蓄電池檢測方法的研究與改進措施探討

漸彬彬

（國家鋰電池產品質量監督檢驗中心（山東），山東 棗莊 277800）

目前，蓄電池檢測和監控始終是研究工作熱點與難點，通過檢測可完成均/浮充方式的轉換、測試電池體溫度、在線檢測剩余電量、檢出落后電池、測試單體端電壓測試等任務。由此可見，對蓄電池檢測方法的深入研究與分析十分有必要。

1 蓄電池組成部件闡釋

（1）極板（核心部件）被稱為蓄電池“心臟”，主要包括正極板與負極板兩部分。（2）隔板，即電解液載體，可對電解液進行吸收，可實現離子擴散目的。尤其是密封免維護的蓄電池，隔板能夠更好地創建氧循環，使水損失減少。通過地超細玻璃纖維的使用，即可達到隔板式蓄電池免維護目的。（3）電解液，組成包括純水和硫酸，將部分添加劑混合后配入其中。（4）安全閥，為組成蓄電池的重要部件，在蓄電池的頂部。安全閥的作用主要體現在安全方面、密封方面、防爆方面，同時，還可保證其內壓正常。

2 在線檢測蓄電池剩余容量

2.1 預測剩余電量常用方法

（1）開路電壓方法。蓄電池的電解液密度會影響其荷電的程度，通過N.RST程的應用，可準確描述電解液與電池電動勢存在的聯系。因而只要測量其開路電壓，即可對其剩余電量進行推算。

（2）電導測量，在蓄電池的兩端增加交流電壓信號，在明確振幅和頻率的基礎上，準確測量同電壓相位交流電數值。而電池電導則需要將交流電分量與交流電壓進行比值計算獲取。電導，就是以頻率為主要對象的函數關系，在測試頻率不同的情況下，電導數值也有所差異。如果頻率偏低，那么電池的電導與容量的相關性則較為良好，測量所得頻率要控制在20～30Hz范圍內。如果電池的容量較大，則頻率需比10Hz低。

（3）密度蓄電池的剩余電量與內部電解液密度之間的關聯緊密，而電解液的密度受氧化鉛、硫酸鉛與鉛三方面的直接影響。為此，在對電解液密度值測量后，就能夠間接對剩余電量進行推算。

（4）定時放電法。將負載施加在蓄電池中，并對單位時間電池端電壓的變化率進行計算，以此為依據對剩余電量進行推算。如果變化量偏小，即表示電池的剩余電量較大，相反則較小。

（5）溫度測量法。在電化學反應吸熱與放熱以外，電池有內阻，因而在充放電時，在電流經過的情況下其內部會產生熱量，致使電池溫度改變。若電流條件相同而電池內阻不同，其內部熱量也有所差異，因而電池溫度也有所不同。

（6）內阻法。根據既有研究結果可知，電池內阻和荷電程度關聯性極強。且國外公司以200～1000Ah容量的電池為研究對象，在電池組電壓在18～360V的狀態下開展了一系列的VRLA電池。根據實驗結果分析發現，內阻會直接影響電池的容量，且相關系數為88%。為此，測量電池內阻后也能夠對剩余電量進行相對準確預測。一般來講，蓄電池在處于完全充電與放電的狀態下，內阻變化率應當比電池端電壓的變化率更高，因而在測量蓄電池的內阻后，即可對剩余電量進行預測，其精確度遠遠高于開顱電壓方法。

2.2 內阻法對剩余電量的預測

在預測蓄電池剩余電量的時候對內阻法進行運用，步驟體現在：要求蓄電池處于滿電狀態，研究中選擇使用的是2V蓄電池，其電壓是2.35V，浮充電流是10mA。在放電率處于0.1C的情況下放電，在此期間要仔細且準確地記錄內阻和電量情況。在完成放電后，蓄電池的電壓降低至1.75V，此時可以獲得放電曲線，進而掌握蓄電池剩余電量與蓄電池內阻之間存在的聯系。將EPROM存入曲線，并測試型號和規格相同的蓄電池。將在線測量的蓄電池內阻數值當作參考，在對表格數據查對后即可對蓄電池的剩余電量進行計算。因而，測量蓄電池內阻的過程中，可將此方法作為首選。而測量原理為：在蓄電池兩端施加恒定交流音頻電流源，并檢測電池端的電壓、IS和電壓，以此了解三者關系，即和R=Zcosφ，也就是所需測量的電池內阻值。以圖一為例，300Hz信號發生器的組成包括低通濾波電路和14位二進制串行計數/分頻器CD4060。而恒流功放選擇使用可音頻功率放大器，其功率達到4W。

圖1 內阻法預測剩余電量路徑

3 測量蓄電池單體電壓

根據《通信電源與空調集中監控系統的技術要求》內容可知，蓄電池檢測裝置應具備測量各個電池單體電壓的功能。在串聯蓄電池后即可為通信設備供電，且各蓄電池對地電位有所差異，最高共模電壓一般在60V，若選擇使用普通A/D轉換器與多路模擬開關很難承受。對蓄電池單體電壓測試的基本原理（圖2）為：繼電器閉合至A區，并完成電解電容的充電。在要對蓄電池電壓進行測量的時候，即可閉合繼電器到B側，使得電解電容和蓄電池隔離。由于電解電容使電池始終具備電壓信號，因而通過測量電解電容電壓就能夠對蓄電池電壓形成一定掌握。而且，此測量手段所使用的器件并不昂貴，而且原理十分簡單，實際造價也不高。

圖2 傳統單體電壓測試方法

針對以上情況，可借助兩片高差模增益放大器完成硬件直接相減電路的設計，其中，選用ICL7650作為運算放大器，使得同相和反相輸入端的電位相相同，等同地電位，能夠使運算放大器電阻處于平衡狀態。

4 測量蓄電池單體溫度

VRLA蓄電池標志性參數就是其體溫度，會直接影響其剩余容量和工作壽命。在測量蓄電池體溫度的時候，此研究中選擇使用了數字式溫度傳感器，其溫度測量范圍寬泛且讀數穩定，能夠和單片機連接，而且測溫的分辨率在0.5℃。若在軟件調整后，可使得分辨率提高0.1℃，因而適用于測量蓄電池單體電池的溫度，且效果突出。

4.1 測溫基本原理

為確保溫度測量精準度的不斷提高，不僅要了解數字式溫度傳感器所能夠直接讀取溫度數值，與此同時，還應了解此溫度下計數器數值與每增加1℃的數值。非線性累加器電路可有效補償溫度振蕩器非線性情況，使得溫度測量的精準度不斷提高。通過對單片機的應用對數字式溫度傳感器進行控制，并且將修正溫度的讀取數值直接轉換成十進制。隨后對非線性累加器內的數值進行讀取，將其當作此溫度條件下各攝氏度計數數值。在確定上述參數后，即可借助相應公式計算出精度是0.1℃的實際溫度值。

4.2 基于軟件發的0.1℃測溫分辨率

結合上述分析，經軟件編程后即可通過單片機對數字式溫度傳感器進行控制，以達到0.1℃的測溫分辨率，而實現的步驟為：（1）將“寫配置”指令發送后實現數字式溫度傳感器的初始化，并設置成單次溫度轉換形式和處理器控制狀態，具體的指令是0CH和03H。（2）將“開始轉化”指令發送出去。（3）將“讀配置”指令發送后獲取狀態寄存器數值。在重復此指令后，確保DONE是“1”。（4）將“讀取溫度”指令發送出去，以有效轉換溫度寄存器數據，實現整數計算目的。（5）將“讀計數器”指令發送出去，并借助計數器讀取9比特值。（6）在計數器中讀入非線性累加器內的數值，進而實現外部單元和數字式溫度傳感器的無數據交換目標。（7）對“讀計數器”指令進行重新發送，并對此時的計數器數值進行讀取。（8）根據公式對溫度數值進行精確計算。

5 結語

綜上所述，以上研究中，以蓄電池為主要研究對象，重點對其檢測方法展開了相關性研究，通過對在線檢測其剩余容量、測量其單體電壓和測量蓄電池單體溫度的深入探究，實現了對蓄電池的系統化檢測，以確保其性能得以充分發揮，凸顯其自身價值與功能。