阀控式密封铅酸蓄电池的检测技术与故障预测

梁 宇，王 楠，郭延增

(中国石油吉林石化公司 有机合成厂，吉林 吉林 132000)

阀控式密封铅酸蓄电池以二氧化铅和绒状铅为正、负极板，以稀硫酸为电解液并吸收于AGM隔膜中，制成气体复合型贫液式电池，是目前应用最广泛的二次电池，大量使用于电气系统备用电源中[1].蓄电池性能参数包括容量、电压、内阻、存储性能、充放电特性等，不同品牌型号的蓄电池性能不尽相同，检测指标也有所区别，但检测工具和检测手段基本相同[2].为了深入了解蓄电池结构原理，掌握检测方法，提高设备维护和故障预测能力，现结合我厂蓄电池实际使用情况，对相应的检测设备、测量手段、维护及故障预测方法加以阐述.

1 蓄电池常用检测工具

1.1 蓄电池巡检仪

电池巡检仪又叫电池管理器，可对电池充放电运行状态实时自动检测，能够提醒电气操作人员及时对电池进行预防性维护.下面以我厂EPS设备常用的电池巡检仪BCS-1241为例，简要介绍巡检仪的产品特性和操作方法，BCS-1241电池巡检仪的操作显示面板见图1.

图1 BCS-1241蓄电池巡检仪操作显示面板

该巡检仪能够实时在线检测蓄电池的单体电压，报警或故障状态下不会对系统造成影响，具有较强的独立性.巡检仪设有开路、短路、反极、低电压、过电压等检测功能，当电池均充电压≥15VDC,或放电电压≤10.5VDC时，发出报警声响.

(绿色LED指示灯)：电源管理器工作指示灯，当有供电电压时，此灯亮.

(红色LED指示灯)：计数器指示灯，当计数电路正常工作时，此灯亮.

(黄色LED指示灯)：电池故障指示灯，当检测到蓄电池状态异常时，此灯亮.

Battery Voltage：数字电压表，显示电池端电压.

Battery Number：数字计数表，显示巡检电池编号.

ON键：开机键

OFF键：关机键，也可作为清零键

Rescind键：解锁键，当巡检仪发现单节蓄电池异常时，会锁定该节电池的显示信息，按住Rescind键两秒，解除屏幕锁定，巡检仪继续对其它节电池进行检测.

1.2 蓄电池内阻测试仪

我厂采用的内阻测试仪为FLUKE BT510型号，如图2所示，可用于单体电池或整组电池的内阻、交流电压、直流电压、波纹电压的检测.能够自动捕获、显示、存储测量值，具备程序设定、阀值比较和超限报警功能，安全等级较高，操作灵活方便.

图2 FLUKE BT510电池内阻测试仪

内阻测量方法：

(1)旋钮调至mΩ档

(2)用表笔内圈接触接线端子表面后，按下表笔内圈压回，直到表笔内圈和外圈同时接触端子，开始测量.

(3)表笔内圈和外圈同时接触端子后，仪表才会显示稳定准确读数，如图3所示.

图3 FLUKE BT510表笔测试方法

④存储读数，按保存(F1)功能键或按下黑色表笔上保存键进行存储，见图4.

图4 FLUKE BT510数据显示与保存

2 蓄电池常用检测方法

铅酸蓄电池的基本性能参数包括充放电特性、内阻、容量等，只有较好掌握电池检测方法，定期对电池相关参数进行测量、汇总、分析，可有效判断电池性能变化趋势，发现并消除故障隐患.蓄电池常用检测方法包括充放电测试、内阻检测、容量检测等[3].

2.1 充放电性能测试

蓄电池充放电试验是检测蓄电池性能的重要方法，能对蓄电池运行状态进行早期预报，对查找落后单体电池效果良好.

2.2 充电性能测试

充电测试主要核对蓄电池的充电效率和最高充电电压.

基本电路由充电电源(恒流源或恒压源)、控制开关、蓄电池、电流及电压检测设备、记录仪器等部分组成，充电电路示意图如图5所示.

图5 充电电路示意图

充电效率受充电电流、充电方法、环境温度等影响较大.通常来说，在蓄电池充电开始阶段，电池充电效率最高，但电池容量接近充满的后期阶段，随着电池电极极化的不断增加，充电效率也会越来越低.

检查蓄电池性能好坏的重要依据是电池最高充电电压，电压越低，说明蓄电池的极化越小，充电效率也就越高，蓄电池使用寿命会更长.

2.3 电池内阻检测

电池内阻是指电流通过电池时受到的阻力，通常来说，相同品牌型号的电池内阻越低说明电池的性能就越好，因为电池工作电压的上、下限受电池内阻高低的影响，铅酸蓄电池的内阻值约为10-3Ω.

蓄电池为有源元件，它的内阻用普通万用表无法测量，必须使用专用测量仪器[4].我厂FLUKE BT510内阻测试仪采用交流测试原理，利用内阻等效为一个有源电阻的特点，对被测电池通以恒定电流源，然后采集电阻两端电压、并经过整流和滤波等处理，通过精确计算得出电池内阻值.

蓄电池内阻与电池标称容量存在密切关系，通常容量越小的蓄电池内阻值越大[5].

我厂常用蓄电池在额定电压下的内阻值标准见表1：

表1 蓄电池标准内阻值

3 蓄电池维护与故障预测

蓄电池故障机理是非常复杂的，早期故障原因包括电池内部缺陷、极板存在隐患、安装接线错误等.只有蓄电池处于充满电的优良状态才能保证负载的不间断供电[6].常规巡检手段不能全面掌握阀控式密封铅酸蓄电池的运行状态，必须加强对铅酸蓄电池维护和故障预测[8]，常见的维护和故障检测方法有电压测量法、内阻测量法、核对放电法[8].

3.1 电压测量法

电池放电开始阶段，蓄电池的两端电压没有明显变化，当放电到一定容量后，电池电压开始显著下降，电池的容量与电压落后程度能够最终体现电池的性能状态，在实际应用中通常采用浮充电压法和放电电压法用来判断电池故障[7].

测量浮充电压可有效判断铅酸蓄电池故障.例如，一般设定电池组平均电压的±50 mV为该组蓄电池的极限电压值，当某节电池电压偏离该值时，可能是由于该节电池内部出现故障或未到达充分充放电状态引起的.对该组电池进行长时间浮充电后，再进行单体电池电压测量，如电压仍然偏低，表示这节电池已经存在故障，需进一步检查其电解液密度，如果电解液密度低于正常值，说的电池已经损坏，无法继续使用.

测量电池放电时的电压也是检查蓄电池故障的常用方法.状态良好的电池在放电时两端电压的下降较为平稳，经过较长时间才能下降到极限值.而故障电池的电压下降的速度很快，很短时间就能达到极限值.我厂2I-UPS设备采用24节NP65-12蓄电池，电池电压12 V，容量65 Ah.在检修时采用KYD-220H放电仪，以6.5A电流进行放电试验，正常电池放电5 h后剩余电量50%，电池电压不低于10.8 V.其中多节故障电池放电1 h后，电压已下降到10 V以下，测量电池内阻远超过标准值11.2 mΩ，后经拆检发现因使用时间过长，部分电池极板腐蚀变形导致电池容量变小，内阻增大.可见根据电池放电时电压的变化情况可有效判断电池故障状态如图6.

表6 2I-UPS蓄电池放电记录

3.2 内阻测量法

利用蓄电池内阻预测单体电池故障是非常有效的手段.若蓄电池存在极板腐蚀、板栅增长、硫化、电解液干枯等各类隐患，都会导致电池的金属内阻和化学内阻增大[8].内阻的好坏对电池性能的影响最为严重，当内阻值增大时，蓄电池的两端电压会大幅下降，并造成电池储能容量的缩减，甚至在运行中突然中断供电，电池内阻对电池性能的影响如图7所示.

图7 电池内阻对电池性能的影响

由上图可知，在蓄电池内阻值增大情况下，电池两端电压下降到终止电压时，电池的放电时间明显减少，放出的容量未到达电池100%额定容量.内阻越大，电池放出的实际容量越少，与额定容量差值就越大.

我厂10A-EPS设备蓄电池采用41节海智AGM HZB12-100型号电池，电池容量113 Ah，电池内阻范围5～6.5 mΩ.在2017年12月电池内阻检测过程中，发现有5节蓄电池内阻值超过正常范围，得到20 mΩ以上.通过持续监控检测，在2018年12月测量时发现12节蓄电池内阻超过正常范围，最大内阻值已超过500 mΩ.2019年1月部分故障电池发生外壳膨胀破裂，电池燃烧事故，经分析判断因电池极板活性物质脱落及排气阀失效等原因，在长期充电情况下电池外壳碳化变形，电解液泄露造成接地短路引起燃烧.因此可知，当电池内阻值长时间远超造成范围时，经常预示该电池内部存在严重隐患.

3.3 核对放电法

采取核对性放电试验时，可利用电阻箱或放电仪，实时监控电池组放电电压的变化情况，有针对性的调整放电负载阻值，确保到达恒流放电效果[9]，不仅能精准测量电池的实际容量，而且对蓄电池可以起到较好的维护作用，具备其它维护方法没有的技术优势.

但核对放电法在应用中的缺点主要表现为：

(1)电池组必须断电后才能进行核对放电，而且放电时间较长.只有利用装置检修长时间停电机会才能开展.

(2)核对放电只能测试整组电池容量，以容量最低的一节电池作为整组容量,不能测试单节电池容量[10].

4 结 论

本文主要介绍我厂UPS、EPS、直流电源等电气系统备用电源所用阀控式密封铅酸蓄电池的基本情况、检测手段、维护和故障预测方法.实践证明，只有熟练掌握仪器操作方法，不断丰富电池检测手段，定期开展基本参数测量，并对数据进行记录、汇总、分析，就能够发现电池性能变化趋势，提早发现潜在故障，及时消除设备隐患，保证备用电源系统安全平稳运行.