固定型鉛酸蓄電池的檢測方法-歐姆測量法

固定型鉛酸蓄電池的檢測方法-歐姆測量法

概述：測量鉛酸蓄電池的歐姆電阻來(lái)檢測蓄電池的技術(shù)狀態(tài)，這種方法的運用越來(lái)越受到人們的歡迎。艾諾斯EnerSys公司根據內阻儀制造商的建議，一直致力于自己生產(chǎn)的驗證蓄電池的商用測試設備，以及使用這些設備測得的數據。隨著(zhù)時(shí)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期蓄電池的壽命。但是，必須指出的是，在實(shí)際應用中必須考慮到人工讀數所帶來(lái)的測量誤差，片面地使用這種讀數有時(shí)會(huì )導致錯誤的結論。

歐姆電阻的應用，通過(guò)國際電工協(xié)會(huì )的刊物，電池生產(chǎn)商以及測試設備制造商，得到了很好的證明?？偠灾?，這些組織推薦根據蓄電池全壽命期內阻值的變化趨勢來(lái)預測蓄電池的壽命。越來(lái)越多的蓄電池用戶(hù)向我們索取蓄電池內阻參考值，作為保修或者是更換的依據。

基于市場(chǎng)的經(jīng)驗和客戶(hù)的需求，艾諾斯EnerSys完全支持這項技術(shù)的運用。針對消費者，產(chǎn)品，設備和一些具體的應用案例，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則。然而，艾諾斯出版的蓄電池使用說(shuō)明書(shū)和IEEE蓄電池維護標準中所列舉的常規的蓄電池維護規程將必須像以往一樣予以重視。

內阻測試產(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)富液式設計。電池購買(mǎi)者和和他們的維護技工有非常實(shí)用的工具來(lái)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，單節浮充電壓測試儀，視覺(jué)觀(guān)察電池內部結構變化。

20世紀80年代前中期，隨著(zhù)閥控式密封鉛酸蓄電池的使用量越來(lái)越多，自從蓄電池的設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，維護技術(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計存在壽命較短、先天的缺陷，突發(fā)性失效等問(wèn)題，人們開(kāi)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(kāi)始設計/制造/銷(xiāo)售這些測試設備，以確定蓄電池內部電阻，如阻抗，電導和內部阻力，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90年代初EnerSys公司和那些先驅的蓄電池制造公司積累了大量的歐姆測量裝置經(jīng)驗。

內阻的定義和測試方法
本文使用的信息、用語(yǔ)、釋義中來(lái)自美國電氣和電子工程師協(xié)會(huì )IEEE標準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性的信息。

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

a）阻抗測量可通過(guò)給電池施加一個(gè)已知頻率和振幅的電流信號，然后測量在單節或整組電池上的產(chǎn)生的交流壓降。交流電壓是由單節電池的正極和負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(dòng)完成的。

b）電導率可以通過(guò)給某節電池上施加一個(gè)的已知頻率和振幅的電壓，測試流過(guò)該電池上電流的變化值，電導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(gè)負載，然后測量流經(jīng)電池上的各個(gè)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。

內阻測試設備的可用性和標準化
至今為止，電池維護技術(shù)員有很多品牌的歐姆電阻測量設備可供選擇，然而這對于整個(gè)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō)并不是一個(gè)利好消息。不幸的是，隨著(zhù)市場(chǎng)的成長(cháng)和競爭地加劇，并沒(méi)有針對此測試方法形成一個(gè)標準或者法規。有些廠(chǎng)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，不僅同一節電池的阻抗和電導讀數不相兼容，而且不同廠(chǎng)家設備的阻抗讀數和電導讀數分別都不相兼容。使用較短時(shí)間放電數值和使用電壓和電流注入法測試數據也不相容?？梢哉f(shuō)，從標準化數據的角度上講，該行業(yè)的狀況是如此混亂。

內阻測量的測試實(shí)施
在確定蓄電池容量的百分比或安時(shí)數時(shí)，歐姆電阻測量到底在什么地方不能取代長(cháng)時(shí)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(méi)有結論性的依據，關(guān)于判斷電池容量的方法也沒(méi)有得到業(yè)界一致認可和肯定。

使用歐姆讀數的正確方法應該是，把它作為一種檢測蓄電池一段時(shí)間的變化趨勢的工具，用它來(lái)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。

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

當這組蓄電池運行了6個(gè)月之后，之前提到的區分將會(huì )趨于平緩。這時(shí)候應該記錄另一組歐姆讀數，把它們作為的基準讀數。從這時(shí)開(kāi)始，單節電池的讀數應該在整組平均值30％的以?xún)取?/FONT>

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

內阻測量的應用效果
如前所述，歐姆讀數不能，也不應該用來(lái)預測電池或電池組的實(shí)際容量。

電池趨勢模式中的歐姆讀數是用來(lái)查找落后電池的一個(gè)非常有效的工具。由于電解質(zhì)比重變化，電解液干涸，電池槽/蓋/密封處/排氣閥泄漏，凝膠惡化，隔離層惡化/短路，邊緣短路，或極板網(wǎng)柵腐蝕。這些類(lèi)型的電池失效形式經(jīng)過(guò)時(shí)間的積累慢慢地將會(huì )使歐姆讀數逐漸產(chǎn)生偏離，就像上文提到的這些歐姆讀數會(huì )超過(guò)臨界值50％。

有一種蓄電池失效形式是用歐姆讀數趨勢分析不能及時(shí)地檢測出來(lái)。這種情況下歐姆測讀數是正常的，但這種電池會(huì )快速地或者突然失效，這種失效形式就是負極板腐蝕。

在很多的文獻資料當中都有負極板腐蝕產(chǎn)生的原因，預防方法方面的介紹。在這里我們將不重復這些細節。下面對這個(gè)問(wèn)題做簡(jiǎn)短的說(shuō)明，在鉛酸蓄電池中，某個(gè)特定的環(huán)境中，負極/極板/倒流排的侵入性腐蝕速度會(huì )非?？?。通常情況下，匯流排有足夠的厚度和橫截面使得內阻值正常，當這種狀況持續到一定極限，電池腐蝕會(huì )進(jìn)行很快直到開(kāi)路。這種開(kāi)路失效是一種非常嚴重的情況，它可以使整個(gè)蓄電池組的電力將會(huì )立即消失，用戶(hù)將會(huì )完全失去后備的蓄電池。在正常的維護規范中，歐姆讀數會(huì )在一個(gè)月或者更長(cháng)時(shí)間的間隔內測量一次，這樣的話(huà)一般來(lái)說(shuō)它就不具有預測負極板失效的作用。

蓄電池廠(chǎng)家提供的歐姆讀數
經(jīng)越來(lái)越的客戶(hù)請求或者要求蓄電池廠(chǎng)家提供歐姆參考值。但廠(chǎng)家提供的數據往往是有問(wèn)題的。它不精確的，甚至有時(shí)候誤導客戶(hù)。

蓄電池制造廠(chǎng)家采集的歐姆數據會(huì )有兩大用處：

（1）生產(chǎn)中的落后電池鑒別——這是一種合理而且有用的技術(shù)，它能夠幫助電池生產(chǎn)商篩選出問(wèn)題電池。然而，如果電池生產(chǎn)商將放電測試作為電池生產(chǎn)工藝的一部分的話(huà)，那么測試歐姆數據就沒(méi)必要了，因為放電測試便會(huì )鑒別出落后電池。如果電池生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行放電測試的話(huà)，那么發(fā)貨前的歐姆測量將會(huì )很重要。這些讀數是電池在開(kāi)路的狀態(tài)下測得，一般來(lái)說(shuō)，偏移均值50％的電池應該進(jìn)行進(jìn)一步的放電測試評估。

（2）作為客戶(hù)使用基準讀數。工廠(chǎng)提供的歐姆數據的有用性是很值得懷疑的，可以說(shuō)對電池用戶(hù)沒(méi)有太大意義。為使測試數據有價(jià)值，電池數據的采集必須在浮充狀態(tài)下進(jìn)行。因為大多數的生產(chǎn)商在生產(chǎn)過(guò)程中，并沒(méi)有使電池在浮充狀態(tài)下持續足夠長(cháng)的時(shí)間，長(cháng)時(shí)間的浮充是蓄電池性能穩定必須經(jīng)歷的一個(gè)過(guò)程。這有在這個(gè)階段結束后，測得的數據才有意義。

另外如果蓄電池制造廠(chǎng)給出的內阻值是使用生產(chǎn)商ABC內阻儀測得的，而客戶(hù)的維護技工所使用的內阻值卻來(lái)自XYZ生產(chǎn)商的內阻儀，那么生產(chǎn)商給出的數據對于客戶(hù)來(lái)說(shuō)就沒(méi)有意義。由于業(yè)界可得到許多種測試儀器，因此蓄電池制造商使用每種儀器都測一遍內阻是不現實(shí)的。如果蓄電池廠(chǎng)給出的是阻抗讀數，而蓄電池用戶(hù)使用的是電導和內阻讀數，情況會(huì )更加糟糕。

甚至在某些極端的情況下，盡管蓄電池廠(chǎng)和客戶(hù)都使用的是由同一設備所測量的蓄電池內阻讀數，蓄電池廠(chǎng)的內阻讀數有時(shí)候卻與用戶(hù)測得的內阻值有很大的差異，不能作為判斷電池長(cháng)期趨勢的基準值，這是因為這些電池在裝運，儲存和前幾個(gè)月的浮充使用中內阻值會(huì )發(fā)生變化。

富液式電池的歐姆讀數
上面的多數段落描述的事實(shí)都是針對閥控式密封式鉛酸蓄電池，但是基理也同樣適用于固定型富液式電池。正如背景段落中描述的那樣除了內阻儀以外，還有好多可用的工具來(lái)評估富液式電池的健康狀態(tài)。而且前面所討論的局限性和有效性也基本相同。唯一的例外是關(guān)于負極部分的腐蝕的討論，因為在富液電池中電解液的高度保持在極板上方，負極部分的腐蝕是不會(huì )發(fā)生。

結論
1 歐姆測量不能作為放電測試的替代方法，而且也不能用來(lái)預測的容量絕對值

2 在現場(chǎng)維護時(shí)內阻儀能夠作為判斷蓄電池運行一段時(shí)間內變化趨勢的工具，用來(lái)檢測出落后電池，但有時(shí)需要對落后蓄電池進(jìn)一步評估來(lái)確定落后的真實(shí)性。

3 在現場(chǎng)維護中，產(chǎn)商工廠(chǎng)的給出歐姆測量值會(huì )誤導客戶(hù)，用它作為基準值判斷蓄電池的變化趨勢意義不大。

4 在生產(chǎn)過(guò)程中沒(méi)有進(jìn)行放電核容測試的蓄電池產(chǎn)商可以使用歐姆測量讀數檢驗落后電池。

5通過(guò)觀(guān)察電解液的沉淀物的數量和顏色是富液式電池測試的首選，除此以外，還有其他可用來(lái)檢測富液式電池的工具，包括電解液比重，液面和溫度的測試儀器。對于富液式電池來(lái)說(shuō)，歐姆測量還是有些用的，故而可作為測量時(shí)的輔助性工具。

6 為了確保測試結果的精確和一致性，測量歐姆讀數應該使用同一種的測試設備，不同的測試設備測得數值沒(méi)有可比性，而且在許多情況下，為了恢復將來(lái)的趨勢分析新的基準值必須重新測試內阻值。

7 由于歐姆讀數很大程度上取決于測試點(diǎn)和測試時(shí)測試電纜的相對位置，每次測試時(shí)要保持測試條件前后一致。

8 EnerSys可按客戶(hù)所要求的測試條件提供內阻參考值。