梁 宇，王 楠，郭延增

(中國石油吉林石化公司 有機合成廠，吉林 吉林 132000)

閥控式密封鉛酸蓄電池以二氧化鉛和絨狀鉛為正、負極板，以稀硫酸為電解液并吸收于AGM隔膜中，制成氣體復(fù)合型貧液式電池，是目前應(yīng)用最廣泛的二次電池，大量使用于電氣系統(tǒng)備用電源中[1].蓄電池性能參數(shù)包括容量、電壓、內(nèi)阻、存儲性能、充放電特性等，不同品牌型號的蓄電池性能不盡相同，檢測指標(biāo)也有所區(qū)別，但檢測工具和檢測手段基本相同[2].為了深入了解蓄電池結(jié)構(gòu)原理，掌握檢測方法，提高設(shè)備維護和故障預(yù)測能力，現(xiàn)結(jié)合我廠蓄電池實際使用情況，對相應(yīng)的檢測設(shè)備、測量手段、維護及故障預(yù)測方法加以闡述.

1 蓄電池常用檢測工具

1.1 蓄電池巡檢儀

電池巡檢儀又叫電池管理器，可對電池充放電運行狀態(tài)實時自動檢測，能夠提醒電氣操作人員及時對電池進行預(yù)防性維護.下面以我廠EPS設(shè)備常用的電池巡檢儀BCS-1241為例，簡要介紹巡檢儀的產(chǎn)品特性和操作方法，BCS-1241電池巡檢儀的操作顯示面板見圖1.

圖1 BCS-1241蓄電池巡檢儀操作顯示面板

該巡檢儀能夠?qū)崟r在線檢測蓄電池的單體電壓，報警或故障狀態(tài)下不會對系統(tǒng)造成影響，具有較強的獨立性.巡檢儀設(shè)有開路、短路、反極、低電壓、過電壓等檢測功能，當(dāng)電池均充電壓≥15VDC,或放電電壓≤10.5VDC時，發(fā)出報警聲響.

(綠色LED指示燈)：電源管理器工作指示燈，當(dāng)有供電電壓時，此燈亮.

(紅色LED指示燈)：計數(shù)器指示燈，當(dāng)計數(shù)電路正常工作時，此燈亮.

(黃色LED指示燈)：電池故障指示燈，當(dāng)檢測到蓄電池狀態(tài)異常時，此燈亮.

Battery Voltage：數(shù)字電壓表，顯示電池端電壓.

Battery Number：數(shù)字計數(shù)表，顯示巡檢電池編號.

ON鍵：開機鍵

OFF鍵：關(guān)機鍵，也可作為清零鍵

Rescind鍵：解鎖鍵，當(dāng)巡檢儀發(fā)現(xiàn)單節(jié)蓄電池異常時，會鎖定該節(jié)電池的顯示信息，按住Rescind鍵兩秒，解除屏幕鎖定，巡檢儀繼續(xù)對其它節(jié)電池進行檢測.

1.2 蓄電池內(nèi)阻測試儀

我廠采用的內(nèi)阻測試儀為FLUKE BT510型號，如圖2所示，可用于單體電池或整組電池的內(nèi)阻、交流電壓、直流電壓、波紋電壓的檢測.能夠自動捕獲、顯示、存儲測量值，具備程序設(shè)定、閥值比較和超限報警功能，安全等級較高，操作靈活方便.

圖2 FLUKE BT510電池內(nèi)阻測試儀

內(nèi)阻測量方法：

(1)旋鈕調(diào)至mΩ檔

(2)用表筆內(nèi)圈接觸接線端子表面后，按下表筆內(nèi)圈壓回，直到表筆內(nèi)圈和外圈同時接觸端子，開始測量.

(3)表筆內(nèi)圈和外圈同時接觸端子后，儀表才會顯示穩(wěn)定準(zhǔn)確讀數(shù)，如圖3所示.

圖3 FLUKE BT510表筆測試方法

④存儲讀數(shù)，按保存(F1)功能鍵或按下黑色表筆上保存鍵進行存儲，見圖4.

圖4 FLUKE BT510數(shù)據(jù)顯示與保存

2 蓄電池常用檢測方法

鉛酸蓄電池的基本性能參數(shù)包括充放電特性、內(nèi)阻、容量等，只有較好掌握電池檢測方法，定期對電池相關(guān)參數(shù)進行測量、匯總、分析，可有效判斷電池性能變化趨勢，發(fā)現(xiàn)并消除故障隱患.蓄電池常用檢測方法包括充放電測試、內(nèi)阻檢測、容量檢測等[3].

2.1 充放電性能測試

蓄電池充放電試驗是檢測蓄電池性能的重要方法，能對蓄電池運行狀態(tài)進行早期預(yù)報，對查找落后單體電池效果良好.

2.2 充電性能測試

充電測試主要核對蓄電池的充電效率和最高充電電壓.

基本電路由充電電源(恒流源或恒壓源)、控制開關(guān)、蓄電池、電流及電壓檢測設(shè)備、記錄儀器等部分組成，充電電路示意圖如圖5所示.

圖5 充電電路示意圖

充電效率受充電電流、充電方法、環(huán)境溫度等影響較大.通常來說，在蓄電池充電開始階段，電池充電效率最高，但電池容量接近充滿的后期階段，隨著電池電極極化的不斷增加，充電效率也會越來越低.

檢查蓄電池性能好壞的重要依據(jù)是電池最高充電電壓，電壓越低，說明蓄電池的極化越小，充電效率也就越高，蓄電池使用壽命會更長.

2.3 電池內(nèi)阻檢測

電池內(nèi)阻是指電流通過電池時受到的阻力，通常來說，相同品牌型號的電池內(nèi)阻越低說明電池的性能就越好，因為電池工作電壓的上、下限受電池內(nèi)阻高低的影響，鉛酸蓄電池的內(nèi)阻值約為10-3Ω.

蓄電池為有源元件，它的內(nèi)阻用普通萬用表無法測量，必須使用專用測量儀器[4].我廠FLUKE BT510內(nèi)阻測試儀采用交流測試原理，利用內(nèi)阻等效為一個有源電阻的特點，對被測電池通以恒定電流源，然后采集電阻兩端電壓、并經(jīng)過整流和濾波等處理，通過精確計算得出電池內(nèi)阻值.

蓄電池內(nèi)阻與電池標(biāo)稱容量存在密切關(guān)系，通常容量越小的蓄電池內(nèi)阻值越大[5].

我廠常用蓄電池在額定電壓下的內(nèi)阻值標(biāo)準(zhǔn)見表1：

表1 蓄電池標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)阻值

3 蓄電池維護與故障預(yù)測

蓄電池故障機理是非常復(fù)雜的，早期故障原因包括電池內(nèi)部缺陷、極板存在隱患、安裝接線錯誤等.只有蓄電池處于充滿電的優(yōu)良狀態(tài)才能保證負載的不間斷供電[6].常規(guī)巡檢手段不能全面掌握閥控式密封鉛酸蓄電池的運行狀態(tài)，必須加強對鉛酸蓄電池維護和故障預(yù)測[8]，常見的維護和故障檢測方法有電壓測量法、內(nèi)阻測量法、核對放電法[8].

3.1 電壓測量法

電池放電開始階段，蓄電池的兩端電壓沒有明顯變化，當(dāng)放電到一定容量后，電池電壓開始顯著下降，電池的容量與電壓落后程度能夠最終體現(xiàn)電池的性能狀態(tài)，在實際應(yīng)用中通常采用浮充電壓法和放電電壓法用來判斷電池故障[7].

測量浮充電壓可有效判斷鉛酸蓄電池故障.例如，一般設(shè)定電池組平均電壓的±50 mV為該組蓄電池的極限電壓值，當(dāng)某節(jié)電池電壓偏離該值時，可能是由于該節(jié)電池內(nèi)部出現(xiàn)故障或未到達充分充放電狀態(tài)引起的.對該組電池進行長時間浮充電后，再進行單體電池電壓測量，如電壓仍然偏低，表示這節(jié)電池已經(jīng)存在故障，需進一步檢查其電解液密度，如果電解液密度低于正常值，說的電池已經(jīng)損壞，無法繼續(xù)使用.

測量電池放電時的電壓也是檢查蓄電池故障的常用方法.狀態(tài)良好的電池在放電時兩端電壓的下降較為平穩(wěn)，經(jīng)過較長時間才能下降到極限值.而故障電池的電壓下降的速度很快，很短時間就能達到極限值.我廠2I-UPS設(shè)備采用24節(jié)NP65-12蓄電池，電池電壓12 V，容量65 Ah.在檢修時采用KYD-220H放電儀，以6.5A電流進行放電試驗，正常電池放電5 h后剩余電量50%，電池電壓不低于10.8 V.其中多節(jié)故障電池放電1 h后，電壓已下降到10 V以下，測量電池內(nèi)阻遠超過標(biāo)準(zhǔn)值11.2 mΩ，后經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)因使用時間過長，部分電池極板腐蝕變形導(dǎo)致電池容量變小，內(nèi)阻增大.可見根據(jù)電池放電時電壓的變化情況可有效判斷電池故障狀態(tài)如圖6.

表6 2I-UPS蓄電池放電記錄

3.2 內(nèi)阻測量法

利用蓄電池內(nèi)阻預(yù)測單體電池故障是非常有效的手段.若蓄電池存在極板腐蝕、板柵增長、硫化、電解液干枯等各類隱患，都會導(dǎo)致電池的金屬內(nèi)阻和化學(xué)內(nèi)阻增大[8].內(nèi)阻的好壞對電池性能的影響最為嚴重，當(dāng)內(nèi)阻值增大時，蓄電池的兩端電壓會大幅下降，并造成電池儲能容量的縮減，甚至在運行中突然中斷供電，電池內(nèi)阻對電池性能的影響如圖7所示.

圖7 電池內(nèi)阻對電池性能的影響

由上圖可知，在蓄電池內(nèi)阻值增大情況下，電池兩端電壓下降到終止電壓時，電池的放電時間明顯減少，放出的容量未到達電池100%額定容量.內(nèi)阻越大，電池放出的實際容量越少，與額定容量差值就越大.

我廠10A-EPS設(shè)備蓄電池采用41節(jié)海智AGM HZB12-100型號電池，電池容量113 Ah，電池內(nèi)阻范圍5～6.5 mΩ.在2017年12月電池內(nèi)阻檢測過程中，發(fā)現(xiàn)有5節(jié)蓄電池內(nèi)阻值超過正常范圍，得到20 mΩ以上.通過持續(xù)監(jiān)控檢測，在2018年12月測量時發(fā)現(xiàn)12節(jié)蓄電池內(nèi)阻超過正常范圍，最大內(nèi)阻值已超過500 mΩ.2019年1月部分故障電池發(fā)生外殼膨脹破裂，電池燃燒事故，經(jīng)分析判斷因電池極板活性物質(zhì)脫落及排氣閥失效等原因，在長期充電情況下電池外殼碳化變形，電解液泄露造成接地短路引起燃燒.因此可知，當(dāng)電池內(nèi)阻值長時間遠超造成范圍時，經(jīng)常預(yù)示該電池內(nèi)部存在嚴重隱患.

3.3 核對放電法

采取核對性放電試驗時，可利用電阻箱或放電儀，實時監(jiān)控電池組放電電壓的變化情況，有針對性的調(diào)整放電負載阻值，確保到達恒流放電效果[9]，不僅能精準(zhǔn)測量電池的實際容量，而且對蓄電池可以起到較好的維護作用，具備其它維護方法沒有的技術(shù)優(yōu)勢.

但核對放電法在應(yīng)用中的缺點主要表現(xiàn)為：

(1)電池組必須斷電后才能進行核對放電，而且放電時間較長.只有利用裝置檢修長時間停電機會才能開展.

(2)核對放電只能測試整組電池容量，以容量最低的一節(jié)電池作為整組容量,不能測試單節(jié)電池容量[10].

4 結(jié) 論

本文主要介紹我廠UPS、EPS、直流電源等電氣系統(tǒng)備用電源所用閥控式密封鉛酸蓄電池的基本情況、檢測手段、維護和故障預(yù)測方法.實踐證明，只有熟練掌握儀器操作方法，不斷豐富電池檢測手段，定期開展基本參數(shù)測量，并對數(shù)據(jù)進行記錄、匯總、分析，就能夠發(fā)現(xiàn)電池性能變化趨勢，提早發(fā)現(xiàn)潛在故障，及時消除設(shè)備隱患，保證備用電源系統(tǒng)安全平穩(wěn)運行.