蓄电池在线内阻监测技术及运用

原创 2020-04-15 22:02  阅读

  运行状况和电池失效的常见现象,研完了监洲管理系统应解决的关键问题,主要包括:(1)

  管理系统的合理结构;(2)电池组及电池单体的电压、电流巡检与数据分析;(3)电池单体的内阻测量;(4)电池运行事件记录;(5)远程管理。重点介绍了结合BM一6500电池管理系统在直流操作电源系统的应用情况。

  目前,阀控式铅酸蓄电池在电力操作电源、通信电源中广泛使用,由于阀控式铅酸蓄电池结构的特殊性,在运行中可靠地检测蓄电池的性能,并有针对性地对蓄电池进行维护变得困难但又很迫切。从电源系统运行的高可靠性要求,各类蔷电池监测系统也在广泛使用。但不同的测试模式对蓄电池的性能状况反映也不一样,多年的研究和

  运用表明,内阻检测是目前最为可靠的测试方式之一,而蓄电池的不同失效模式对内阻的反映情况也不一样,了解蓄电池的内阻和各种失效模式的关系,合理地分析阀控式铅酸蓄电池的内阻数据,有利于更好地对蓄电池进行检测和维护。近年来,由于原材料的涨价,国内很多阀控式铅酸蓄电池厂家采用了很多新的生产工艺,由此而来对新工艺蓄电池内阻数据分析也发生了新的变化。合理地选择此类蓄电池内阻数据基准,对判断阀控式铅酸蓄电池性能有很大的帮助;合理地运用内阻数据维护蓄电池,对延长蓄电池的使用寿命有很大的作用,为获得最大的安全效益和经济效益有着很重要的意义。1 常见的蓄电池失效模式

  对于阀控式铅酸电池,通常的性能变坏原因有:电池失水、极板群的腐蚀、活性物质的脱落、深放电引起的钝化和深度放电后的恢复等,以下是几种性能变坏的情况。

  铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高或电池正极栅板的腐蚀,使电池的活性物质减少,从而使电池的容量降低而失效。

  阀控式铅酸蓄电池充电后期,正极释放的氧气与负极接触,发生反应,重新生成水,即

  在上述阴极吸收过程中,由于产生的水在密封情况下不能溢出,因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护,这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维护电池的由来。但在充电过程中,当充电电压超过2.35V/单体时就有可能使气体逸出。因为此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收,压力超过某个值时,便开始通过单向排气阀排气,排出的气体虽然经过滤酸垫滤掉了酸雾,但必竟使电池损失了气体,也等于失水,所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的,绝对不能过充电。

  电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅,电池充电时负极栅板发生如下化学反应

  放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应,当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时,在电池的正负极栅板上就有PbSO4存在,PbSO4长期存在会失去活性,不能再参与化学反应,这一现象称为活性物质的硫酸化,为防止硫酸化的形成,电池必须经常保持在充足电的状态,蓄电池绝对不能过放。

  由于电池失水,造成电解液比重增高,过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀,防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生。

  热失控是指蓄电池在恒压充电时,充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用,并逐步损坏蓄电池。造成热失控的根本原冈是浮充电压过高。

  一般情况下,浮充电压定为2.23~2.25V/单体(25℃)比较合适。如果不按此浮充范围工作,而是采用2.35V/单体(25℃),则连续充电4个月就可能出现热失控;或者采用230V/单体(25℃),连续充电6~8个月就可能出现热失控;如果是采用2.28V/单体(25℃),则连续12~18个月就会出现严重的容量下降,进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气,电池容量下降,最后失效。

  阻抗分析是电化学研究中的常用方法,是电池件能研究和产品设汁的必要手段。图l所示为常用的铅酸电池阻抗的等效电路。

  备用场合使用的VRLA电池一般容量很大,在几十到数千安时,电池的内阻值很小。由于阻值低,电池正负极输出感应的电压幅值很小,尤其是在线测量时电池端存在充电纹波和负载变动时的动态变化,要准确测量内阻是有一定难度的。常见的内阻测试方法有以下几种。

  直流方法是在电池组两端接入放电负载,根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1一U2)来计算内阻值,见图2所示。沙巴体育官网,常采用式(3)计算。

  在实际使用中,由于馈入信号的幅值有限,电池的内阻在微欧或毫欧级,因此,产生的电压变化幅值也在微伏级,信号容易受到干扰。尤其是在线测量时,受到的影响更大,采用基于数字滤波器的内阻测量

  由于测量方法的不同,蓄电池内阻数值有较大的差异。因此,在研究内阻变化时需要在同一方法下进行测量。

  蓄电池处于不同的状态.其内阻值也有很大的差异。放电容量达到80%后,内阻急剧上升。转入充电后,内阻很快恢复到正常数值。

  图3是不同劣化模式下的电池放电曲线。与一般的腐蚀模式对比可以发现:同样的欧姆内阻变化幅度,失水模式能提供的输出容量比腐蚀模式的要低。

  目前国内还没有相关的标准对蓄电池内阻数据进行解释说明,只有IEEE Std 1188―1996中对内阻测最和数据分析作了简单的说明,IEEE Std1188一1996指出:内阻受包括物理连接、电解液离子导电性和电极表而的活性物质的活性三方面因素的影响,内阻值与所采用的仪器和测量方法有关,内阻的变化可以当作电池性能或者说容量变化的指示。明显的内阻变化表明蓄电池有大的性能改变,超过30%的变化即可认为明显,但这个变化幅度可能跟不同厂家的电池有关。

  为了获得可靠数据,我们对装备有动力环境集中监控系统的50组通讯电源的蓄电池进行了测试,其中采用改进工艺的蓄电池有32组,投入运行的时间从2001年8月到2005年lO月,其余的蓄电池为1997年到2000年的老电池,测试的蓄电池均为国产品牌的且广泛使用的型号,所测试的蓄电池生产厂家有3家,本次测试的蓄电池均按重量区分蓄电池的工艺,按厂家的说明书,近些年生产的蓄电池重量均明显小于2001年前相同容量的蓄电池的重量,我们以重量作为区分蓄电池工艺的方法。

  内阻测试设备使用增强型的BM6500蓄电池监测系统,BM6500采用了交流法的内阻测试系统,增强型的内阻测试精度为2%。现场测试的一组数据如表1所列。

  浮充电压最大动态误差为2.340(No.1)-2.219(No.15)=0.121V,大于YD/T799―1996规定最高及最低电压值偏差为50mV,从浮充电压可以知道本组蓄电池的性能并不理想,内阻最大变化率为25.9%(No.12)。

  通过分析发现,在蓄电池劣化时,采用新工艺的蓄电池内阻值明显小于采用老工艺的蓄电池,对于新工艺的蓄电池内阻预警值应更为严谨。

  内阻与SOH(State of Health)的关系分析的结论如下。(1)不能直接用内阻数据来计算SOH(State of Health),而且建立标准亦很困难。内阻不能同容量进行量化表达,只是性能的反映;

  (2)SOC(State of Charge)和SOH(State of Health)无疑影响电池内阻,劣化的蓄电池内阻都有很大的变化;(3)大容量电池的欧姆内阻很小。其变化幅度就更小,需要相当精度的测试手段;

  (6)蓄电池的监测应是对蓄电池的运行参数、内阻变化、电压监测等的综合参数监测,对内阻的变化率的监测是很有意义的;

  (7)新工艺蓄电池的性能、寿命明显低于老的蓄电池,更需要严格监测其运行参数,定期的核对性放电不可缺少。

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