閥控銅酸蓄電池的監(jiān)控和故障預(yù)測
2019-11-03 09:54:37
供稿：網(wǎng)友
閥控銅酸蓄電池的監(jiān)控和故障預(yù)測<2>4通過監(jiān)測單體（單元）電池內(nèi)阻預(yù)測電池故障 通過監(jiān)測單體（單元）電池內(nèi)阻預(yù)測電池故障是一個(gè)可以替代頻繁放電試驗(yàn)的非常可靠的方法。需要說明的是：單體電池的內(nèi)阻與其容量有關(guān)，因此可以用來檢測電池放電時(shí)的性能；單體電池的內(nèi)阻與其容量的關(guān)系不是線性的，因此單體電池的內(nèi)阻不能用來直接表示電池準(zhǔn)確的容量，但可以作為電池性能好壞的指示信號(hào)。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，如果單體電池的內(nèi)阻增加超過某個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，這個(gè)電池就不能放出應(yīng)有的容量了。據(jù)此可以檢查出故障電池。4.1電池內(nèi)阻的測量 電池內(nèi)阻可以采用交流法或直流法測量。 用交流法測量電池內(nèi)阻時(shí)，將一個(gè)交流測試信號(hào)加在電池上，然后測量流過電池的電流（I）和該電流在電池兩端產(chǎn)生的交流電壓降（V），由此可以導(dǎo)出阻抗見（V／I）。由于交流信號(hào)頻率一般都選擇得可以忽略電容的影響，測得的數(shù)據(jù)實(shí)際上就是電阻。交流法的缺點(diǎn)是易受充電器紋波和其它噪聲源的影響。但是如果選擇適當(dāng)?shù)臏y試頻率，并采用有效的濾波器，還是可以避免電源紋波和其它噪聲的影響的。交流法的優(yōu)點(diǎn)是不需要電池放電，可以方便地進(jìn)行反復(fù)測量。用直流法測量電池內(nèi)阻時(shí)，電池需瞬時(shí)放電，然后測量電池端電壓在放電過程中的瞬時(shí)變化和放電電流值，據(jù)此導(dǎo)出阻抗值。4．2電池內(nèi)阻和電池故障機(jī)理 參考“閥控鉛酸蓄電池的主要故障機(jī)理”的討論和進(jìn)一步分析，很容易得出閥控鉛酸蓄電池的主要故障機(jī)理與電池內(nèi)阻的關(guān)系。 （1）腐蝕 正極板柵和負(fù)極連接條的腐蝕都會(huì)使電池的金屬通道減少，金屬電阻尼增大，因此，電池內(nèi)阻增大。 （2）板柵增長 板柵增長與腐蝕和電池的老化有關(guān)，板柵增長會(huì)使有效物質(zhì)（涂膏）與板柵松動(dòng)，同樣導(dǎo)致金屬電阻R增大，因此，電池內(nèi)阻增大。 （3）硫（酸鹽）化 由于一部分有效物質(zhì)轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，徐膏的電阻增大，因此電池內(nèi)阻增大。 （4）干枯 干枯是閥控鉛酸蓄電池所特有最嚴(yán)重的故障，干枯將使相鄰板柵間的導(dǎo)電通道電阻增大，最終將完全斷開。 （5）生產(chǎn)制造的缺陷 電池制造方面的缺陷，例如焊接和涂膏等方面的問題也會(huì)引起較高的金屬電阻和電池容量的下降。 以上分析表明，閥控鉛酸蓄電池的各類故障部會(huì)引起電池內(nèi)阻的增加。因此，根據(jù)電池內(nèi)阻的變化可以檢測出影響電池性能的所有問題。這些問題可以分為金屬電阻和電化學(xué)電阻兩類問題。金屬電阻問題不但可能引起電池容量的減少，還會(huì)造成電池端電壓迅速下降，甚至造成供電中斷，對(duì)電池性能的影響最嚴(yán)重。電化學(xué)電阻問題也會(huì)使電池容量減少，但由于電化學(xué)電阻只占電池內(nèi)阻的一小部分，當(dāng)電化學(xué)電阻變得很大時(shí)才會(huì)顯著地影響電池性能。曲線1是具有100％容量的“健康”電池的放電曲線，放電開始時(shí)，由于放電電流在電池內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降，電池端電壓從開路電壓突然降低到較低的數(shù)值，接著經(jīng)歷了電壓衰減和恢復(fù)過程，穩(wěn)定后電壓緩慢下降。當(dāng)電壓下降到終止電壓時(shí)，放出了100％的容量。曲線2是金屬電阻較高的同型號(hào)電池以相同放電率放電的放電曲線，曲線2從放電開始就比曲線1低并一直持續(xù)到放電終止，圖中清楚地表明由于金屬電阻引起的電池容量的下降。曲線3是具有電化學(xué)電阻問題的電池的放電曲線，在放電初期，由于電化學(xué)電阻引起的容量下降不那么明顯，隨著放電的繼續(xù)，容量的下降就顯著增加。從圖中可以看出，無論存在金屬電阻問題或電化學(xué)電阻問題電池，當(dāng)其端電壓下降到終止電壓時(shí)，放出的容量都沒有達(dá)到100％，電池內(nèi)阻和／或放電電流越大，電池的額定容量與實(shí)際容量的差值越大。4.3電池老化和電池內(nèi)阻 電池內(nèi)阻的大小也表示電池老化的程度，電池老化過程與構(gòu)成電池的材料和部件在電池設(shè)計(jì)條件下?lián)p壞的速率有關(guān)。固定型閥控鉛酸蓄電池壽命都規(guī)定為在環(huán)境溫度25℃。浮充條件下的使用年限或以規(guī)定的放電深度放電的循環(huán)次數(shù)。電池進(jìn)人壽命終止的自然過程是非常緩慢的板柵和連接條的腐蝕、涂膏與極板結(jié)合的松動(dòng)以及電解液的干枯的過程。電池老化過程的標(biāo)志是電池內(nèi)阻的增加和電池容量的降低，當(dāng)電池的實(shí)際容量降低到額定容量的80％以下時(shí)，其老化速度將迅速增加，電池就不能使用了，即電池壽命終止。電池壽命終止時(shí)的內(nèi)阻值一般比初始值增加25％左右，但有的也可能增加50%。4.4電池溫度和電池內(nèi)阻 當(dāng)電池溫度升高時(shí)，電解液的活動(dòng)加強(qiáng)，故電池內(nèi)阻減少；當(dāng)電池溫度降低時(shí)，電解液的活動(dòng)減弱，故電池內(nèi)阻增大。大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)溫度較低時(shí)（25℃以下），電池內(nèi)阻隨溫度變化顯著；當(dāng)溫度較高時(shí)（25℃以上），電池內(nèi)阻隨溫度變化緩慢。 因此，如需要在標(biāo)準(zhǔn)溫度下的電池內(nèi)阻值，應(yīng)對(duì)測得的電池內(nèi)阻進(jìn)行溫度修正。 工作于浮充方式的閥控鉛酸蓄電池，溫度升高時(shí)，由于內(nèi)阻的減小，其浮充電流增大，導(dǎo)電元件的腐蝕加劇，因而壽命減少。另一方面，當(dāng)溫度很低時(shí)，由于內(nèi)阻的增大，電池就不能對(duì)負(fù)載放出能量。所以，閥控鉛酸蓄電池的溫度和環(huán)境溫度的監(jiān)測是十分必要的。還必須對(duì)充電電壓進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以避免高溫下的過充和低溫下的欠充。4.5電池充電狀態(tài)與電池內(nèi)阻 電地處于不同的充電狀態(tài)時(shí)其內(nèi)阻值不同，滿充電時(shí)內(nèi)阻最小，放電到終止電壓時(shí)內(nèi)阻最大。充電過程中內(nèi)阻逐漸減小放電過程中內(nèi)阻逐漸增大。故障電池充電時(shí)內(nèi)阻減小的速度較“健康”電池慢；放電時(shí)內(nèi)阻增大的速度較“健康”電池快。4.6電池浮充電壓和電池內(nèi)阻 大量單體電池故障現(xiàn)象表明，單體電池故障時(shí)，其內(nèi)阻增大，浮充電壓上升。但內(nèi)阻增大和充電壓上升不是同時(shí)發(fā)生的。內(nèi)阻增大發(fā)生在浮充電壓上升前很長一段時(shí)間。當(dāng)內(nèi)阻增加值大于基準(zhǔn)值的60％以上時(shí)，浮充電壓才開始上升。電池內(nèi)阻從正常值變化到比基準(zhǔn)值大60％，一般要經(jīng)歷相當(dāng)長的時(shí)間（例如幾個(gè)月或更長）。如下文所述，內(nèi)阻增大25％就說明電池已有嚴(yán)重故障，而此時(shí)浮充電壓仍保持正常狀態(tài)。由此可見，利用內(nèi)阻檢測電池故障可以較早地發(fā)現(xiàn)電池故障，而通過浮充電壓檢測故障可能會(huì)出現(xiàn)誤差。4.7閥控鉛酸蓄電池的維護(hù)測試要求和內(nèi)阻測試周期 根據(jù)IEEE－1188－1996，閥控鉛酸蓄電池的日常維護(hù)測試應(yīng)包括以下內(nèi)容： （1）每月測系統(tǒng)授充電壓、充電電流、溫度并進(jìn)行電池外觀檢查。 （2）每季測系統(tǒng)浮充電壓、充電電流、溫度和單體電池內(nèi)阻并進(jìn)行電池外觀檢查。 （3）每半年測系統(tǒng)浮充電壓、充電電流、溫度、單體電池內(nèi)阻和單體電池電壓并進(jìn)行電池外觀檢查。 （4）每年和初始安裝時(shí)測系統(tǒng)浮充電壓、充電電流、溫度、單體電池內(nèi)阻、單體電池電壓和各單體電池之間連接電阻、整個(gè)電池組所有連接電阻并進(jìn)行電池外觀檢查。 該標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了單體電池內(nèi)阻測試應(yīng)至少每個(gè)季度進(jìn)行一次。這是因?yàn)殚y控鉛酸蓄電池既不能進(jìn)行電解液比重檢查又不能對(duì)電池內(nèi)部構(gòu)件進(jìn)行直觀檢查，需要進(jìn)行較頻繁的測試。4.8根據(jù)電池內(nèi)阻判斷電池故障 （1）電池內(nèi)阻基準(zhǔn)值 電池內(nèi)阻基準(zhǔn)值是用來衡量電池內(nèi)阻變化的參考值。電池內(nèi)阻基準(zhǔn)值可以采用“初始值”或“平均值”。 “初始值”是在新電池安裝后驗(yàn)收時(shí)對(duì)每個(gè)單體（單元）電池進(jìn)行內(nèi)阻測量所得到的電池內(nèi)阻值。由于“初始值”是在一定的環(huán)境溫度下測得的，投入運(yùn)行的電池，其內(nèi)阻的測量也應(yīng)在相同溫度下進(jìn)行，以便與“初始值”比較。因此，“初始值”適用于溫度比較穩(wěn)定的應(yīng)用環(huán)境。 “平均值”是指進(jìn)行單體（單元）電池內(nèi)阻測量時(shí)電池組中所有單體（單元）電池的內(nèi)阻的平均值。衡量電池內(nèi)阻時(shí)，如果將測得的每個(gè)單體（單元）電池內(nèi)阻與“平均值”相比較，得出的結(jié)果可以消除濕度對(duì)內(nèi)阻的影響。 （2）判斷電池故障的依據(jù) 根據(jù)前面關(guān)于影響電池內(nèi)阻的因素的討論可知，閥控鉛酸蓄電池除非在充放電時(shí)，其內(nèi)阻的變化不是很快，故內(nèi)阻的增大可以反映電池容量和性能下降的程度。一般說來，當(dāng)單體（單元）電池浮充時(shí)的內(nèi)阻值比基準(zhǔn)值（“初始值”或“平均值”）增大25%以上時(shí)，這個(gè)電池就可以判斷為故障電池。至于溫度對(duì)內(nèi)阻的影響，如果采用“平均值”作為比較的基準(zhǔn)是可以消除的。 （3）故障電池的處理 當(dāng)某個(gè)單體（單元）電池內(nèi)阻的數(shù)值預(yù)示該電池有潛在的故障時(shí)，可以采取以下措施之一： ·檢查這個(gè)電池的連接，必要時(shí)擰緊連接螺絲。如果連接 正常，單獨(dú)給這個(gè)電池充電。如果沒有改善，更換這個(gè)電 池。 ·對(duì)這個(gè)單體（單元）電池進(jìn)行容量試驗(yàn)，再根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果 決定是否更換這個(gè)電池。如果其容量小于80％額定容量 立即更換這個(gè)電池。否則還可以使用一段時(shí)間。 ·對(duì)這個(gè)電池所在的整組電池進(jìn)行容量試驗(yàn)，更換其中實(shí) 際容量小于80％額定容量的所有的電池。如果這組電池 中有多個(gè)電池的容量達(dá)不到80％額定容量，也可考慮更 換整組電池。 究竟采取哪一種措施，取決于系統(tǒng)可靠性和經(jīng)濟(jì)方面的考慮。如果主要考慮可靠性，應(yīng)選擇第三種措施。第一種措施是最經(jīng)濟(jì)的處理措施，適用于較小的應(yīng)用系統(tǒng)以及采用短壽命的閥控鉛酸蓄電池的應(yīng)用系統(tǒng)。無論采用哪種措施，都可以在造成備用電源系統(tǒng)故障以前處理好故障電池，因而可以保證備用電源系統(tǒng)永遠(yuǎn)安全可靠地供電。摘自《電信科學(xué)》
