阀控铅酸蓄电池测量设备的可用性评估方法

蒋海锋，万畅，林树胜

（1. 广东科学技术职业学院，广东 珠海 519090；2. 珠海伊托科技有限公司，广东 珠海 519020）

0 引言

铅酸蓄电池作为后备电源已被广泛应用于直流电源系统和不间断电源系统，作为安全的最后一道防线，蓄电池能否正常发挥作用显得非常重要。业界已广泛认同蓄电池内阻值直接影响电池实际容量和使用性能，蓄电池的内阻值，尤其是内阻值的增量是蓄电池性能退化的重要指示器。因此，从蓄电池上线运行开始监测其内阻值的变化是确保蓄电池性能的重要手段。

尽管IEC 60896-21-2004、IEC 60896-22-2004和GB/T 19638.2—2005标准规定了铅酸蓄电池的内阻水平[1-3]，并定义了标准的二次放电法用以测量蓄电池的内阻值，但是二次放电法需要进行短时大电流平稳控制和测量（比如800 AH的电池需要进行5 s、1600 A的电流放电控制），这种测量方法目前只适用于实验室，商业化的蓄电池检测设备一般会采用各自研发的技术，这样导致了目前内阻测量值无统一的标准，相关的国家认证实验室也没有提供标准的真实测量值。这导致了目前蓄电池内阻无标准的困境，不同的测量设备所测得的内阻值不同，但是又无法认定那个设备的测试结果符合标准。

但是在目前的应用环境下，即使测试结果有一定差异（当然，参照标准，不应偏离太大），但如果测试设备具有良好的稳定性、可重复性和灵敏性，那么通过内阻变化也是可以推断蓄电池性能的变化的。

本文所介绍的评价铅酸蓄电池内阻测试设备的方法和数学模型，能便利、精确、快速验证蓄电池内阻测试设备的测量稳定性、可重复性和灵敏性。

1 铅酸蓄电池内阻测量设备的准确性评测方案设计

1.1 设计原理

阀控铅酸蓄电池内阻值根据容量不同从几十微欧至几千微欧，其退变趋势与其内阻增量变化成一定的关系，根据目前大量的测试数据表明，内阻值从最初电池的内阻基值逐渐增加50%左右，其容量也会退变至80%左右，电池一旦退变到80%容量后会快速退变，因此80%的容量是电池的可靠性分界点。采用内阻变化趋势来评判电池性能变化就要求测量设备能非常准确地测量其趋势变化[4-6]。正如前面提到，在真实内阻值无参考标准的情况下，能否灵敏监测内阻的变化就显得十分重要，假设对同一节电池，A设备测量其内阻基值为100微欧，B测量设备测量其内阻基值为120微欧，5年后再次测量，A设备测得内阻值为150微欧，B设备测得内阻值为180微欧，则其变化增量均为50%，我们可认为在趋势评判上A、B设备具有相同的效果。

因此我们可以通过在蓄电池测试回路中串联一定阻值的电阻来模拟内阻的增量变化，使整个测试回路既具备蓄电池的电化学特性，又能实现模拟电阻增加。通过串联不同阻值的电阻，并考虑到内阻的实测值、增量大小和测量设备本身的测量重复误差等因素，制定评测数学模型。实现对测量设备不同测试环境下准确性和稳定性的综合评判。

1.2 模拟铅酸蓄电池内阻微量增加的具体实施

本方法是通过在被测蓄电池的一个极柱串联已知阻值的经过校准的系列功率微量电阻（一般是分流器），如图1所示，用蓄电池内阻测试设备分别测试r0与r1，然后计算其测得的增量值：

图1 测量结构图Fig.1 Measure struct

与已知的R值比较，计算出增值的测量误差δ：

通过更换不同的经过校准的系列功率微量电阻（一般是按IEC 60896-21-2004、IEC 60896-22-2004和GB/T 19638.2—2005标准所规定的蓄电池内阻试验方法所测得内阻值的10%、20%、30%～100%）、以及更换不同安时数、不同伏数等级的电池（如2 V、6 V、12V），得到一系列的内阻增值测量误差值δ1、δ2、……δn。从而计算计算出算数均差 及误差值均方差σ：

2 增量试验步骤及测试数据

试验按如下步骤进行：

（1）使用重复精度±2%的eTocsin公司的BMMS2000蓄电池在线监测装置测量某节电池内阻10次，并计算平均值；

（2）根据平均值分别校准9个分流器，使得分流器的值分别为平均值 的20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%；

（3）分别串联分流器，分别测量其内阻值。

更换不同安时数的电池重复上述3个步骤。

考虑到测量设备本身的重复精度和内阻微增量大小的影响关系，我们将增量分为2组来定义其均方差标准，20%～50%为一组， 50%～100%为一组，分别计算出增量值的测量误差的均值及其均方差。

以下是实测数据：

（1）叠加增量20%、30%、40%、50%的测试情况如表1所示。

测试数据计算得误差均值和误差均方差值为：

表1 实验数据1Table 1 Experimental data group #1

（2）叠加增量50%、60%、70%、80%、90%、100%的测试情况如表2所示。

测试数据计算得误差均值和误差均方差值为：

从以上测试结果，我们可以得出以下结论：

采用重复精度为±2%的eTocsin公司的在线监测装置BMMS2000进行内阻增量试验，两组数据的增量误差+增量误差均方差分别为：

（1）叠加增量20%、30%、40%、50%的测试：8.78%；

（2）叠加增量50%、60%、70%、80%、90%、100%的测试：4.15%。

因此，我们制定叠加增量20%、30%、40%、50%的测试的增量误差+增量误差均方差为15%，叠加增量50%、60%、70%、80%、90%、100%的测试的增量误差+增量误差均方差为5%是可以有效判断在线监测装置的测量准确性和稳定性。

3 结语

本文所介绍的验证铅酸蓄电池内阻测试设备测量增量的准确性和稳定性具有容易实施、快速、精准的特点。在制定增量误差+增量误差均方差评价标准时应充分考虑蓄电池的理论内阻值、增量大小、测试设备的测量精度及重复误差等参数，以最终制定一个合理的评价标准值。

表2 实验数据2Table 2 Experimental data group #2