普通铅酸电池可以通过调节硫酸比例来检测和调节单个电池的性能,因为它们是敞口式和富电解液。阀控密封铅酸蓄电池只能通过平衡充电调节整个蓄电池中个别落后的单个蓄电池,补充运行中浮动充电的不足。不能直接测量运行中蓄电池的充电程度、剩余容量和单个蓄电池之间的容量差异,这是阀控密封铅酸蓄电池用户迫切需要了解和掌握的。影响蓄电池运行的因素主要有以下几个。
① 电池选型配组。
② 串并联。
③ 连接电缆和极柱的可靠性。
④ 设置浮充电压值、均充电压值和过放电压值。
⑤ 温度、通风、电池过充等电池外环境。
⑥充电装置的纹波系数以及是否具有电池管理功能。
影响电池运行的上述因素存在于85%的电池用户中,这也是电池单体容量衰减不均匀和故障的主要原因。
测试电池的目的是确定电池是否能满足使用要求,这是更换电池和确定原电池是否无效的必要条件。电池通常有以下要求。
① 电池端电压满足额定或使用要求。
② 电池在启动放电时应具有输出大电流的特点。
③ 电池应具有一定的容量和内阻,以保证电池的供电时间。 从以上对电池的要求可以看出,电池的质量不能仅仅通过测量电池的端电压来确定。因此,电池应测试以下项目。
根据电信电源维护规程的要求,一组电池的单端电压不得超过电池的平均单电压±50mV(电压范围以外的电池可能是由于没有正常充电或电池故障造成的)。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。一般情况下,这个电流值很小,通常只有几个安培。端电压在浮充状态下不能准确反映电池内阻的大小。同时,由于电池浮充电压与电流的关系受到电池内氧气复合物的影响,单个电池浮充电压的偏移范围较大。因此,在线检测电池端电压的结果存在误差。浮充端电压正常,放电时电池无法放电,因此该检测方法无法准确判断电池的状况。
离线测量电池端电压是指当电池脱离原连接线时,使用万用表DC电压档或电压表直接测量电池两端的电压。被测电池端电压为12V左右(对12V至于电池),最低不得低于10.5V。不足10.5V电池是欠压或可能失效的电池。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,是故障电池
测试电池是否具有启动瞬时输出大电流的特点,从市电向电池供电的非在线供电系统的转换时间短于7ms,一般设计为4~5ms。也就是说,一旦市电供电中断,电池必须短于4~5ms输出负载所需的电流。一些故障电池可以满足端电压和容量的要求,但不能小于4~5ms在此期间,放电电流满足瞬时输出大电流的要求。这种电池UPS故障表现为,UPS逆变转换成功,当空载或轻载增加到正常负载时,逆变失败。
3.电池内阻测试
质量好的电池内阻为20~30mΩ,当内阻超过80mΩ当电池需要平衡充电或激活时。电池内阻的增加必然伴随着实际输出能量的降低,从而表现为电池容量的降低。测试电池内阻是否增加,不能直接用万用表电阻测量,应采用间接测量计算方法。
1. 电池巡检法
在放电状态下,巡回检测电池组各电池的端电压,找出端电压下降最快的一个,确认为落后电池,然后在线放电,检测其容量,即代表该组电池的容量。电池巡检的条件是电池的浮充电流一般为3~5mA/Ah,相对于电池10h放电电流非常小,误差在5%以内。这种方法方便易行,但不能充分反映电池组每个单体电池的情况。
2.电池温度测量法
除了电化学反应的吸热和放热外,由于电池有内阻,电池在充放电过程中,当电流通过时,电池内部会产生热量,导致电池温度变化。在相同阻不同,电池内产生的热量不同,电池温度也不同。电池温度测量方法是将温度传感器放置在电池负极柱的根部,通过测量在线电池的温度,找出异常温度的电池。这实际上是通过温度间接反映电池的内阻,测量时应避免接触电阻造成的误差。研究表明,无论是恒流放电无论是恒流放电、限压恒流充电还是浮充状态。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
电导测量方法是在电池频率和振幅的交流电压信号添加到电池的两端,以测量与电压相同的交流电流值,其交流电流重量与交流电压的比值为电池的电导。电导是频率的函数,在不同的测试频率下有不同的电导,在低频率下,电池电导与电池容量相关性较好。一般测量频率为20~30Hz,对于大容量电池,频率低于10Hz。电池容量越小,电池电阻越大,导电性越小。电导测量方法需要通过放电记录电池容量变化的曲线,根据电池制造商提供的常定期检测运行中电池的电导,根据电导和容量曲线,记录电池电导的曲线。
4.电压和电流回路试验方法
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单体电池放电电流(由电子门开关控制)ΔI,在电压电路中,单个电池端的电压发生变化ΔU,如图1所示。电池的内阻可以根据下面的公式计算。
容量检测是在电池在线或离线时用[插图]电流放电假负载。当电池端电压首先降至放电终止电压时,停止放电,电池组的容量以电池的容量为代表。电池应每两年进行一次容量试验,5年后每年进行一次。此外,检查放电试验应每年以实际负载进行一次,释放电池额定容量的30%~40%。通过积累数据,描述年度放电曲线,通过比较分析确定运行中电池的容量。这种方法是电池装载试验。基本依据是
式中,Ud装载电池时的端电压;Uj电池静态端电压;If电池放电电流;Rn电池内阻。
当Rn增大时,则Ud因此,在放电过程中可以方便地检测到内阻大的电池。
容量试验是检测电池容量最直接、最可靠的方法。同时,无论是在线检测还是离线检测,都必须设置备用电源作为预防措施,以确保系统的安全。但由于电池组数量多,放电时间长,放电后应及时充电,所需人力和电能消耗大,对电池本身也有一定的损耗。同时,在操作过程中,由于电压的存在,在拆卸和连接由于电压的存在,操作是危险的。
为了克服上述检测方法的不足,一些制造商开发了电池检测单元。其检查原理是将智能充电器整流器的电压缓慢降低到电池的正常电压以下。如果电池开始放电,并能坚持一段时间,智能充电器面板显示屏有效;如果电池此时不放电,但由于整流器继续向负载供电,电源系统仍处于正常供电状态,系统负载不受影响,但是电池故障应更换的信息已经在面板显示屏上给出。这个检查可以自动进行,每隔多长时间可以提前设置一次,每次检查什么时候可以自动手动进行,可以设置在面板控制屏上。
目前的测量仪器主要采用两种方法:交流注入和瞬时负载测试(直流测量)。使用交流注入仪器(如测量阻抗或电导仪器),在测量过程中向电池施加交流测试信号,然后测量相应的电压和电流,读取阻抗U/I会随频率而变化。交流仪器容易受到充电器纹波电流和噪声源的干扰,部分设备无法在线测试电池(连接充电器和负载并浮动充电)。使用频率为60Hz和50Hz由于充电器纹波和噪声源的主要频率,交流测试电流更不可取。
虽然测试电池的设备和仪器很多,但只有两种方法:一种是深放电恒流控制的测试方法,另一种是电池内阻(电导)的测试方法。第一种方法,又称电池容量试验,是一种测试结果准确的传统方法,但需要很长时间才能进行拆卸、连接导线等繁琐的工作。第二种方法使用的测试仪器轻便,操作简单,但测试结果不能说明电池容量的确切值,只能判断电池状况。
一般来说,电池技术手册中提到的电池容量是指电池的标称容量(也称为额定容量),电池液体温度为25℃通过10h电池电压下降到1.8V显示容量。
《电信电源维护规程》规定了电池容量试验:电池组在充足电源的情况下离开供电系统10h当放电时间达到10h或者其中一个电池的电压下降到1.8V此时计算25℃时间容量为本次试验得的蓄电池容量。
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。