閥控鉛酸蓄電池測量設備的可用性評估方法

蔣海鋒，萬暢，林樹勝

（1. 廣東科學技術職業學院，廣東 珠海 519090；2. 珠海伊托科技有限公司，廣東 珠海 519020）

0 引言

鉛酸蓄電池作為后備電源已被廣泛應用于直流電源系統和不間斷電源系統，作為安全的最后一道防線，蓄電池能否正常發揮作用顯得非常重要。業界已廣泛認同蓄電池內阻值直接影響電池實際容量和使用性能，蓄電池的內阻值，尤其是內阻值的增量是蓄電池性能退化的重要指示器。因此，從蓄電池上線運行開始監測其內阻值的變化是確保蓄電池性能的重要手段。

盡管IEC 60896-21-2004、IEC 60896-22-2004和GB/T 19638.2—2005標準規定了鉛酸蓄電池的內阻水平[1-3]，并定義了標準的二次放電法用以測量蓄電池的內阻值，但是二次放電法需要進行短時大電流平穩控制和測量（比如800 AH的電池需要進行5 s、1600 A的電流放電控制），這種測量方法目前只適用于實驗室，商業化的蓄電池檢測設備一般會采用各自研發的技術，這樣導致了目前內阻測量值無統一的標準，相關的國家認證實驗室也沒有提供標準的真實測量值。這導致了目前蓄電池內阻無標準的困境，不同的測量設備所測得的內阻值不同，但是又無法認定那個設備的測試結果符合標準。

但是在目前的應用環境下，即使測試結果有一定差異（當然，參照標準，不應偏離太大），但如果測試設備具有良好的穩定性、可重復性和靈敏性，那么通過內阻變化也是可以推斷蓄電池性能的變化的。

本文所介紹的評價鉛酸蓄電池內阻測試設備的方法和數學模型，能便利、精確、快速驗證蓄電池內阻測試設備的測量穩定性、可重復性和靈敏性。

1 鉛酸蓄電池內阻測量設備的準確性評測方案設計

1.1 設計原理

閥控鉛酸蓄電池內阻值根據容量不同從幾十微歐至幾千微歐，其退變趨勢與其內阻增量變化成一定的關系，根據目前大量的測試數據表明，內阻值從最初電池的內阻基值逐漸增加50%左右，其容量也會退變至80%左右，電池一旦退變到80%容量后會快速退變，因此80%的容量是電池的可靠性分界點。采用內阻變化趨勢來評判電池性能變化就要求測量設備能非常準確地測量其趨勢變化[4-6]。正如前面提到，在真實內阻值無參考標準的情況下，能否靈敏監測內阻的變化就顯得十分重要，假設對同一節電池，A設備測量其內阻基值為100微歐，B測量設備測量其內阻基值為120微歐，5年后再次測量，A設備測得內阻值為150微歐，B設備測得內阻值為180微歐，則其變化增量均為50%，我們可認為在趨勢評判上A、B設備具有相同的效果。

因此我們可以通過在蓄電池測試回路中串聯一定阻值的電阻來模擬內阻的增量變化，使整個測試回路既具備蓄電池的電化學特性，又能實現模擬電阻增加。通過串聯不同阻值的電阻，并考慮到內阻的實測值、增量大小和測量設備本身的測量重復誤差等因素，制定評測數學模型。實現對測量設備不同測試環境下準確性和穩定性的綜合評判。

1.2 模擬鉛酸蓄電池內阻微量增加的具體實施

本方法是通過在被測蓄電池的一個極柱串聯已知阻值的經過校準的系列功率微量電阻（一般是分流器），如圖1所示，用蓄電池內阻測試設備分別測試r0與r1，然后計算其測得的增量值：

圖1 測量結構圖Fig.1 Measure struct

與已知的R值比較，計算出增值的測量誤差δ：

通過更換不同的經過校準的系列功率微量電阻（一般是按IEC 60896-21-2004、IEC 60896-22-2004和GB/T 19638.2—2005標準所規定的蓄電池內阻試驗方法所測得內阻值的10%、20%、30%～100%）、以及更換不同安時數、不同伏數等級的電池（如2 V、6 V、12V），得到一系列的內阻增值測量誤差值δ1、δ2、……δn。從而計算計算出算數均差 及誤差值均方差σ：

2 增量試驗步驟及測試數據

試驗按如下步驟進行：

（1）使用重復精度±2%的eTocsin公司的BMMS2000蓄電池在線監測裝置測量某節電池內阻10次，并計算平均值；

（2）根據平均值分別校準9個分流器，使得分流器的值分別為平均值 的20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%；

（3）分別串聯分流器，分別測量其內阻值。

更換不同安時數的電池重復上述3個步驟。

考慮到測量設備本身的重復精度和內阻微增量大小的影響關系，我們將增量分為2組來定義其均方差標準，20%～50%為一組， 50%～100%為一組，分別計算出增量值的測量誤差的均值及其均方差。

以下是實測數據：

（1）疊加增量20%、30%、40%、50%的測試情況如表1所示。

測試數據計算得誤差均值和誤差均方差值為：

表1 實驗數據1Table 1 Experimental data group #1

（2）疊加增量50%、60%、70%、80%、90%、100%的測試情況如表2所示。

測試數據計算得誤差均值和誤差均方差值為：

從以上測試結果，我們可以得出以下結論：

采用重復精度為±2%的eTocsin公司的在線監測裝置BMMS2000進行內阻增量試驗，兩組數據的增量誤差+增量誤差均方差分別為：

（1）疊加增量20%、30%、40%、50%的測試：8.78%；

（2）疊加增量50%、60%、70%、80%、90%、100%的測試：4.15%。

因此，我們制定疊加增量20%、30%、40%、50%的測試的增量誤差+增量誤差均方差為15%，疊加增量50%、60%、70%、80%、90%、100%的測試的增量誤差+增量誤差均方差為5%是可以有效判斷在線監測裝置的測量準確性和穩定性。

3 結語

本文所介紹的驗證鉛酸蓄電池內阻測試設備測量增量的準確性和穩定性具有容易實施、快速、精準的特點。在制定增量誤差+增量誤差均方差評價標準時應充分考慮蓄電池的理論內阻值、增量大小、測試設備的測量精度及重復誤差等參數，以最終制定一個合理的評價標準值。

表2 實驗數據2Table 2 Experimental data group #2