶解度減少，硫酸鉛的重結晶使晶體體積變大，是由于多晶體傾向于其表面自由能的結果。所以，電池產(chǎn)生硫化是蓄電池內阻增加的主要原因，而這對電池的使用壽命影響很大，使用什么樣的方法進(jìn)行內阻參數的測試將影響在線(xiàn)監測的最終效果。

在以上的背景下，前段時(shí)間的對于蓄電池的在線(xiàn)監測設備進(jìn)行了深入的調研，以及參加了中試所對六家在線(xiàn)監測設備廠(chǎng)家進(jìn)行產(chǎn)品試驗，調研后發(fā)現各自有其不同的測試方法,總結下來(lái)主要是三大類(lèi)，這幾類(lèi)在效果上分析起來(lái)有著(zhù)明顯的區別：二、交流測試法技術(shù)分析

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

根據以上說(shuō)明，以及在中試所的試驗中所看到的測試結果來(lái)進(jìn)行分析，對于交流法有以下幾點(diǎn)看法：

1、對于交流注入法實(shí)際上只能定義為蓄電池的阻抗。

2、如右圖一所示，一個(gè)單體的容量由正負極板形成的, 是傳導通路的兩個(gè)平行部分。通過(guò)交流信號或做阻抗測試時(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)，不同頻率的信號所測得的值也不同，對注入信號要求很高，如頻率的穩定度和正弦波純度都直接影響著(zhù)測試結果。另外，在線(xiàn)測試時(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阻是毫歐級的數值，而大容量的蓄電池其內阻將是微歐級，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(jìn)行信號處理，比較注入信號與反饋信號的差異得出內阻，但交流法的電流幅值非常小，一般1A（為了避免對系統的影響，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?、嚴格，非常容易受到充電機與外界噪音對信號的干擾，導致測試結果的離散性大。

4、在直流系統中注入一個(gè)交流信號源，從本質(zhì)上就對系統造成了污染，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)信號源不是負載，幅值的提高對系統將會(huì )對系統設備正常運行造成嚴重影響，因為我們知道對高頻充電模塊能夠進(jìn)行冗余并聯(lián)是對于各模塊的輸出特性有嚴格要求的。

三、某公司的離線(xiàn)內阻測試方法技術(shù)分析

根據某公司的介紹，其蓄電池的在線(xiàn)監測是結合對放電曲線(xiàn)的分析，進(jìn)行多項測試，進(jìn)行綜合判斷，包括以下三點(diǎn)內容：