一、　蓄電池在電力系統(tǒng)的作用及存在的問題

? ? ? ? 蓄電池是電力電源系統(tǒng)中直流供電系統(tǒng)的重要組成部分，它作為直流供電電源，主要擔(dān)負(fù)著為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負(fù)載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力，確保繼電保護(hù)、通信設(shè)備的正常運(yùn)行。因此，蓄電池的穩(wěn)定性和在放電過程中能提供給負(fù)載的實際容量對確保電力設(shè)備的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

? ? ? ??然而蓄電池經(jīng)過一定時間的使用后，常易因活性物質(zhì)脫落、板柵腐蝕或極板變形、硫化等因素，而使容量逐漸降低直至失效。所以，找出落后電池，并將其予以處理，以便消除隱患，就是廣大蓄電池維護(hù)人員的工作。過去幾十年來我們一直使用防酸隔爆式鉛酸蓄電池，積累了一定經(jīng)驗。但由于此種電池維護(hù)方法繁瑣，目前已被具有免加水、安裝靈活、占地面積小且不形成酸霧的閥控式密封鉛酸蓄電池（VRLA）所取代。

? ? ? ??近年來由于閥控式密封鉛酸蓄電池被廣泛使用，國內(nèi)生產(chǎn)VRLA的廠家越來越多，生產(chǎn)規(guī)模與技術(shù)水平參差不齊，問題不少，90年代初國內(nèi)使用的VRLA電池出現(xiàn)了很多以前未遇到的新問題，但由于其是新技術(shù)，有些故障原因尚未被完全掌握，只有在維護(hù)上建立起有效的管理方法，才可避免造成重大隱患。

?? ? ? ??用了五年的電池，是否一定不能用？用了半年的電池是否一定能用？蓄電池供應(yīng)商提供的電池是否一定是好的？電池和電池組為什么要進(jìn)行定期檢測和在線監(jiān)測。

? ? ? ? ?十幾節(jié)甚至幾十節(jié)串聯(lián)的電池，只要一節(jié)過早損壞，如不及時發(fā)現(xiàn)，則時間一長，其他電池跟著報廢。

? ? ? ??閥控式鉛酸蓄電池（VRLA）從一開始便被稱為免維護(hù)電池，而生產(chǎn)廠家又承諾該電池的使用壽命為10 ~ 20年（最少為8年），這樣就給國內(nèi)的技術(shù)和維護(hù)人員一種誤解，似乎這種電池既耐用又完全不需要維護(hù)，許多用戶從裝上電池后就基本沒有進(jìn)行過維護(hù)和管理，因而在90年代初國內(nèi)使用的VRLA電池出現(xiàn)了很多以前未遇到的新問題，例如，電池殼變形、電解液滲漏、容量不足、電池端電壓不均勻等。這些現(xiàn)象不單在國內(nèi)，就是在比我國早采用VRLA電池的國外也同樣存在。在VRLA電池中由于電解液比重更大而且浮充電流更大，因而電極腐蝕更為迅速。電極腐蝕也會消耗氧氣從而使電池變干，這是VRLA電池特有的故障。

? ? ? ??VRLA電池過度的氣體逸出、焊接柱或蓋板裂縫、密封不嚴(yán)，通過容器壁和塑料容器滲出水、氫和氧，這些都會引起電解液滲漏。VRLA電池的故障有些是氣體調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障引起的，閥打開會導(dǎo)致干涸，也會使空氣進(jìn)入電池，陰極板自我放電，閥阻塞會使蓋鼓出和爆炸。VRLA電池的冷卻比開口式電池更為重要，如果不充分的話，熱失控可能會引起電池熔毀或爆炸。VRLA電池內(nèi)部接線柱、同極的連接片以及電極接頭的腐蝕而斷裂的現(xiàn)象也比開口式電池更常發(fā)生。這些故障都導(dǎo)致容量損失。

? ? ? ??這使使用單位不易掌握VRLA電池的耐久性和失效問題。實踐證明，VRLA電池端電壓與放電能力無相關(guān)性，VRLA電池和電池組在運(yùn)行過程中，隨著使用時間的增加必然會有個別或部分電池因內(nèi)阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象，實踐證明，整組電池的容量是以狀況差的那一塊電池的容量值為準(zhǔn)，而不是以平均值或額定值（初始值）為準(zhǔn)，當(dāng)電池的實際容量下降到其本身額定容量的90% 以下時，電池便進(jìn)入衰退期，當(dāng)電池容量下降到原來的80%以下時，電池便進(jìn)入急劇的衰退狀況，衰退期很短，這時電池組已存在極大的事故隱患。

? ? ? ??使用單位和管理單位，往往只重視備用電源的設(shè)備部分的維護(hù)和管理，而忽視電池組的重大作用，殊不知斷電的危險很大程度上就潛伏在電池組。整組電池充電的特性是，如電池組內(nèi)有一個或幾個內(nèi)阻變大的老化電池，其容量必然變小，充電器給電池組充電時，老化電池因容量小，將很快充滿。充電器會誤以為整組電池已充滿而轉(zhuǎn)為浮充狀態(tài)，以恒定電壓和小電流給電池組充電。其余狀態(tài)良好的電池不可能充滿。電池組將以老化電池的容量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充放電，經(jīng)多次浮充–放電–均充–放電–浮充的惡性循環(huán)，容量不斷下降，電池后備時間縮短。結(jié)論：如不定時檢測，找出老化電池給予調(diào)整，電池組的容量將變小，電池壽命縮短，影響系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行。

? ? ? ??實踐證明，電池和電池組的定期檢測和在線監(jiān)測是非常重要的，是備用電源系統(tǒng)中非常重要而又往往被人們忽視的重要環(huán)節(jié)。

二、　蓄電池維護(hù)各種方法回顧

? ? ? ??1、測量浮充電壓法

? ? ? ??浮充電壓的設(shè)置對電池的壽命具有相當(dāng)重要的影響。在理論上要求浮充電壓產(chǎn)生的電流量是以補(bǔ)償電池的自放電。浮充電壓過高會引起電池正極腐蝕和失水，使電池容量下降，而浮充電壓過低，也會使電池充電不足，引起電池落后，嚴(yán)重時會出現(xiàn)電極硫酸鹽化。浮充電壓的選擇可以根據(jù)廠家說明書的要求而設(shè)定。

? ? ? ??雖然測量浮充電壓并及時作出調(diào)整是蓄電池日常維護(hù)的一項重要工作，但是僅僅靠測量浮充電壓并不能找出落后單體電池。用萬用表測出該組電池各單體的浮充電壓相當(dāng)平均，但放電一會兒，其中一個電池的端電壓迅速降至截止電壓以下，顯然該電池為落后單體。

? ? ? ??2、內(nèi)阻或電導(dǎo)測試法

? ? ? ??目前國際上流行一種用電導(dǎo)測試的方法檢測電池的內(nèi)阻來藉此判斷電池的實有容量。電導(dǎo)，即電阻的倒數(shù)，是指傳導(dǎo)電流的能力，它反映了電阻的大小。VRLA電池的電阻組成是復(fù)雜的，包含了電池的歐姆電阻，濃差極化電阻，電化學(xué)反應(yīng)電阻及雙層電容充電時的干擾作用。在不同的量測點(diǎn)和不同的時刻測得的電阻值包含的組成也是不同的。

? ? ? ??剩余容量和電池內(nèi)阻有一定的固定關(guān)系，特別在剩余容量不足50%時，會迅速下降，因而根據(jù)電池的電導(dǎo)或電阻值來判斷電池容量有很好的一致性。

? ? ? ??3、容量測量法

? ? ? ??想準(zhǔn)確知道VRLA電池的健康狀況，只有對電池進(jìn)行容量試驗。核對性容量放電實驗雖然能地測定蓄電池的容量，但是，傳統(tǒng)的測試方法有很多弊端，如成本昂貴、設(shè)備笨重和對專人進(jìn)行培訓(xùn)等，更主要的是這種測試需把電池從設(shè)備上隔離開相當(dāng)長的一段時間，而在這段時間里，如果沒有電池做為后備電源，危險性顯而易見。

? ? ? ??3.1傳統(tǒng)的離線容量測試法

? ? ? ??這種方法須將電池從系統(tǒng)上脫離下來，接上電熱絲作為假負(fù)載，通過調(diào)整電熱絲，使電池組以額定電流對電熱絲放電，同時用萬用表每隔一定時間量測電池端電壓，直至其中有一單體的端電壓到達(dá)規(guī)定的終止電壓時停止放電，其放電時間與放電電流的乘積即為該電池的實際容量。此種檢測方法測量電池的容量數(shù)值準(zhǔn)確，能夠清晰的判別電池是否為失效電池。但此種方法存在下列缺陷：

? ? ? ??電池須脫離系統(tǒng)，若這期間市電突然中斷，另一組電池能否獨(dú)撐？增加系統(tǒng)癱瘓風(fēng)險。

? ? ? ??笨重的電熱絲需要多人搬運(yùn)，且至少須一人測量一人記錄數(shù)據(jù)。

? ? ? ??個別電池端電壓可能在兩次測量間隔期間突然降至截止電壓以下，造成過度放電，如圖三所示。工作量過大，難于進(jìn)行。

? ? ? ??整組電池須花費(fèi)二十幾小時充電，有時需離線之整流器，且易造成某幾個電池過充。

? ? ? ??須消耗大量之電能與熱能。

? ? ? ??3.2 傳統(tǒng)的在線容量測試法

? ? ? ??這種容量測試法不須將電池組脫離系統(tǒng)，只要將整流器關(guān)閉，讓電池組直接對系統(tǒng)放電，同時用萬用表測量各電池的端電壓的變化情況。這種方法相對離線容量測試法輕松、簡單且節(jié)省了許多電能，但是同樣由于人工測量的時間間隔，存在某些單體過度放電的可能性。裝上監(jiān)控系統(tǒng)后多少解決了這個問題，但是為安全起見，只能放電20%左右，而失效電池放電電壓在放電深度20%的情況下與有效電池的放電電壓不能有效區(qū)分開來，除非在較深的放電深度下才能得到體現(xiàn)。所以相對于通信系統(tǒng)低于額定容量80%的電池視為失效電池的規(guī)定來說，這種方法也難于滿足要求。

三、蓄電池維護(hù)解決方案

? ? ? ??如何對閥控式鉛酸蓄電池建立起一套有效的維護(hù)管理方法，一直是廣大維護(hù)人員所關(guān)心的問題。近來恒電高測公司推出的蓄電池維護(hù)方案，效果良好，這里特將其推薦給廣大用戶，以幫助建立起一套有效的電池維護(hù)方法。

? ? ? ??這套方法著重強(qiáng)調(diào)以下觀點(diǎn)：

? ? ? ??任何蓄電池的壽命變化都是漸變的，頻繁的測量沒有任何意義，但是，長期的跟蹤管理卻是重要的。由于電池的壽命平均在5年左右，一個月左右測一次即可。

? ? ? ??蓄電池的壽命取決于電池的充放電次數(shù)，隨著充放電次數(shù)的增加，電池的內(nèi)阻增加，放電能力減少，當(dāng)達(dá)到一定程度時，這種變化加快。因此，長期跟蹤測試，狀態(tài)管理成為一項可行的解決方案。在實際使用中，有很多種方法可以決定電池的壽命或狀態(tài)，但是基于內(nèi)阻的測量方法是快，可靠的。

? ? ? ??目前市場上存在的各種所謂容量檢測系統(tǒng)（除了10小時放電系統(tǒng)），其原理歸根結(jié)底都是基于內(nèi)阻的。因此無論即使是幾十萬的設(shè)備，還是幾萬的，其原理從根本上是一致的，所謂的容量也是推測。

? ? ? ??一般判則：恒電高測從用戶測試設(shè)備處收集到許多的測試數(shù)據(jù)，并將他們的發(fā)現(xiàn)做為報告發(fā)表出來 。迄今為止，可以得出這樣的結(jié)果，即所有內(nèi)阻高于基準(zhǔn)值25%的電池將無法通過容量的測試。

? ? ? ??建立一個方便，簡單，可靠，價格較低的有效測試系統(tǒng)，是本公司提出的解決方案的目標(biāo)，下面分別介紹我公司的測試方法和推薦的電池維護(hù)方案：

?? ? ? ?交流法測量蓄電池內(nèi)阻是隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的，在九十年代以前由于數(shù)字信號處理技術(shù)的落后，充電機(jī)與外界噪音對信號的干擾無法消除，一直沒有得到廣泛的應(yīng)用，故一般只是在實驗室、軍事部門使用。近幾年隨著數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展，使得有效地消除了其他電磁信號干擾成為可能。

? ? ? ??交流法就是向蓄電池注入一定頻率的交流信號，由于蓄電池內(nèi)部存在的阻抗，然后測量其反饋的電流信號，進(jìn)行信號處理，比較注入信號與反饋信號的差異，從而測得蓄電池內(nèi)阻。其原理可以用以下簡單的公式表示：

? ? ? ??1：蓄電池的內(nèi)部模型

? ? ? ???阻抗分析是電化學(xué)研究中的常用方法，是電池件能研究和產(chǎn)品設(shè)汁的必要手段。圖 l 所示為常用的鉛酸電池阻抗的簡化等效電路

? ? ? ??其中：R1 為歐姆電阻，R2 為極化電阻,C 為蓄電池的電容。

? ? ? ??2 蓄電池內(nèi)阻的測量方法

? ? ? ??1) 直流放電法

? ? ? ???直流放電法的代表：阿爾伯（Alber）

?? ? ? ??直流放電法是在蓄電池的兩端接入放電負(fù)載，然后再斷開負(fù)載，測量蓄電池在斷開瞬間電池電壓的變化。

?

?? ? ? ??其中 U2 為斷開瞬間的電壓。由于斷開后電壓會逐步回復(fù)。所以為了測量的準(zhǔn)確性，需要準(zhǔn)確捕捉電壓的變化。

?? ? ? ??直流放電法的優(yōu)點(diǎn):

? ? ? ??1：由于放電法使用較大的電流進(jìn)行放電，所以抗干擾能力較強(qiáng)。

? ? ? ??直流放電法的缺點(diǎn):

? ? ? ??1：由于使用電流超過電池正常使用的電流，所以會對電池造成損壞。

? ? ? ??2：由于放電電流較大，所以功耗較大，所以測試儀每次測試完成后溫升較大，不適合連續(xù) 工作。

? ? ? ??3：由于蓄電池內(nèi)阻值很小（一般是在毫歐級），所以在一定電流下的電壓變化幅值相對較小。

? ? ? ??相對電池電壓的變化一般不超過 5%，所以其測試精度較差。

? ? ? ??4：由于測試的是暫態(tài)過程，所以其測量的重復(fù)性差。

? ? ? ??2） 交流注入法

? ? ? ??交流注入法的代表：日置（HIOKI）

? ? ? ??交流注入法是對蓄電池注入一個交流電流，通過測量蓄電池兩端產(chǎn)生的電壓波動，計算出蓄電池的內(nèi)阻。

? ? ? ??通過電壓與電流的相位，可以消除電容的影響。

? ? ? ??交流注入法的優(yōu)點(diǎn):

? ? ? ??1：由于使用的是交流信號，所以可以方便地濾去電池電壓的影響。并且交流信號的放大處理較為方便，所以其測試精度較高。

? ? ? ??2：由于測量的是穩(wěn)態(tài)過程，所以其測量重復(fù)性好。

? ? ? ??3：由于其注入電流較小，所以儀表可以連續(xù)工作。

? ? ? ??3: 交流注入法的缺點(diǎn):

? ? ? ??1：由于其注入電流較小，所以在線測試時容易受干擾，抗干擾能力較差。

? ? ? ??交流放電法：武漢恒電高測提出的一種新的測試方法，結(jié)合了直流放電法抗干擾強(qiáng)和交流注入法測試穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)。

? ? ? ??測試原理

? ? ? ??使用儀表內(nèi)置的負(fù)載，對蓄電池進(jìn)行放電。通過控制放電電流為疊加了低頻交流信號的電流，使得蓄電池兩端產(chǎn)生一個帶有相同頻率波動的電壓壓降。通過測量其電壓的波動值和電流的波動值，并分別通過傅立葉變換求出給定頻率分量的值。然后運(yùn)用歐姆定律可以求出其內(nèi)阻。