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耐普蓄電池維護(hù)測(cè)試方法
(1)傳統(tǒng)的耐普蓄電池維護(hù)方法
電工學(xué)會(huì)鉛酸蓄電池檢測(cè)和維護(hù)規(guī)范IEEE1188-1996中對(duì)于蓄電池維護(hù)規(guī)定,對(duì)于鉛酸蓄電池的維護(hù)應(yīng)做到以下4點(diǎn):
①實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的單體蓄電池電壓、電池組電流和環(huán)境溫度的監(jiān)控;
?、诿吭?~2次的單體蓄電池內(nèi)阻測(cè)試并跟蹤蓄電池內(nèi)阻變化趨勢(shì);
?、勖磕?次的核對(duì)性放電;
?、軐?duì)現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)間超過(guò)2年的蓄電池,應(yīng)做到每3個(gè)月進(jìn)行一次核對(duì)性放電。
該標(biāo)準(zhǔn)在提高了蓄電池系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性的同時(shí),也大大提高了對(duì)于蓄電池日常維護(hù)的要求,很難在我們的日常維護(hù)中得到充分的執(zhí)行。結(jié)合我們自身的實(shí)際情況,大部分運(yùn)行維護(hù)工作采用了相對(duì)簡(jiǎn)化的維護(hù)流程:
?、佻F(xiàn)網(wǎng)電池浮充電壓、浮充電流的日常巡檢(每月1次);
?、跇屑~機(jī)房蓄電池組核對(duì)性放電試驗(yàn),放出容量的30%~40%(每年1次);
?、刍倦姵厝萘糠烹娫囼?yàn)(每年1次);
?、馨l(fā)電機(jī)啟動(dòng)電池(半年1次)。
簡(jiǎn)化了的維護(hù)流程在降低了耐普蓄電池維護(hù)工作量,也提高了蓄電池組的安全隱患。即便是按照簡(jiǎn)化后的流程執(zhí)行,蓄電池的日常巡檢和定期放電仍需要大量的人力、物力才能完成。一年一次的全容量放電的測(cè)試密度仍然不能做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池性能的劣化狀況;進(jìn)一步加大放電試驗(yàn)密度將使蓄電池維護(hù)所牽扯的人力、物力投入過(guò)大,缺乏可操作性;對(duì)于現(xiàn)網(wǎng)的數(shù)量龐大的蓄電池,缺乏系統(tǒng)性的運(yùn)行性能統(tǒng)計(jì)、趨勢(shì)分析、預(yù)警和質(zhì)量管理的支撐平臺(tái),維護(hù)管理手段落后。維護(hù)工作缺乏主動(dòng)性、預(yù)防性[3]。
(2)耐普蓄電池運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控
耐普蓄電池運(yùn)行參數(shù)包括蓄電池的單體電壓、電池組電壓、電流和環(huán)境溫度等參數(shù)。目前,對(duì)于這些參數(shù)的測(cè)量主要依靠人工定期巡檢和在線式電壓檢測(cè)儀來(lái)完成。電壓、電流和環(huán)境溫度是耐普蓄電池的運(yùn)行參數(shù)指標(biāo),也是蓄電池穩(wěn)定運(yùn)行的基本的保障。惡劣的運(yùn)行環(huán)境將大大縮短耐普蓄電池的使用壽命,加大蓄電池的安全隱患。環(huán)境溫度過(guò)高,會(huì)加速蓄電池失水,造成蓄電池失效加速。在35℃時(shí)運(yùn)行耐普蓄電池的劣化將加速一倍;在55℃時(shí),對(duì)于耐普蓄電池浮充一個(gè)月所造成的劣化相當(dāng)于在25℃時(shí)浮充一年的等級(jí)。同樣,過(guò)高的充電電壓也將大大加速蓄電池的劣化速度。當(dāng)充電電壓或環(huán)境溫度過(guò)低時(shí),蓄電池的容量飽和度很難達(dá)到100%,也直接體現(xiàn)為蓄電池放電容量不足。過(guò)放電對(duì)于耐普蓄電池的損害是非常大的。對(duì)于串聯(lián)使用的蓄電池組,由于耐普蓄電池個(gè)體之間的差異,放電過(guò)程中不同耐普蓄電池達(dá)到終止電壓的時(shí)間差異很大。電池組中的某些劣化蓄電池達(dá)到放電終止電壓的時(shí)間往往大大提前于其他耐普蓄電池。以電池組電壓為單位計(jì)算放電終止電壓,易造成蓄電池組中部分劣化雙登蓄電池過(guò)放電甚至是深度過(guò)放電,加速耐普蓄電池組中故障蓄電池的出現(xiàn)。放電過(guò)程中,當(dāng)電池組中出現(xiàn)達(dá)到終止電壓的單體雙登蓄電池時(shí)應(yīng)停止放電,而不是以電池組電壓為參考標(biāo)準(zhǔn)。
但是,僅僅對(duì)于蓄電池的電壓、電流和環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)還無(wú)法達(dá)到有效維護(hù)耐普蓄電池的目的。雙登蓄電池運(yùn)行環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)的意義更多體現(xiàn)在對(duì)于雙登蓄電池運(yùn)行環(huán)境的合理性檢測(cè),而不是耐普蓄電池故障的排查。性能很差的耐普蓄電池在浮充狀態(tài)時(shí),端電壓的變化并不明顯,甚至有“浮充電壓正常但放電時(shí)出現(xiàn)嚴(yán)重故障”的情況[1]。而等到耐普蓄電池放電時(shí)發(fā)現(xiàn)異常,往往為時(shí)已晚。
(3)耐普蓄電池阻抗/電導(dǎo)在線監(jiān)測(cè)
耐普蓄電池的阻抗/電導(dǎo)測(cè)試技術(shù)是目前*的蓄電池故障快速檢測(cè)方法,也是蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理的發(fā)展方向。該技術(shù)在民用中已經(jīng)得到了較好的普及,對(duì)于手機(jī)電池和汽車(chē)電瓶的故障快速檢測(cè)都是基于蓄電池的阻抗/電導(dǎo)進(jìn)行判斷的。
在工業(yè)電源蓄電池檢測(cè)領(lǐng)域中,除電工學(xué)會(huì)IEEE1188將蓄電池阻抗測(cè)試列為日常檢測(cè)內(nèi)容外,美國(guó)的TIA-92(數(shù)據(jù)中心通用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)范2005年版)和我國(guó)的GB50174-2008(電子信息系統(tǒng)機(jī)房設(shè)計(jì)規(guī)范)也將蓄電池阻抗在線監(jiān)測(cè)列為數(shù)據(jù)中心雙登蓄電池的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)。
目前采用的電池內(nèi)阻測(cè)試設(shè)備主要分為在線式與離線式兩種。在線式測(cè)試系統(tǒng),能自動(dòng)化的、持續(xù)的監(jiān)測(cè)各單體蓄電池參數(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)于耐普蓄電池的生命周期全過(guò)程管理。離線式測(cè)試系統(tǒng)(如手持式儀表),偏重于電池篩選過(guò)程,可確保電池使用前的*性。從實(shí)現(xiàn)手段看,分為直流放電法和交流注入法。
直流放電法(U.S.PatentNo:5,744,962)通過(guò)對(duì)耐普蓄電池瞬時(shí)大電流放電,并測(cè)試蓄電池端電壓跌落獲得蓄電池內(nèi)阻數(shù)據(jù)。如圖2所示。
直流放電法有以下幾個(gè)主要的缺點(diǎn):需要對(duì)電池進(jìn)行大電流放電;不能測(cè)量蓄電池的極化內(nèi)阻即電化學(xué)內(nèi)阻;與蓄電池連續(xù)放電容量相關(guān)性差。
但是,直流放電法由于采用了瞬時(shí)大電流放電的方式,對(duì)于在實(shí)際使用中需要使用電池瞬時(shí)大電流放電的場(chǎng)合(如發(fā)電機(jī)啟動(dòng)電池),這種方式還是具有一定使用意義的。
交流注入法采用向耐普蓄電池注入一定頻率的交流信號(hào)實(shí)現(xiàn)阻抗的測(cè)試。交流法測(cè)試原理圖如圖3所示,將一定幅度的交流電流信號(hào)注入到蓄電池中,同時(shí)捕捉蓄電池的電壓反饋。
交流法測(cè)試的耐普蓄電池內(nèi)阻,能在很大程度上體現(xiàn)出蓄電池的電化學(xué)特性,其測(cè)試方式的科學(xué)性較強(qiáng)。同時(shí),由于采用交流注入的方式,會(huì)對(duì)電池系統(tǒng)中的紋波造成一定影響。對(duì)于直流系統(tǒng)特別是對(duì)于紋波要求較高的場(chǎng)合,直接采用交流法會(huì)對(duì)電源質(zhì)量造成一定的影響。
關(guān)于耐普蓄電池的阻抗和電導(dǎo)的區(qū)別一直以來(lái)有一定的爭(zhēng)論。電工學(xué)會(huì)對(duì)于耐普蓄電池的阻抗和電導(dǎo)的測(cè)試方法進(jìn)行了如下的定義:將已知頻率的恒定電流注入到耐普蓄電池,通過(guò)對(duì)耐普蓄電池端電壓反饋進(jìn)行測(cè)試,獲得的數(shù)據(jù)為耐普蓄電池的阻抗;將已知頻率和振幅的交流電壓加到耐普蓄電池的兩端,測(cè)量所產(chǎn)生的電流,獲得的數(shù)據(jù)為耐普蓄電池的電導(dǎo)。即通過(guò)施加恒流信號(hào),測(cè)試耐普蓄電池電壓反饋的方法為阻抗測(cè)試法;通過(guò)施加恒壓信號(hào),測(cè)試耐普蓄電池電流反饋的方法為電導(dǎo)測(cè)試法。經(jīng)過(guò)對(duì)于目前世界市場(chǎng)主流的耐普蓄電池測(cè)試設(shè)備分析和比較,以MIDTRONIC、BTECH、GRANDPOWER等為代表的主流耐普蓄電池監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)廠家均采用恒流方式進(jìn)行耐普蓄電池的阻抗測(cè)試。也就是說(shuō),市場(chǎng)上主流的耐普蓄電池阻抗測(cè)試設(shè)備,不管顯示的是雙登蓄電池的阻抗或是電導(dǎo),實(shí)際上都是基于電工學(xué)會(huì)定義的耐普蓄電池阻抗測(cè)試方法實(shí)現(xiàn)的。因此,目前對(duì)于阻抗/電導(dǎo)的提法,主要針對(duì)于采用直流大電流放電法測(cè)量雙登蓄電池內(nèi)阻而提出的。耐普蓄電池的阻抗/電導(dǎo)測(cè)試的實(shí)質(zhì)是針對(duì)于耐普蓄電池在一定頻率下復(fù)頻阻抗的測(cè)量,除了應(yīng)體現(xiàn)蓄電池內(nèi)阻的歐姆內(nèi)阻之外,還要綜合考慮耐普蓄電池的極化內(nèi)阻等復(fù)頻阻抗。在很多研究方法中[3],采用圖5作為電池阻抗分析的等效電路。從等效電路,能夠看出對(duì)于雙登蓄電池進(jìn)行復(fù)頻阻抗綜合分析而不是單純的內(nèi)阻分析的必要性。
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