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鉛酸蓄電池維護(hù)與測(cè)試技術(shù)及效果

 樂途鋰電車 2011-08-13

隨著信息、能源,、電子技術(shù)的快速發(fā)展,,vrla電池目前已被廣泛地應(yīng)用于郵電、通信,、電力,、交通、船舶,、航空航天,、應(yīng)急照明等諸多領(lǐng)域。與普通的鉛酸蓄電池相比,,vrla電池由于采用了內(nèi)部氧復(fù)合技術(shù),,大大緩解了電解液的損耗,從而使蓄電池在免維護(hù)狀態(tài)下長(zhǎng)期服役,,深受各個(gè)行業(yè)的青睞,。

為了充分發(fā)揮蓄電池作為后備電源的作用,以保證通信,、電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行,,使得對(duì)后備電源的維護(hù)問題成為了我們探討的中心。

一,、蓄電池使用壽命

影響閥控式鉛酸蓄電池實(shí)際使用壽命的因素很多,起主要作用的有以下幾方面,。

1.1溫度與容量的關(guān)系

閥控式蓄電池在環(huán)境溫度為25℃時(shí)的容量為100%,;超過25℃時(shí),每升高10℃蓄電池的容量會(huì)減少一半,;而在25℃以下時(shí),,溫度與容量的關(guān)系如表1所列。

表1 在25℃以下時(shí)溫度與容量的關(guān)系

溫度/℃       當(dāng)前容量/%

25           100

20           95

15           90

10           84

5            76

0            71

從表1不難看出,,閥控式蓄電池的容量是隨著溫度的變化而變化的,,維護(hù)人員必須認(rèn)真做到根據(jù)實(shí)際溫度的變化合理地調(diào)整蓄電池的放電電流,同時(shí)要控制好蓄電池的環(huán)境溫度使其保持在22℃~25℃以內(nèi),。

1.2不同的充電方式對(duì)蓄電池壽命的影響

對(duì)閥控式鉛酸蓄電池的維護(hù)需要建立精確的充放電制度并加以實(shí)施,,才能使該蓄電池達(dá)到最優(yōu)的性能和最長(zhǎng)的使用壽命,。國(guó)內(nèi)外大量研究的結(jié)果表明,充放電方式?jīng)Q定了蓄電池使用的壽命,,有一些蓄電池與其說是使用壞的,,不如說是充電方式不妥被損壞的。在這方面,,國(guó)內(nèi)有許多蓄電池生產(chǎn)廠家和科研院所或?qū)W校都做過類似的實(shí)驗(yàn),。經(jīng)泰倫電源技術(shù)研究所試驗(yàn)證明,將蓄電池分成兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),,一組采用普通恒壓限流方式進(jìn)行全容量壽命的試驗(yàn),,另一組則采用階段恒流充電方式控制充電的容量,并在充電后期采用短時(shí)間中等電流沖擊方式進(jìn)行容量循環(huán)壽命的試驗(yàn),。結(jié)果,,兩組蓄電池因采用不同的充電方式而得到相差甚大的循環(huán)壽命,其中采用階段恒流充電方式的蓄電池循環(huán)壽命較長(zhǎng),??梢姡壳氨粡V泛采用的恒壓限流充電方式,,特別在充電后期是有相當(dāng)缺憾的,。

1.3放電與容量的關(guān)系

大家知道,不同倍率的放電電流會(huì)使蓄電池有不同的容量,,如表2所列,。

表2 放電與容量的關(guān)系

放電率/h    蓄電池額定容量的百分?jǐn)?shù)/%    放電電流倍數(shù)       終止電壓/v

0.5            45            7           1.7

1             55           5.14          1.75

3             75            2.5          1.8

10             100           1.0          1.8

在通信電源直流供電系統(tǒng)中配置的蓄電池容量是不相同的,對(duì)蓄電池在實(shí)際放電電流下運(yùn)行的容量應(yīng)有一個(gè)準(zhǔn)確的計(jì)算,。

這里值得注意的是,,在小電流放電條件下形成的硫酸鉛,要氧化還原是十分困難的,,這是因?yàn)樵谛‰娏鞣烹娤滦纬傻牧蛩徙U顆粒的尺寸遠(yuǎn)比大電流放電條件下的大,,就是說在大電流條件下晶體形成的速度要比小電流條件下慢,晶體來不及生長(zhǎng)就很快被氧化還原了,,因而顆粒比較小,。而在小電流條件下,較大的硫酸鉛晶體就不容易被還原,。如硫酸鉛晶體長(zhǎng)期得不到清理,,必然會(huì)影響蓄電池的容量和使用壽命。

1.4浮充電壓的設(shè)置對(duì)蓄電池壽命的影響

浮充運(yùn)行是蓄電池的最佳運(yùn)行條件,,運(yùn)行時(shí)電池一直處于滿荷電狀態(tài),,理論上在此條件下運(yùn)行蓄電池將達(dá)到最長(zhǎng)的使用壽命。

浮充電壓的設(shè)置對(duì)蓄電池的壽命具有相當(dāng)重要的影響,,浮充電壓產(chǎn)生的電流量應(yīng)達(dá)到補(bǔ)償自放電及電池單體放電電量和維持氧循環(huán)的需要,。

不合理的浮充電壓主要在兩個(gè)方面影響電池,,即正極板柵腐蝕速率和電池內(nèi)氣體的排放。特別是當(dāng)電池的浮充電壓超過一定值時(shí),,板柵腐蝕現(xiàn)象會(huì)進(jìn)一步加劇,,電池內(nèi)的氧氣和氫氣產(chǎn)生較高氣壓,通過排氣閥排放,,從而造成電池失水,,正極腐蝕則意味著電池失水,進(jìn)一步加劇電池劣化,、壽命縮短,。若將浮充電壓超過一定幅度,增大的浮充電流會(huì)產(chǎn)生更多的盈余氣體,,這樣便使氧在負(fù)極復(fù)合受到阻力,,從而削弱了氧的循環(huán)機(jī)能。

此外浮充運(yùn)行時(shí),,充電電壓還應(yīng)隨環(huán)境溫度作適當(dāng)調(diào)整,,具體可以參考有關(guān)技術(shù)資料或者電池廠家給出的相關(guān)參數(shù)要求。

1.5均充電方法對(duì)蓄電池壽命的影響

均充電是為了防止某些蓄電池因容量,、端壓的不一致而進(jìn)行的補(bǔ)充電,。一般做法是將浮充電壓提高0.05~0.07v/℃,但最高不得超過2.35v,。由于在均衡充電時(shí)氣體的產(chǎn)生量比浮充充電時(shí)多幾十倍,,所以充電時(shí)間不能太長(zhǎng),以避免盈余氣體影響氧的再?gòu)?fù)合效率,,使失水量增加,,而且使板柵腐蝕速度增加,從而損壞電池,。一般對(duì)于新電池或狀態(tài)較好的電池,,均充充電時(shí)電壓應(yīng)相對(duì)較低,而對(duì)于使用時(shí)間較長(zhǎng)或者性能較差的電池,,均充電壓可適當(dāng)升高,。

1.6蓄電池容量檢測(cè)中注意的問題

蓄電池容量測(cè)試受到實(shí)際操作條件的影響,如在非標(biāo)準(zhǔn)條件(如放電倍率,、溶液溫度等)下檢測(cè)時(shí),,應(yīng)先換算成標(biāo)準(zhǔn)情況下的容量,,以便在此基礎(chǔ)上進(jìn)行分析研究和比較判斷,,不過對(duì)于普通維護(hù)人員,換算工作顯然比較繁雜,。

在容量檢測(cè)時(shí),,操作也要謹(jǐn)慎,,首先,應(yīng)了解直流供電和市電供電情況,,油機(jī)發(fā)電機(jī)能否啟動(dòng),。檢測(cè)時(shí)應(yīng)時(shí)時(shí)注意直流供電系統(tǒng)的情況和市電的供電情況,一旦發(fā)現(xiàn)不正常,,應(yīng)立即停止蓄電池容量檢測(cè)工作,,恢復(fù)整流器的正常輸出,以免影響正常供電,。 

二,、傳統(tǒng)的蓄電池維護(hù)測(cè)試技術(shù)發(fā)展歷程及效果分析

2.1早期蓄電池電壓的測(cè)量法

蓄電池的性能狀態(tài)最終體現(xiàn)在電池的容量與落后程度上,電池的電壓可以在一定程度上反映出電池性能的好壞,,當(dāng)電池放電到一定程度后,,其電壓值便開始明顯降低,在早期的電池維護(hù)中,,由于測(cè)試儀器的匱乏,,維護(hù)人員普遍采用萬用表對(duì)電池電壓進(jìn)行測(cè)量,通過電壓高低來簡(jiǎn)單判斷電池性能的好壞,,而電池的實(shí)際放電能力只能通過電池實(shí)際容量反映出來,,通過測(cè)量電池端電壓只能在一定程度上反映電池的落后情況。實(shí)際操作中,,我們經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn),,在浮充狀態(tài)下,壞電池或者落后電池與正常電池的電壓沒有太明顯區(qū)別,,也沒有太好的規(guī)律性可言,,大量研究實(shí)踐證明,即便是淺度放電狀態(tài),,單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞,。

2.2核對(duì)放電法

長(zhǎng)期以來,蓄電池放電試驗(yàn)主要沿用以下兩種方式:一是利用實(shí)際負(fù)載進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn),,二是利用傳統(tǒng)電阻箱進(jìn)行放電試驗(yàn),。傳統(tǒng)電阻箱放電容量試驗(yàn),蓄電池組須脫離系統(tǒng),,利用電阻箱對(duì)電池組進(jìn)行放電試驗(yàn),,經(jīng)過數(shù)小時(shí)后,可以找出最落后的一到幾節(jié)電池,,以落后電池到達(dá)終止電壓時(shí)的放電時(shí)間與放電電流來估算其容量,,并以此容量作為整組電池的容量。

容量試驗(yàn)是檢測(cè)電池容量最直接、最可*的方法,,無論是在線還是離線進(jìn)行檢測(cè),,都必須設(shè)置備用電源作為防范措施,以保證通信安全,。

傳統(tǒng)的核對(duì)放電設(shè)備普遍采用電阻絲或者水阻進(jìn)行核對(duì)放電,,并且是人工操作,程序繁瑣,,存在一定的人身危險(xiǎn),,這種傳統(tǒng)的核對(duì)放電試驗(yàn)方式正在逐步被淘汰。目前,,國(guó)內(nèi)外普遍采用了新型的智能核對(duì)放電技術(shù),,該技術(shù)利用pwm控制原理,根據(jù)放電過程中電池組放電電壓的變化,,對(duì)放電假負(fù)載可以進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整,,以保證電池組恒流放電。

核對(duì)放電法具有容量測(cè)試準(zhǔn)確可*的優(yōu)點(diǎn),,因此,,仍然是目前世界上檢測(cè)電池性能的最可*方法,同時(shí)由于核對(duì)放電本身可以對(duì)電池起到一定的維護(hù)作用,,所以,,核對(duì)放電是其他設(shè)備暫時(shí)還不能替代的。不過它的缺點(diǎn)也很突出,,主要表現(xiàn)為:

——核對(duì)放電時(shí)間長(zhǎng),,風(fēng)險(xiǎn)大,電池組須脫離系統(tǒng),,蓄電池組所存儲(chǔ)的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉,,既浪費(fèi)了電能又費(fèi)時(shí)費(fèi)力,并且增加了系統(tǒng)斷電風(fēng)險(xiǎn),;

——進(jìn)行核對(duì)性放電試驗(yàn),,必須具備一定條件,首先,,盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行,;其次,機(jī)房必須有備用電池組,,所以,,更適于具備一主一備電池組結(jié)構(gòu)的機(jī)房。

目前,,核對(duì)放電只能測(cè)試整組電池容量,,不能測(cè)試每一節(jié)單體電池容量,,以容量最低的一節(jié)作為整組容量,而其他部分電池由于放電深度不夠,,其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。

頻繁地對(duì)蓄電池進(jìn)行深放電,,會(huì)產(chǎn)生硫酸鉛沉淀,,導(dǎo)致極板硫酸化,容量下降,,電池落后,,因此不適宜對(duì)鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。

所以,,核對(duì)放電只能對(duì)蓄電池進(jìn)行定期維護(hù),,無法滿足日常維護(hù)的需要。
 
 

鉛酸蓄電池維護(hù)與測(cè)試技術(shù)及效果(二) 

2.3在線快速容量測(cè)試法(電池巡檢法)

在放電狀態(tài)下,,對(duì)蓄電池組的各單體電池的端電壓進(jìn)行巡檢,,找出端電壓下降最快的一只,將其確認(rèn)為落后電池,,再利用核對(duì)放電儀器,,對(duì)該節(jié)電池進(jìn)行核對(duì)放電,檢測(cè)其容量,,即代表該組電池的容量,。

目前,用在線快速測(cè)試法可以較快地判定電池組中部分或者個(gè)別落后或劣化電池,,但還不足以準(zhǔn)確測(cè)定電池的好壞程度,,包括電池的容量等指標(biāo),僅適宜作為一個(gè)定性測(cè)試的參考,。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點(diǎn),,推出一系列在線測(cè)試電池容量的設(shè)備與儀器,即在線監(jiān)測(cè)儀或在線巡檢儀,,其宣傳的重點(diǎn)是容量測(cè)試不僅快速準(zhǔn)確可*,,而且可以在線進(jìn)行。這種技術(shù)研究的思路是值得推廣的,,不過技術(shù)研究情況以及在各地基站進(jìn)行的實(shí)地測(cè)試表明,,除了少數(shù)情況外,一般都達(dá)不到一個(gè)很理想的效果,。原因是多方面的,,其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因,有蓄電池電化學(xué)特性的原因,,有蓄電池的實(shí)際使用與維護(hù)的原因,,有實(shí)際測(cè)試條件的原因等,。

這種方法的優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單,風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小,,并可以快速查找落后電池,。不過最大的缺點(diǎn)還是測(cè)試精度低,只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù),,不能準(zhǔn)確測(cè)算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo),。同時(shí)測(cè)試要求較高,如要達(dá)到一定的測(cè)試精度,,則機(jī)房一般應(yīng)滿足包括放電因素在內(nèi)的系列條件,,而機(jī)房實(shí)際情況卻各有差別,大多達(dá)不到相應(yīng)的測(cè)試要求,,所以,,測(cè)試情況還不是很理想,尤其是容量測(cè)試準(zhǔn)確度較低,。

2.4電導(dǎo)(內(nèi)阻)測(cè)量法

電導(dǎo)測(cè)量是向蓄電池兩端加一個(gè)已知頻率和振幅的交流電壓信號(hào),,測(cè)量出與電壓同相位的交流電流值,其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo),。電導(dǎo)是頻率的函數(shù),,不同的測(cè)試頻率下有不同的電導(dǎo)值,在低頻率下,,電池電導(dǎo)與電池容量相關(guān)性很好,,一般測(cè)量頻率在30hz左右,根據(jù)不同容量的電池其測(cè)量頻率一般會(huì)作相應(yīng)調(diào)整,。電池的容量越小,,電池電阻越大,電導(dǎo)值越小,。

電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池,,根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)分析及研究結(jié)果證明,電池的容量只有降低到50%以后,,內(nèi)阻或者電導(dǎo)會(huì)有較大變化,,降低到40%以后,會(huì)有明顯變化,,所以,,根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值,可以在一定程度上確定電池的性能,,但對(duì)于電池的好壞程度,,還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。因此,,采用電導(dǎo)法測(cè)試電池的內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價(jià)值的參考思路,,但卻不足以準(zhǔn)確地測(cè)算出電池的實(shí)際性能指標(biāo),,尤其是容量指標(biāo)。

電導(dǎo)測(cè)量技術(shù)雖然測(cè)試工作比較簡(jiǎn)單,,但是,,由于內(nèi)阻與容量線性關(guān)系不好,所以,,測(cè)試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實(shí)健康狀況,。

三、容量測(cè)試技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

在各地區(qū)的實(shí)際應(yīng)用中,,閥控式蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為,電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工作要求,,或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求,。隨著廣大電池維護(hù)工作者對(duì)電池構(gòu)造、工藝,、工作原理認(rèn)識(shí)的逐步深入,,早期那種單純*電池端電壓來了解電池性能的方法已經(jīng)被淘汰,而依據(jù)在線測(cè)試法對(duì)電池進(jìn)行容量測(cè)試的手段還不夠準(zhǔn)確和可*,,所以,,了解電池的實(shí)際容量最準(zhǔn)確的方法是通過放電檢測(cè)的手段來進(jìn)行,國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的核對(duì)放電試驗(yàn)?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測(cè)試剩余容量的最有效方法,,它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時(shí)刻能否發(fā)揮作用,,確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。但由于風(fēng)險(xiǎn)大,,時(shí)間過長(zhǎng),,工作量過大,不宜作為日常檢驗(yàn)的測(cè)試儀器,,只宜作為電池組以一年一度或者三年一度的核對(duì)放電測(cè)試,。

針對(duì)目前的實(shí)際情況,包括廣大蓄電池制造廠家,、蓄電池測(cè)試技術(shù)研究機(jī)構(gòu),,以及廣大蓄電池維護(hù)人員而言,都在積極探索一種快速,、準(zhǔn)確,、可*、安全的蓄電池測(cè)試技術(shù),。特別對(duì)于廣大現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工程師而言,,這種需求更顯迫切。

遺憾的是,,蓄電池是一種非常復(fù)雜的設(shè)備,,對(duì)它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測(cè)試是非常困難的,。從蓄電池性能與容量測(cè)試技術(shù)、測(cè)試效果的角度來看,,作者認(rèn)為可以將蓄電池在線測(cè)試技術(shù)歸納為定性測(cè)試技術(shù),。之前講到的包括電導(dǎo)法、內(nèi)阻法,、電壓測(cè)量法等,,也都可以歸之為一個(gè)技術(shù)大類,即定性測(cè)試技術(shù)類,。而核對(duì)放電技術(shù)可以歸之為定量測(cè)試技術(shù)類,。定性測(cè)試技術(shù)的側(cè)重點(diǎn)在于給我們提供一個(gè)蓄電池性能狀態(tài)的參考,不需要準(zhǔn)確測(cè)算整組電池或每節(jié)單體電池的實(shí)際容量指標(biāo),,這樣就不會(huì)給客戶造成誤導(dǎo),。

對(duì)電池組進(jìn)行實(shí)際容量測(cè)試的目的在于能夠準(zhǔn)確掌握電池組的實(shí)際放電能力,根據(jù)國(guó)家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求,,電池組荷電容量達(dá)不到80%便應(yīng)整組淘汰,,但是,一般客戶在使用過程中,,即便電池容量只有60%,,有的甚至只有40%也還在繼續(xù)使用,更有的相對(duì)落后地區(qū),,電池組實(shí)際容量甚至不到20%,,這是非常危險(xiǎn)的,在這種情況下,,作者認(rèn)為一種快速定量的蓄電池容量測(cè)試技術(shù)與產(chǎn)品的推出就顯得更為迫切,。這種技術(shù)或者產(chǎn)品的推出,將有效解決目前困擾電池測(cè)試領(lǐng)域的一個(gè)世界性難題,?!?/span>

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