歐姆測量法——固定型鉛酸蓄電池新的檢測手段

內容提要

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?/p>

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。