電池檢測技術(shù)方案

1、蓄電池直流內(nèi)阻測試技術(shù)方案上海卓佑計算機技術(shù)有限公司2013年7月隨著社會的進步和信息化、自動化程度的個斷提高，人們對電力行業(yè)的依賴 程度進一步加深，也就對供電系統(tǒng)的可靠性提出了更高的要求。無論在電力變電 站、通信機房還是UPS系統(tǒng)中，蓄電池作為備用電源在系統(tǒng)中起著極其重要的 作用。平時蓄電池處于浮充電備用狀態(tài)，由交流市電經(jīng)整流設(shè)備變換成直流向負 荷供電，而在交流電失電或其它事故狀態(tài)下，蓄電池是負荷的唯一能源供給者， 旦出現(xiàn)問題，供電系統(tǒng)將面臨癱瘓，造成設(shè)備停運及重大運行事故。變電站蓄電池多采用閥控式鉛酸蓄電池。閥控式鉛酸蓄電池俗稱“免維護”蓄 電池，它的應(yīng)用大大減少了開口式鉛酸蓄電池繁瑣復(fù)雜

2、的維護工作，然而，其“免 維護”的優(yōu)點，正是運行管理的缺點和難點。除了正常的使用壽命周期外，由于 電池本身的質(zhì)量如材料、結(jié)構(gòu)、工藝的缺陷及使用不當(dāng)?shù)葐栴}導(dǎo)致一些蓄電池早 期失效的現(xiàn)象時有發(fā)生。所謂“免維護”僅僅指無需加水、加酸、換液等維護，而 日常維護仍是必不可少的，開口式鉛酸蓄電池運行檢測維護方法已不再適用于閥 控式鉛酸蓄電池，這就對蓄電池測試設(shè)備提出了新的要求。蓄電池檢測目前仍然停留在簡單的定期測量蓄電池浮充電壓及核對性放電 階段，而浮充電壓與蓄電池容量無對應(yīng)關(guān)系，核對性放電費工、費時，且無法實 時反映蓄電池平時運行狀態(tài)及其性能變化趙勢，也不能進行遠方監(jiān)測，無法保證 及時發(fā)現(xiàn)隱患、消除缺陷

3、，無法保證蓄電池組運行在良好狀態(tài)。電力行業(yè)由于蓄 電池故障導(dǎo)致的事故也時有發(fā)生。因此，如何快捷有效地檢測出早期失效電池、 預(yù)測蓄電池性能變化趙勢以保證直流系統(tǒng)的可靠運行已成為蓄電池運行管理的重中之重。目前，國際上已將內(nèi)阻測試法廣泛應(yīng)用于電池的日常維護而取代過去的電壓 檢測法。因為內(nèi)阻是反映電池內(nèi)部的參數(shù)，電池的內(nèi)阻已被公認是準確而快速的 判斷電池健康狀況的重要參數(shù)。2 蓄電池內(nèi)阻的組成電池內(nèi)阻包括：歐姆內(nèi)阻、電極化內(nèi)阻（濃差極化和電位極化b其中歐姆內(nèi)阻包括：極柱、匯流排、板柵、板柵和涂育層、隔膜、電解液等。顯然，當(dāng)由R極柱R匯流扌IFR板柵R板柵與涂件R涂竹；R電解質(zhì)R隔膜于柵板腐蝕、硫化或電

4、解液干涸引起電池性能劣化時，將導(dǎo)致電池內(nèi)阻的增加。R金屬通路Ec=屮體電爪R化學(xué)通路3 內(nèi)阻測試方法的重要性及兩種測試方法的比較蓄電池組的故障主要表現(xiàn)在兩個方面：蓄電池自身故障和連接故障。測量方法不同，測量結(jié)果的真實性、精度和可對比性也不同。（1）蓄電池自身故障蓄電池的早期失效主要表現(xiàn)在由于失水、腐蝕、硫化、熱失控、工藝缺陷 等引起的短路、斷路、虛短、虛斷、容量不足等，這些現(xiàn)象都可以通過蓄電池 內(nèi)阻的變化反應(yīng)出來。其中，“虛短”、“虛斷”屬于“隱性”故障，平時很難發(fā)現(xiàn)。虛短：電池內(nèi)部正負極板的某處由于某種原因?qū)е戮嚯x很近，處于直接接 觸和非接觸之間，浮充狀態(tài)下表現(xiàn)“正常”，通過測量浮充電壓很難

5、發(fā)現(xiàn)，而在 大電流放電/充電時，由于內(nèi)部溫度變化而引起結(jié)構(gòu)的變化，導(dǎo)致“短路”;虛斷：電池內(nèi)部正極/負極（尤其是內(nèi)部匯流排與極柱的連接處）由于腐 蝕或其他原因?qū)е隆伴_裂”甚至“斷裂”，但斷裂后還接觸在一起，同樣，在浮充 狀態(tài)下表現(xiàn)“正?！?，通過測量浮充電壓很難發(fā)現(xiàn)，而在大電流放電/充電時，連 接處會“斷裂”，從而導(dǎo)致“斷路”。當(dāng)前的蓄電池內(nèi)阻測量儀器采用的測試方法主要有兩種：交流注入測試法 和直流測試法。 交流注入測試法（如電導(dǎo)儀）：將已知頻率和振幅的交流電壓加到電池 的兩端，然后測量所產(chǎn)生的電流，與交流電壓同相的交流電流分量與交流電壓 的比值即為交流電導(dǎo)值。這種測試方法的優(yōu)點是：激勵信號由儀

6、器自身產(chǎn)生，無需對電池進行放電；設(shè)備體積小、重量輕，使用方便。缺點是：測量值受電池自身容抗影響較大； 測量值會隨測試頻率不同而變化，且易受充電器輸出紋波和噪聲源的 干擾，測量精度不高，重復(fù)性不好；由于只是注入微弱的交流信號，很難發(fā)現(xiàn)“虛短”、“虛斷”等“隱性”故障。 直流測試法：對電池進行短時間的放電，同時高速采集電池電壓變化，通過電壓變化和放電電流計算出蓄電池內(nèi)阻。這種方法的優(yōu)點是：采用直流放電方式，真實模擬蓄電池實際使用情況，測量數(shù)據(jù)真實、 準確；自動濾除充電機紋波、電磁干擾和電池容抗影響，可以在高噪聲環(huán)境 下對蓄電池進行測試，測量精度高，一致性好，在線、離線均可使用; 由于采用大電流放電

7、，可及時發(fā)現(xiàn)“虛短”、“虛斷”等“隱性”故障；缺點是：由于電池電壓變化小、電壓階越速度快，因此需要高速、高精度電壓 測量，技術(shù)要求高；設(shè)備體積、重量相對偏大。直流內(nèi)阻測試法因其具有突出的優(yōu)勢，能夠準確、全面的發(fā)現(xiàn)蓄電池的故 障和存在的隱患，已得到廣泛認可。(2)連接故障的重要性蓄電池自身故障已引起業(yè)內(nèi)人士重視，但是，蓄電池組的另一個重要安全 隱患一連接故障卻往往被忽略。連接故障主要包括：緊固螺栓松動、連接條氧化腐蝕、連接線與接線端子 間接觸不良、老化等。由此在放電過程中引起的端子過熱、燒紅甚至斷裂的現(xiàn) 象頻繁發(fā)生，且連接端子溫度過高會加速電池老化和腐蝕，形成惡性循環(huán)，極 易導(dǎo)致電池內(nèi)部匯流排融

8、化、斷裂；連接電阻過大還會導(dǎo)致電池組組端電壓下 降，給蓄電池組的安全運行帶來巨大隱患。(3 )測試電流/測試信號對測量結(jié)果的影響由于電池容量的不同，電池對測試電流/測試信號的“敏感度”就不同。交流注入測試法由于采用單一的測試頻率和測試信號，對不同容量的電池測量結(jié)果影響很大，測量結(jié)果缺乏可對比性。4 產(chǎn)品性能描述 菩電池組監(jiān)護橫塊BMM :可實現(xiàn)在線自動監(jiān)測每節(jié)電池電壓、內(nèi)阻、電池 組組端電壓、充放電電流和溫度功能。在BMM設(shè)備的CPU中，內(nèi)嵌了電 池分析的數(shù)學(xué)模型，可以通過對電池電壓、電壓離散度和內(nèi)阻的分析，得出 電池當(dāng)前的容量估算，也可以分析電池變化趨勢，及時作出充電電壓的調(diào)整， 達到在線維

9、護的目的。一只BMM模塊最多可以同時監(jiān)測24節(jié)電池，最多 可連接兩路電流傳感器和兩路溫度傳感器，蓄電池組監(jiān)測模塊BMM之間以 及與監(jiān)控主機之間采用RS485連接。4.1內(nèi)阻測試原理1、內(nèi)阻測試與電池電壓接線說明BMM(99-9)圖2說明：2、電池內(nèi)阻測試線為1F1、1F2、1F3、1F4 ,分別對應(yīng)1#電池正極、9#電池負極、18#電池負極、27#電池負極連接，每根線上使用BMM.FUSE保險絲。3、電池電壓采集線為（B1+. B1- X （ B2+、B2- ） （B27+、B27-）,依次對應(yīng)與“1#27#電池的正負極連接；同時，B1+和B27-同時為組端電壓采集線。電池電 壓采集線使用12

10、*0.3mm2的護套線，并在所有引線上串接GOLD051008保險絲。4、內(nèi)阻測試線接線方式采用“9-9-9”。備注：采用（24節(jié)類型）的BMM-*設(shè)備，對應(yīng)24節(jié)/組的接線法類似，只是內(nèi)阻測試線 接法采用M8-8-8%圖3為采用（27節(jié)類型）的BMM尸設(shè)備,對應(yīng)25節(jié)/組的接線示意圖。內(nèi)阻測試卜|卜IFI辰IFJIFJJHQft4Z<|BlBl8*25*10#1"2*9*說明：1、電池內(nèi)阻測試線為1F1. 1F2、1F3、1F4 ,分別對應(yīng)1#電池正極、9#電池負極、 17#電池負極、25#電池負極連接，接線方式采用“9-8-8”。2、電池電壓采集線為(B1+. B1- X

11、( B2+、B2- )(B25+、B25-),依次對應(yīng)與“1#25#電池的正負極連接；此外，將“內(nèi)阻測試”端的第四腳(1F4 )與設(shè)備 “26#+"接口連接，以及短接設(shè)備的壯5#與“27#端口。備注：針對電池組實際電池節(jié)數(shù)少于模塊最大接入節(jié)數(shù)(24節(jié)或27節(jié))的接線方式與 圖3類似，具體內(nèi)阻測試線的接法。實時監(jiān)測單體電池內(nèi)阻采用四線制方式測試電池內(nèi)阻，保證測量精度，也減少了人工測試的誤差內(nèi)阻測量范圍：0.1 mQ10OmQ內(nèi)阻測量精度：±(25%+25pQ)BATTERYBATTERYBATTERY4.2蓄電池性能分析數(shù)學(xué)模型解決方案大量的電池運行數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，電池電壓的變

12、化與電池性能變化有相關(guān)性。經(jīng)驗告訴我們，隨著電池使用時間的增加，電池性能不斷劣化，電池容量不 斷下降，而此時電池電壓的離散性也會變得愈來愈大。這是不容置疑的，也是有 理論依據(jù)的。找出其中規(guī)律，并以一種可用的數(shù)學(xué)模型表達，即可成為可用的電 池測試分析手段。基于以上經(jīng)驗，我們對大量的電池組運行數(shù)據(jù)進行了長時間的跟蹤分析，證 明了這一規(guī)律的存在，并在此基礎(chǔ)上我們建立了分析的數(shù)學(xué)模型。電池失效數(shù)學(xué)模型的判定依據(jù)有以下幾點：伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于自身的電池電壓離散度將逐 步變大；伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于整組電池的電池電壓離散度 將逐步變大；伴隨著電池性能的劣化，該電池相對于自身的內(nèi)

13、阻值將逐步變大；伴隨著電池性能的劣化，該電池的充放電曲線電壓之差相對于電池 組其它電池的值將逐步變大。顯然，面對不斷采集到的大量電池電壓數(shù)據(jù)，要快速分析這些數(shù)據(jù)，理出有 用的信息是非常復(fù)雜的，并非可以通過簡單的函數(shù)關(guān)系計算所能得到。在電池失效分析數(shù)學(xué)模型中，我們采用了模糊數(shù)學(xué)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷原 理，以一種非線性處理方式，以某種拓撲結(jié)構(gòu)對各種數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)，并得出判斷 結(jié)論。其最大特點就是它的自適應(yīng)功能，網(wǎng)絡(luò)權(quán)值可以通過學(xué)習(xí)算法不斷地調(diào)整， 從而個斷提高判斷的精度。這一數(shù)學(xué)分析模型，是某公司經(jīng)過近5年、約二萬節(jié)電池數(shù)據(jù)的分析研究成 果，已申請二項發(fā)明專利。上述的數(shù)學(xué)分析模型是非常復(fù)雜的，一般在

14、網(wǎng)絡(luò)化的蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)中由遠 程數(shù)據(jù)服務(wù)器來完成處理。在BMM內(nèi)嵌的分析程序中，由于受到CPU處理能 力的限制，我們對分析模型進行了簡化，給出蓄電池狀態(tài)趙勢的分析，提供程序 做出是否需要維護及如何維護，同時也對蓄電池電壓及離散性、內(nèi)阻做出綜合的 判斷，給出蓄電池失效的告警，較之其它單一的僅僅測試電壓或測試內(nèi)阻的方法， BMM分析模型給出的結(jié)果將更完善，更有效，更準確。蓄電池失效分析軟件實例(5)蓄電池動態(tài)放電內(nèi)阻報表11 / 12躺.追中】on 見| 以 | 下艮| 和C衛(wèi)豪 1 勿印關(guān)用我山供電公司代一舉屯池組1動態(tài)菽電苗阻痕扛電血P如1CM(T>|j 2V| 主產(chǎn)日助 2OW-W-0

15、!| ttSBMt 2005-02-02200M-a Wiu to£廚3. 11<»2> fiftfl 21|.4<(*2)芻斎it心袒0年均E& 1.T5<fc2>上.藝R電”日 2008-03-21 13:3(:31上電剛:g.疋玄包 珈 2.99U&） 聯(lián)佰12 LSOIbC!）上知滋農(nóng)電平灼內(nèi)佢.1.61SQ ）牟忱芻林沁ti電蟲電柱瞬« 1 ff/n 3 ff琢人芨工ninety 2ooe-«-25 i6：ia：235 主要技術(shù)指標(biāo)及參數(shù)輸入電源：AC/DC220V±15%. DC110V±15%. DC48V±15%電壓檢測范圍：15V30V （適用于2V蓄電池）4.5V-7.8 V （適用于6V蓄電池）9.0V16.0 V （適用于12V蓄電池）電壓檢測精度：<&#