蓄电池容量测试

目录1 .概述31 .电池的结构和工作原理31.1 .电池结构图31.2 .工作原理41.3 .铅蓄电池电化学原理41.4 .电池技术特性52 .测试原理71 .蓄电池剩馀容量放电和充电过程的数学模型72 .电池剩馀容量在线测试仪的开发方案83 .实现电池剩馀容量在线测试93 .测试方式比较101 .离线放电法技术分析102 .在线评价式放电法技术分析103 .全在线放电技术分析113.1 .在线放电结束后，自动完成在线充电，恢复同电位连接133.2 .在线放电“无缝连接”技术134 .在线放电技术与当前放电技术的比较分析144.1 .与离线放电技术的比较分析144.2 .与在线评价式放电技术的比较分析154 .测试方法151 .半负载内阻法151.1 .电池组放电电压曲线族151.2 .电池组放电的内阻曲线族161.3 .电池组放电下内阻分布的对比度曲线191.4 .半负载内阻法及判别精度201.5 .半负荷内阻法实用关键问题探讨221.6 .从电池组的压阻曲线族看电池检测技术的发展241.7 .结语252 .内阻法252.1 .通过内阻来预测剩馀容量的实施方式262.2 .改进高噪声情况下的在线测量方法272.3 .实验结果295 .测试设备296 .解决办法401 .活性剂401.1 .功能原理401.2 .产品特点402 .安装铅酸蓄电池再生器以解决硫化的最佳工具412.1 .再生器的功能原理412.2 .再生器的特征422.3 .再生器的使用方法422.4 .再生器注意事项421 .概要1 .电池的结构和工作原理1.1 .电池结构图电池结构图电池槽、盖选择超阻燃ABS塑料把手便于携带正负极组的板栅采用特殊的铅钙锡铝四元合金，伸长率、耐腐蚀、氢过剩电位高微细玻璃纤维隔板优选隔板母线耐大电流冲击端子内置铜芯，使其电阻最小化，极柱密封采用瑞士专利技术安全阀具有耐酸性和良好的弹性恢复能力。1.2 .动作原理阀控式密闭铅蓄电池充放电过程中的化学反应如下放电PbO2 2H2SO4 Pb PbSO4 2H2O PbSO4充电(二氧化铅) (硫酸) (海绵状铅) (硫酸铅) (水) (硫酸铅)正极活性物质电解液负极活性物质正极活性物质电解液负极活性物质放电时：正极板的二氧化铅和负极板的海绵状铅与电解液中的硫酸反应，生成硫酸铅，电解液中的硫酸浓度降低充电时：硫酸铅经氧化还原反应恢复为二氧化铅和海绵状铅，电解液中硫酸浓度增大。1.3 .铅蓄电池电化学原理在蓄电状态下，正极板是深棕色的二氧化铅，负极板是海绵状灰色的纯铅，电解液是硫酸。 蓄电池放电后，正极和负极都变成硫酸铅，电解液中的硫酸浓度变稀薄，充电后，正极返回二氧化铅，负极返回纯铅。 正极、负极在充放电中参与氧化还原反应。 密闭铅蓄电池由于运行维护少，不会发生水雾溢出，越来越应用于电信系统。密闭铅蓄电池有电极方式和阴极吸收方式。1.3.1 .电极方式该电池内置有一对辅助电极，一个吸收氧气，一个吸收氢气，一个只内置有吸收氢气的辅助电极也可以。 吸收氢的辅助电极载有易于氧化氢的催化剂。 蓄电池内部产生氢气时，吸收氢气的辅助电极上形成氢电极，与二氧化铅形成放电过程，以水的形式返回蓄电池。1.3.2 .阴极吸收方式正极充电时产生的氧通过隔膜扩散到负极，与活性物质铅反应形成PbO，再与硫酸反应生成硫酸铅和水。 氢和氧不会从电池中析出。1.4 .电池技术特性1.4.1 .放电特性放电容量与放电电流关系：放电电流越小放电容量越大，相反，放电电流越大放电容量越小。放电容量与温度的关系：温度下降时放电容量减少。放电特性图图4-2是在25温度下将0.1C(A)-2.5C(A )的放电电流放电至终止电压时的恒流放电特性图. 10小时率、3小时率、1小时率放电特性都是理想的。放电特性图放电容量与环境温度关系图放电容量与环境温度关系图1.4.2 .充电特性浮动充电需要解决的两个问题：补偿电池自放电引起的容量损失避免过充电引起电池寿命的缩短充电特性图充电特性图蓄电池放电后恢复充电也可采用浮动充电方法。 上图是以10小时率放电额定容量50%及100%后恒定电流0.1C10(A)恒定电压(2.23V )充电特性图. 放电后蓄电池的满充电所需时间根据放电量、充电初始电流、温度而变化。 图中100%放电后的电池在25下以0.1C10(A )、2.23V/单元进行限流电压充电，在24小时左右能够充电到放电量100%以上。2 .测试原理1 .蓄电池剩馀容量放电和充电过程的数学模型铅蓄电池剩馀容量(SOC )与蓄电池的端子电压、充放电电流、初始电液比重、环境温度等物理化学参数的关系可以用数学模型表示，基于该数学模型，通过测定蓄电池充放电中的各物理参数可以得知蓄电池的当前容量。 数学模型的公式如下：u放射=ur-ax log (1DOD/SOC )-bx log (1I/(ahx (1k (t-25 ) ) ) xdodx 100 )-I/(ahx (1k (t-25 ) ) ) xcx (0. 01 x (25-t ) ) xdoda :由反应物与生成物比例变化引起的电压变化的常数、0.10.2；b :电化学极化项常数，0.10.15；c :内阻极化项常数，0.080.15；u充=urdx log (1SOC/DOD ) ex log (I/(ahx (1k (t-25 ) ) ) xs ocx 100 )I/(ahx (1k (t-25 ) ) ) xfx (0. 01 x (25-t ) ) ) xdodd :由反应物与生成物比例变化引起的电压变化的常数、0.10.2；e :电化学极化项常数，0.20.25；f :内阻极化项常数、0.150.25；JK SOC-I蓄电池剩馀容量测定器是基于上述蓄电池剩馀容量放电和充电过程的数学模型而开发的。2 .电池剩馀容量在线测试仪的开发方案数学模型表明若干主要物理量对SOC的影响较大1 )不同充放电率I/Ah2 )不同的初始电压Ur3 )不同温度t温度主要影响电池的额定容量。温度对额定容量的影响： Ca=Cr1 K(T-25)Ca :任何温度下电池的实际容量Cr :电池在25下的额定容量t :实际温度；k :温度系数、温度每变化1，SOC变化约为0.5%0.8% .温度对额定容量的影响是对充放电率I/Ah的影响，温度降低或增加20，充放电率增加或减少10% 16%。 一般情况下，电池的工作温度变化到2510，因此充放电率也只变化(5% 8% )。 对SOC的影响更小。可知温度对SOC的影响远小于I/Ah、Ur。根据蓄电池端电压与SOC关系的数学模型，SOC除了与端电压有关外，还与蓄电池的充放电率、初始电动势、温度等物理量有关，因此在设计蓄电池容量在线测试器时必须考虑这些物理量的输入方式。综合考虑到这些因素，拟采用以下方案1 )以嵌入式微处理器芯片为设备核心设备，利用电池端电压与SOC的关系数学模型完成主要计算。2 )需要实际测量2个模拟量：电池电压、环境温度。 为了降低成本，采用串行数据输出的A/D转换芯片。3 )蓄电池的充放电率、初期电动势预定采用键盘输入。使用12864LCD液晶显示器显示计算出的输入量和SOC。5 )为了便于便携供电方式，采用电池或15V稳压电源这两种方式。3 .电池剩馀容量在线测试仪的实现用上述方式设计的电池容量在线测试器的功能框图如图1所示。电路说明：1 )微处理器采用AT89S52单片机，该单片机成本低，功耗低，性能高，容易扩展，具有8K程序存储器，SOC计算和键盘输入、LCD显示等控制均由该芯片完成。2 )温度检测采用了DALLAS的DS18B20。 该芯片具有温度传感器和A/D转换功能、转换后的串行数通过one _wire (电线)与CPU通信。 测量温度范围为-55 至125 ，芯片转换精度为0.0625。3 )在端子电压的采样中采用电压-频率转换芯片LM331，将转换精度转换为1/1，000 v，即，1V的电压，并转换为1，000 Hz的频率。4 )电源模块采用插入开关，没有外部电源时从电池供电，开启外部电源时解除电池的连接，从15vdc适配器向电路供电。本测量仪使用的数学模型已经达到广东番禺恒达蓄电池厂的产品测试，误差不超过10%。3 .测试方式的比较1 .离线放电法的技术分析(1)一个电池脱离系统后，商用电源被切断，系统备用电池的供电时间显着缩短，更不清楚另一个电池是否存在质量问题，该放电方式发生事故的风险很高。 建议采用该方式放电时，尽早启动发动机组，确保发电机组、开关电源等设备正常运行，确保安全。(2)离线放电结束后的电池组和在线电池组之间存在较大的电压差，如果操作错误，则开关电源和在线电池组对离线放电后的电池组进行大电流充电，产生较大的火花，容易发生安全事故。 以这种方式放电需要一系列的智能充电马达，在此脱机的电池组充电恢复后，并行返回系统解决火花问题，可使系统进入更长的一组供电状态，事故风险较高。 通过调整整流器的输出和放电的电池组的电压，重新开始连接。 上述操作要慎重操作(3)在该放电方式中，需要使电池组的正极和负极双方脱离，特别是在使电池组的负极脱离时需要特别注意，由于操作错误，负极短路，系统的电力供给被切断，有时发生通信事故(4)该方式需要在虚拟负载下以热形式消耗电池，浪费电能，影响机房设备的运行环境，经常保护电池避免在高温下发生事故。2 .在线评价式放电法的技术分析(1)将整流器输出电压调整为保护低压值(46V等)，使所有备用电池组将实际负载直接放电至整流器输出电压保护设定值。 由于当前网络系统设备的大部分电池配置备份供电时间为14h，放电电流较大，因此应考虑从电池组到设备的供电电路的电压降和设备的低压动作阈值，保证系统的供电安全，在线评价式放电不应过度调整整流器的输出电压(例如46V ) 放电深度有限，难以把握实际的负载的放电时间，难以评价电池容量，在电池性能测试中存在不确定的要素，因此难以达到维持电池组的活性这一放电测试的目的所期待的动作效果(2)当两组电池均存在容量不足、容量不足、延迟等质量问题时，维修人员很难立即发现整流器输出保护值所需的时间，在这种情况下，备用电池的容量可能不太充足，有较高的风险。 在这种情况下，该放电方式比离线放电方式安全性低(3)由于放电深度有限，无法达到维持电池组活性的放电测试目的，更重要的是，在全容量放电的实践中，在放电前期经常发现正常的电池组，但在中后期，一些延迟的电池逐渐开始露出。 该部分为落后单体，采用该放电方式未能发现深度不足。 因此，该放电方式被称为在线评价式，大致评价电池组的性能，测定该电池组能够放电到该保护电压的时间的长度，在该时间以外无法进一步检查能够放电多久(4)组间电池放电电流不均衡。 各组电池根据自身情况自然分配系统负载电流放电，延迟的电池内阻大，分配电流小，但健康的电池内阻低，分配电流大，部分延迟的电池会引起放电电流不足而不能露出的现象，无法达到我们放电性能质量检测的目的。如上所述，在中心房电池必须定期进行容量测试的需要下，目前两种容量测试方法各有特点，有缺点。 离线放电方法可达到电池容量测试的目的，但工作量过大，系统安全性低。 在线评价式放电方法工作量小，但系统安全性低，不能达到电池容量测试的目的，潜在的安全隐患较大。 因此，目前电池容量的测量方法必须改革。 现引入新的科学容量测量技术全在线放电技术，达到电池放电容量测量预期的维护质量测量效果，电池放电维护工作简便安全，维护工作效率提高，容易取得有效执行。3 .全在线放电技术分析全在线放电技术是指被测试组电池通过串联组电池的全在线放电试验设备提高在线供电电压，自动以稳定流或恒功率控制输出，被测试组电池向在线负载设备供电，实现被测试组电池的恒流放电试验或恒功率放电试验，达到安全的节能保全效果系统技术的概念图如图1所示。图1电池全在线放电设备的动作原理图放电技术的原理如图2所示。 被检组电池的全在线放电原理分析：如图2所示，在被检组电池的正极串联组电池的全在线放电设备中，通过使被检组电池所在的分支路的电压比整流器输出或其他组电池的电压稍高，使该组电池放电实际负载，在该放电过程中使被检组电池的电压发生放电时间的变化(延长) 使其随时间变化(逐渐降低)，保证能够在所有在线放电设备中进行自动电压补偿调整的