阀控铅酸蓄电池维护测试--从中点回到起点
——再论容量测试的方法
eTocsin Inc.林树胜
近十年来，阀控铅酸蓄电池维护已得到相当重视，测试手段也在不断地改良。直接手段的放电测试、间接手段的内阻测试、电抗测试，都在不断地发展。我们不断地在强化维护管理，完善自动化测试。但我们很少回头去审视量度测试手段好坏的尺子：容量测试设备。容量测试既是衡量电池性能和维护电池的最直接的第一手段，是判别电池性能的直接尺子，也是衡量、调校间接测试手段好坏的尺子。容量测试设备决定了蓄电池维护测试是否精确、是否有效。而容量测试设备所使用的测试方法对这把尺子的精度起了决定性的作用。下文简要分析蓄电池容量测试设备如何采用正确的测试方法。
- 蓄电池容量的定义
在《DL/T 724-2000》中3.7和3.8对蓄电池容量测试和恒流放电做了明确定义。
※3.7 恒流放电（constant-current discharge）
蓄电池在放电过程中，放电电流值始终保持恒定不变，直至放电到规定的终止电压为止。
※ 3.8 容量试验（蓄电池）[cpacity test（battery）]
新安装的蓄电池组,按规定的恒定电流进行充电，将蓄电池充满容量后，按规定的恒定电流进行放电，当其中一个蓄电池放至终止电压时为止。按以下公式进行容量计算：
C = I f t(Ah) |
式中：C表示蓄电池组容量，Ah；I f表示恒定放电电流，A；t表示放电时间，h。 |
|
由述标准我们可以看到容量测试的最基础条件：放电电流值始终保持恒定不变，直至放电到规定的终止电压为止。放电电流值始终保持恒定不变既指电流的大小不变，也指电流的方向不变。容量C是时间t的函数，放电电流I f 是常数。
- 阀控铅酸蓄电池的放电率与容量安时数的关系
阀控铅酸蓄电池的容量安时数与放电率密切相关，不同放电率下的安时数完全不同。下表列出不同放电率下与的放电电流与额定容量的关系。由表中我们可以得出结论：如果放电电流是个变化值，那么电流与时间的乘积将不代表任何量。
| 放电率（h） |
蓄电池额定容量百分数（％） |
放电电流倍数 |
终止电压（V） |
0.5 |
45 |
7 |
1.7 |
1 |
55 |
5.14 |
1.75 |
3 |
75 |
2.5 |
1.8 |
10 |
100 |
1.0 |
1.8 |
- 容量测试方法技术分析
由一、二所述，吻合蓄电池容量定义的测试方法只有调阻式直流恒流放电法。下面详述经典的调阻式直流恒流放电法和定阻调脉宽脉冲电流有效值定值放电法。
3.1调阻式直流放电原理
调阻式是经典的直流恒流放电法,完全符合蓄电池的工作机理，可实现真正的纯直流恒流，符合《DL/T 724-2000》标准的规定。该方法采用可编程技术，可以设定电池组电压、放电电流/功率、放电时间、放电终止电压等参数和阀值，系统根据设定值通过大功率直流继电器自动调整的线性电阻值,以适应放电过程中不断变化的电压，以保持恒流放电，即符合I=V/R恒等的电学原理。
图2. 调阻式直流放电实际放电曲线
2.2定阻调脉宽脉冲有效值定值放电法
定阻式高频放电的放电负载多数为硅堆或电阻模块，由于负载为不可变的定阻，在电池组的放电过程中，必须符合I= V/R这一电学原理，既然R是不变的量，当V不断变化时，I(电流)必然跟着变化，为了满足I(电流)“恒流”（有效值定值）放电，如下图：
图 1. 定阻式高频放电原理
必须采用10KHz或以上的高频斩波降压技术,由控制器控制PWM波形输出脉宽，经功率放大后驱动开关管，以交流变阻(脉冲调宽)的方式控制放电电流的大小，来满足“恒流”（有效值定值）放电,控制方式如下：
当放电电流与设定值相等，PWM波形为给定脉宽，保持电流有效值恒定；
当放电电流有效值小于设定值，PWM波形增大脉宽，使放电电流有效值增加；
当放电电流有效值大于设定值，PWM波形减小脉宽，使放电电流有效值减小；
设定值是调整PWM波形以合适的脉宽比驱动开关管,使电流有效值始终保持在给定值。
图4.变阻式脉冲放电实际放电曲线
由上述原理，定阻高频放电实际是一种脉冲式电流有效值定值，是定阻负载，而非恒流负载，放电时因为有脉冲干扰导致测试不准。此方法与《DL/T 724-2000》所定义的方法相去甚远，不能作为蓄电池性能定量的基础手段。
过程按“正脉冲瞬间放电——开路中断——充电(自恢复)——正脉冲瞬间放电”不断循环。所以这种方法有两个致命的缺陷：
随着类似于脉冲式的负载电流的增加，电池输出的电压会随着电流的变化和电池内部电阻的变化下降。当电压降低时，如果此时断开负载，就会发现电压升高有一个台阶，它的产生是因为电池内部压降的变化。在整个放电过程中，不断的快速放电和充电，这对电池将造成极大的损害，这也是电力工业部有关规范不允许对直流系统采用高频开关进行放电的原因；随着电池充放电次数的不断累积，蓄电池内部化学反应的次数就越多，蓄电池加速老化。
功率开关器件的开断是脉冲高频，测试过程易受到干扰，输出电压含有的交流成分较大，当电压波动或偏低时，会出现蓄电池脉冲放电充电，对电池不利，影响了蓄电池的使用寿命，另外在不断的高频放--充电过程中，会造成蓄电池化学反应有失衡过程，甚至会产生析气和热冲击，严重的析气也使正极板腐蚀，将严重损坏蓄电池。所以，高频功率开关器件的频繁开断会产生较大纹波以及很大功率的电磁干扰，这对设备运行环境造成极大的干扰。
2.3两种方法的技术比较简表
| 比较项目 |
调阻式直流放电 |
定阻式高频脉冲放电 |
负载特性 |
调阻式线性负载，可实现真正的纯直流恒流，符合《DL/T 724-2000》标准的规定 |
定阻式负载，由高频开关通断控制，脉冲式放电，电流只能实现有效值定值，不符合《DL/T 724-2000》标准的规定 |
恒流方式 |
大功率直流白金触点继电器控制，根据电池组电压的动态变化，自动调整电阻值，以达到放电过程恒流或恒功率 |
高频脉冲式调频宽控制达到电流有效值定值(实际是一种间歇均流模式) |
安全性 |
工业级设计，寿命20年对电池无任何损害 |
功率开关管易损坏，易造成电池正极板腐蚀，易加速蓄电池老化 |
干扰 |
无 |
会产生大功率的脉冲电磁干扰和较大纹波，影响周围设备运行 |
表 1. 调阻式直流放电和定阻式高频脉冲放电技术比较表
- 结论
综上所述，真正吻合阀控铅酸蓄电池特性，符合《DL/T 724-2000》标准，可以真实反映电池容量状况的放电方法：只有调阻式直流放电法。容量测试的放电法是阀控铅酸蓄电池维护测试的基石，所有其他简接测试（内阻测试，电抗/导测试等等）都必须通过放电测试来验证。现在正是我们重新审视电池维护测试尺度标准性和贯彻落实《DL/T 724-2000》标准的时候。
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