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，主要擔負著為電力系統(tǒng)中二次系統(tǒng)負載提供安全、穩(wěn)定、可靠的電力，確保繼電保護、通信設備的正常運行。因此，蓄電池的穩(wěn)定性和在放電過程中能提供給負載的實際容量對確保電力設備的安全運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，國內生產(chǎn)VRLA的廠家越來越多，生產(chǎn)規(guī)模與技術水平參差不齊，問題不少，90年代初國內使用的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，有些故障原因尚未被完全掌握，只有在維護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？蓄電池供應商提供的電池是否一定是好的？電池和電池組為什么要進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），這樣就給國內的技術和維護人員一種誤解，似乎這種電池既耐用又完全不需要維護，許多用戶從裝上電池后就基本沒有進行過維護和管理，因而在90年代初國內使用的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，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，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節(jié)閥出現(xiàn)故障引起的，閥打開會導致干涸，也會使空氣進入電池，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性，VRLA電池和電池組在運行過程中，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，而不是以平均值或額定值（初始值）為準，當電池的實際容量下降到其本身額定容量的90% 以下時，電池便進入衰退期，當電池容量下降到原來的80%以下時，電池便進入急劇的衰退狀況，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備部分的維護和管理，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，如電池組內有一個或幾個內阻變大的老化電池，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準進行充放電，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。結論：如不定時檢測，找出老化電池給予調整，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、　蓄電池維護各種方法回顧

? ? ? ??1、測量浮充電壓法

? ? ? ??浮充電壓的設置對電池的壽命具有相當重要的影響。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定。

? ? ? ??雖然測量浮充電壓并及時作出調整是蓄電池日常維護的一項重要工作，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、內阻或電導測試法

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

? ? ? ??剩余容量和電池內阻有一定的固定關系，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

? ? ? ??想準確知道VRLA電池的健康狀況，只有對電池進行容量試驗。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、設備笨重和對專人進行培訓等，更主要的是這種測試需把電池從設備上隔離開相當長的一段時間，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載，通過調整電熱絲，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，另一組電池能否獨撐？增加系統(tǒng)癱瘓風險。

? ? ? ??笨重的電熱絲需要多人搬運，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，難于進行。

? ? ? ??整組電池須花費二十幾小時充電，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管理方法，一直是廣大維護人員所關心的問題。近來恒電高測公司推出的蓄電池維護方案，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方法。

? ? ? ??這套方法著重強調以下觀點：

? ? ? ??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，電池的內阻增加，放電能力減少，當達到一定程度時，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)），其原理歸根結底都是基于內阻的。因此無論即使是幾十萬的設備，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，可以得出這樣的結果，即所有內阻高于基準值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，下面分別介紹我公司的測試方法和推薦的電池維護方案：

?? ? ? ?交流法測量蓄電池內阻是隨著數(shù)字信號處理技術的發(fā)展而產(chǎn)生的，在九十年代以前由于數(shù)字信號處理技術的落后，充電機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，由于蓄電池內部存在的阻抗，然后測量其反饋的電流信號，進行信號處理，比較注入信號與反饋信號的差異，從而測得蓄電池內阻。其原理可以用以下簡單的公式表示：

? ? ? ??1：蓄電池的內部模型

? ? ? ???阻抗分析是電化學研究中的常用方法，是電池件能研究和產(chǎn)品設汁的必要手段。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載，然后再斷開負載，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。所以為了測量的準確性，需要準確捕捉電壓的變化。

?? ? ? ??直流放電法的優(yōu)點:

? ? ? ??1：由于放電法使用較大的電流進行放電，所以抗干擾能力較強。

? ? ? ??直流放電法的缺點:

? ? ? ??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：由于蓄電池內阻值很�。ㄒ话闶窃诤翚W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:

? ? ? ??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:

? ? ? ??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，結合了直流放電法抗干擾強和交流注入法測試穩(wěn)定的優(yōu)點。

? ? ? ??測試原理

? ? ? ??使用儀表內置的負載，對蓄電池進行放電。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。然后運用歐姆定律可以求出其內阻。