“直流放电式”蓄电池内阻测试原理简介
“直流放电式”蓄电池内阻测试原理简介

在蓄电池的日常维护中,一般采用电压检测法和全容量核对性放电测试法。电压检测法即定期测量蓄电池浮充电压,通过浮充电压的离散性判断蓄电池性能优劣。但实践证明:浮充电压与蓄电池性能无对应关系,因为电压只是反映电池的表面参数,这种检测方法只能发现一少部分损坏非常严重的电池,如:电池开路、短路、严重硫化等。而核对性放电容量测试法虽然检测准确,但操作复杂、实施困难,一般每一年/两年一次。

目前,国际上已将内阻测试法广泛应用于电池的日常维护而取代过去的电压检测法。因为内阻是反映电池内部的参数,电池的内阻已被公认是准确而快速的判断电池健康状况的重要参数。

蓄电池组的故障主要表现在两个方面:蓄电池自身故障和连接故障。测量方法不同,测量结果的真实性、精度和可对比性也不同。

1)蓄电池自身故障

蓄电池的早期失效主要表现在由于失水、腐蚀、硫化、热失控、工艺缺陷等引起的短路、断路、虚短、虚断、容量不足等,这些现象都可以通过蓄电池内阻的变化反应出来。其中,“虚短”、“虚断”属于“隐性”故障,平时很难发现。

虚短:电池内部正负极板的某处由于某种原因导致距离很近,处于直接接触和非接触之间,浮充状态下表现“正常”,通过测量浮充电压很难发现,而在大电流放电/充电时,由于内部温度变化而引起结构的变化,导致“短路”;

虚断:电池内部正极/负极(尤其是内部汇流排与极柱的连接处)由于腐蚀或其他原因导致“开裂”甚至“断裂”,但断裂后还接触在一起,同样,在浮充状态下表现“正常”,通过测量浮充电压很难发现,而在大电流放电/充电时,连接处会“断裂”,从而导致“断路”。

当前的蓄电池内阻测量仪器采用的测试方法主要有两种:交流注入测试法和直流测试法。

交流注入测试法(如电导仪)

将已知频率和振幅的交流电压加到电池的两端,然后测量所产生的电流,与交流电压同相的交流电流分量与交流电压的比值即为交流电导值。这种测试方法的优点是:

l        激励信号由仪器自身产生,无需对电池进行放电;

l        设备体积小、重量轻,使用方便。

缺点是:

l        测量值受电池自身容抗影响较大;

l        测量值会随测试频率不同而变化,且易受充电器输出纹波和噪声源的干扰,测量精度不高,重复性不好;

l        由于只是注入微弱的交流信号,很难发现“虚短”、“虚断”等“隐性”故障。

直流测试法:(本公司采用)

对电池进行短时间的放电,同时高速采集电池电压变化,通过电压变化和放电电流计算出蓄电池内阻。这种方法的优点是:

l        采用直流放电方式,真实模拟蓄电池实际使用情况,测量数据真实、准确;

l        自动滤除充电机纹波、电磁干扰和电池容抗影响,可以在高噪声环境下对蓄电池进行测试,测量精度高,一致性好,在线、离线均可使用;

l        由于采用大电流放电,可及时发现“虚短”、“虚断”等“隐性”故障;

缺点是:

l        由于电池电压变化小、电压阶越速度快,因此需要高速、高精度电压测量,技术要求高;

l        设备体积、重量相对偏大。

 

    直流内阻测试法因其具有突出的优势,能够准确、全面的发现蓄电池的故障和存在的隐患,已得到广泛认可。

2)连接故障的重要性

蓄电池自身故障已引起业内人士重视,但是,蓄电池组的另一个重要安全隐患——连接故障却往往被忽略。

连接故障主要包括:紧固螺栓松动、连接条氧化腐蚀、连接线与接线端子间接触不良、老化等。由此在放电过程中引起的端子过热、烧红甚至断裂的现象频繁发生,且连接端子温度过高会加速电池老化和腐蚀,形成恶性循环,极易导致电池内部汇流排融化、断裂;连接电阻过大还会导致电池组组端电压下降,给蓄电池组的安全运行带来巨大隐患。

3)测试电流/测试信号对测量结果的影响

由于电池容量的不同,电池对测试电流/测试信号的“敏感度”就不同。

交流注入测试法由于采用单一的测试频率和测试信号,对不同容量的电池测量结果影响很大,测量结果缺乏可对比性。

普通的直流测试法一般采用“定电阻”测量方式,即:对电压相同、容量不同的电池,采用的测试电流却基本相同,且测试过程中电流也随电压变化而变化,这显然不合理,因此,对测量结果的准确性和相互间可对比性造成很大影响。

我公司开发的蓄电池内阻测试仪,采用目前最先进的直流测试法,根据电池的容量自动选择测试电流对电池进行短时间的恒流放电,同时高速采集电池电压,然后根据内阻特性对数据进行数字滤波和精密计算,得到其直流内阻值,同时,可同步测得电池间连接电阻和电池电压。此方法测量结果准确,可重复性好、一致性高,且测量结果可进行横向对比和历史数据纵向对比。

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