蓄电池的容量及内阻测试.docx

普通铅酸蓄电池由于是敞口式、富电解液，可以通过调节硫酸比重来检测及调节各单体蓄电池性能。而阀控密封式铅酸蓄电池只能通过均衡充电来调节整组蓄电池中个别落后的单体蓄电池，补充运行中浮充电的不足，对于运行中蓄电池的充电程度、剩余容量及各单体蓄电池之间容量差异，则不能直接测量，这又是阀控密封式铅酸蓄电池用户急需了解和掌握的。影响蓄电池运行的因素主要有以下几个。
    ① 蓄电池选型配组。
    ② 串并联方式。
    ③ 安装时连接线缆与极柱的可靠性。
    ④ 浮充电压值、均充电压值及过放电电压值的设定。
    ⑤ 蓄电池外环境，如温度、通风、蓄电池有无过放过充。
    ⑥ 充电装置的纹波系数大小及是否有蓄电池管理功能。
    上述影响蓄电池运行的因素在85%的蓄电池用户中都不同程度地存在，也是造成蓄电池单体之间容量衰减不齐和失效的主要原因。
    蓄电池的测试项目
    测试蓄电池的目的是为了确定该蓄电池是否能满足使用要求，这在更换蓄电池和判定原有蓄电池是否失效时是必须的。通常对蓄电池的要求有以下几个。
    ① 蓄电池的端电压满足额定或使用要求。
    ② 蓄电池应具有在启动放电瞬间就能输出大电流的特性。
    ③ 蓄电池应具有满足要求的一定容量和内阻，以保证蓄电池的供电时间。    从以上对蓄电池的要求可见，单凭测量蓄电池的端电压是不能确定蓄电池好坏的。为此，应对蓄电池进行以下项目的测试。
1.离线测量蓄电池的端
    电压根据《电信电源维护规程》的要求，一组蓄电池的单体端电压不允许超出蓄电池平均单体电压的±50mV（超出电压范围的蓄电池可能是由没有正常充电或蓄电池故障引起的）。阀控密封式铅酸蓄电池在正常浮充状态下的充电电流，一是补偿蓄电池自放电的损耗，二是用于蓄电池内部氧循环复合反应。这个电流值在一般情况下非常小，通常只有几安培。在浮充状态下，端电压不能准确反映出蓄电池内阻的大小。同时，由于蓄电池的浮充电压和电流的关系受蓄电池内部氧气复合的影响，单体蓄电池浮充电压的偏移范围较大，因此，采用在线检测蓄电池端电压的方法所获得的结果存在误差。曾出现过浮充端电压正常而放电时蓄电池不能放电的情况，所以这种检测方法不能准确地判断蓄电池的状况。
    离线测量蓄电池的端电压是指蓄电池在脱离原连接线路的情况下，使用万用表的DC电压挡或电压表直接测量蓄电池两端的电压。被测蓄电池端电压应为12V左右（对12V的蓄电池而言），最低不能低于10.5V。不足10.5V的蓄电池即为欠压或可能已经失效的蓄电池。若这种蓄电池在经过充电或激活充电后端电压仍达不到12V，则为失效蓄电池
2.测试启动瞬间输出大电流的特性
    测试蓄电池是否具有启动瞬间输出大电流的特性，对不在线的供电系统由市电供电向蓄电池供电的转换时间要求短于7ms，一般设计为4～5ms。这就是说，一旦市电供电中断，蓄电池必须在短于4～5ms的时间内输出负载所需的电流。有些失效的蓄电池能够满足端电压和容量的要求，但不能在短于4～5ms的时间内使放电电流达到瞬间输出大电流的要求。这种蓄电池造成的UPS故障表现为，UPS在空载或轻载时能逆变转换成功，增大到正常负载时逆变失败。
3.蓄电池内阻测试
    质量良好的蓄电池内阻为20～30mΩ，当内阻超过80mΩ时，需要对蓄电池进行均衡充电处理或活化处理。蓄电池内阻的增大，必然伴随实际输出能量的降低，从而表现为蓄电池容量的减小。测试蓄电池内阻是否增大，不能用万用表的电阻挡直接测量，应采用间接测量计算的方法。
蓄电池的测试方法
1. 蓄电池巡检法
    在放电状态下，对蓄电池组的各只蓄电池的端电压进行巡回检测，找出端电压下降最快的一只，将其确认为落后蓄电池，再对此蓄电池进行在线放电，检测其容量，即代表该组蓄电池的容量。蓄电池巡检法的条件是蓄电池的浮充电流一般为3～5mA/Ah，相对于蓄电池的10h率放电电流而言是很小的，其误差在5%以内。这种方法方便易行，但不能全面反映蓄电池组每只单体蓄电池的情况。
2.蓄电池温度测量法
    除去电化学反应的吸热和放热外，由于蓄电池存在内阻，使得蓄电池在充、放电过程中，当有电流经过时，蓄电池内部会产生热量，这部分热量会引起蓄电池的温度发生变化。在同样电流的条件下，蓄电池内阻不同，蓄电池内部产生的热量不同，蓄电池的温度就不同。蓄电池温度测量法是在蓄电池负极柱根部安置温度传感器，通过测量在线蓄电池的温度，找出温度异常的蓄电池。这实际上是将蓄电池的内阻通过温度间接地反映出来，测量时应避免因接触电阻而造成的误差。研究表明，不论是恒流放电，还是限压恒流充电或浮充状态，荷电量最小的蓄电池温度最高。该方法因其测试简便和测试结果的直观性受到一定的重视。
3.电导测量法
    电导测量法是指向蓄电池的两端加一个已知频率和振幅的交流电压信号，测量出与电压同相位的交流电流值，其交流电流分量与交流电压的比值即为蓄电池的电导。电导是频率的函数，不同的测试频率下有不同的电导，在低频率下，蓄电池电导与蓄电池容量相关性较好。一般测量频率为20～30Hz，对于大容量蓄电池，频率要低于10Hz。蓄电池的容量越小，蓄电池电阻越大，电导越小。电导测量法需要通过放电来记录蓄电池的电导随其容量变化的曲线，根据蓄电池厂家提供的出厂蓄电池的电导与放电的数据，以及日常定时检测运行中蓄电池的电导，对照电导与容量的曲线查出蓄电池实际容量。
4.电压、电流回路测试法
    应用电压、电流回路测试法，在电流回路中设有一个限流电阻，确保测量出在1～2s（用电子门开关控制）内的单体蓄电池放电电流ΔI，在电压回路中，单体蓄电池端电压变化ΔU，如图1所示。根据下式可计算出蓄电池的内阻。

图1  电压回路中电梯蓄电池端电压变化

蓄电池容量的检测
    容量检测是在蓄电池在线或离线的情况下，以[插图]电流对假负载进行放电，当有一只蓄电池端电压首先降至放电终止电压时停止放电，蓄电池组的容量就以该蓄电池的容量为代表。蓄电池应每两年进行一次容量试验，使用5年后宜每年一次。除此之外，应每年以实际负载进行一次核对性放电试验，放出蓄电池额定容量的30%～40%，通过积累数据，描绘每年的放电曲线，经过比较和分析来判定运行中蓄电池的容量。这种方法正是蓄电池带载试验方法。其基本依据为

    式中，Ud为蓄电池带载时的端电压；Uj为蓄电池静态端电压；If为蓄电池放电电流；Rn为蓄电池的内阻。
    当Rn增大时，则Ud降低，因此，在放电时可方便检查到内阻大的蓄电池。    
    容量试验是检测蓄电池容量最直接、最可靠的方法。同时，不论是在线检测还是离线检测，都必须设置备用电源作为防范措施，以保证系统安全。但是，容量试验因为蓄电池组数多，放电时间长，放电后又要及时进行充电，所需的人力和电能消耗很大，对蓄电池本身也有一定的损耗。同时，在操作过程中，在脱开和连接蓄电池及假负载时，由于电压的存在使得操作带有危险性。
    为克服上述检测方法的不足，部分厂家开发了蓄电池检查单元。其检查原理是将智能充电器整流器电压缓慢下降，一直降到蓄电池正常电压以下，若这时蓄电池开始放电而且能坚持一段设定的时间，则智能充电器的面板显示屏上给出蓄电池有效；若蓄电池这时不放电，但由于整流器仍继续向负载供电，使电源系统仍处于正常供电状态，系统所带负载不受任何影响，但面板显示屏上已给出蓄电池失效应更换的信息。这项检查可以自动进行，可以事先设定每隔多长时间检查一次，每次检查可以设定到何时自动进行或人工进行，可在面板控制屏上设置。
    当前的测量仪器多采用的是交流注入和瞬间负载测试（直流测量）两种方法。使用交流注入的仪器（如测量阻抗或电导的仪表），在测量时会对蓄电池施加一个交流的测试信号，然后再测出相应的电压和电流，阻抗的读数U/I会随频率而变化。采用交流方式的仪器存在易受充电器纹波电流和噪声源干扰的问题，并且有些设备不能在线（连接充电器和负载，并处于浮充状态）对蓄电池进行测试。使用频率为60Hz和50Hz的交流测试电流更不可取，因为这是充电器纹波和噪声源的主要频率。
    测试蓄电池的设备、仪器虽然很多，但使用的方法只有两类：一是深放电恒流控制的测试方法，二是蓄电池内阻（电导）测试方法。第1类方法也称蓄电池容量试验，它是一种传统的方法，测试的结果准确，但现场要做拆装、连接导线等烦琐工作，需要时间长。第2类方法所用的测试仪器轻便，操作简单，但测试结果不能说明蓄电池容量的确切值，只起到判别蓄电池状况的作用。
    通常，蓄电池技术手册中提到的蓄电池容量指的就是蓄电池的标称容量（也叫额定容量），它是以蓄电池液体温度在25℃的条件下，通过10h率恒流放电，蓄电池电压下降到1.8V所显示的容量。
    《电信电源维护规程》中对蓄电池容量试验是这样规定的：蓄电池组在充足电量的情况下脱离开供电系统，以10h率恒流单独对假负载放电，当放电时间达10h或其中一只蓄电池电压下降到1.8V时即停止放电，此时计算出25℃时的容量，为本次试验所得的蓄电池容量。
    从上面的规定可以看到，蓄电池容量试验实际就是标称容量的实施方法，按此方法检测出的容量肯定是最准确的。在这种方法中有一个特点，虽然是在进行整组蓄电池容量试验，但实质是以电压下降最快的一只蓄电池（也称落后蓄电池）的容量为准。换句话说是落后蓄电池的容量就是这组蓄电池的当前容量，也可以说是通过蓄电池容量试验找出了落后蓄电池。这种方法存在下列缺点。
    ① 容量试验将加速蓄电池的老化失效进程，缩短蓄电池的使用寿命，故不能经常性地做。
    ② 测试成本高，时间长。容量试验若用水阻方法，则费工费时，污染环境，而购置专门测试仪，要花费高额的成本。
    ③ 测试结果只能反映测试阶段蓄电池的容量和性能，不能预测蓄电池未来的容量和性能，也不能准确预测以后蓄电池的失效趋势。
    ④ 测试期间，被测蓄电池将不能正常供电。
    ⑤ 容易因人为疏忽造成过度放电，同时放电试验会加速蓄电池的老化，缩短蓄电池的使用寿命。