基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究项目
技术总结报告
“基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及
蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究项目”项目小组
2012年12月
目录
1．引言.... 1
2．系统概论.... 1
2．1 概述.... 1
2．2 蓄电池维护管理目前存在的问题.... 4
2．3 蓄电池在线监测管理系统的作用.... 6
2．3．1 提高供电系统的安全性和可靠性.... 6
2．3．2 延长蓄电池的使用寿命.... 6
2．3．3 节约成本.... 6
3．阀控铅酸蓄电池（vrla蓄电池）. 7
3．1 铅酸蓄电池的电极性质.... 7
3．1．1铅电极电势.... 7
3．1．2氧化铅电极电势.... 8
3．1．3铅酸蓄电池的电动势.... 8
3．2 铅酸蓄电池的电极极化.... 8
3．2．1浓差极化.... 8
3．2．2电化学极化.... 11
3．2．3内阻极化.... 12
3．3 铅酸蓄电池气体的产生.... 12
3．3．1 负极氢气的产生.... 12
3．3．2 正极氧气的产生.... 13
3．3．3 氢氧气产生与电池端电压的关系.... 13
3．4 vrla蓄电池阴极吸收机理.... 13
3．5 蓄电池温度升高及对蓄电池的影响.... 14
3．5．1 充放电过程放热或吸热现象.... 14
3．5．2 过充放电时放出的热量.... 15
3．5．3 温度对铅酸蓄电池极化作用的影响.... 15
3．5．4 温度对铅酸蓄电池容量的影响.... 15
3．5．5 温度对铅酸蓄电池内阻的影响.... 17
3．5．6 温度对铅酸蓄电池充电效率的影响.... 18
3．6 vrla蓄电池的浮充工作特性.... 18
3．7 vrla蓄电池的充电特性.... 20
3．8 蓄电池内阻变化特性.... 22
3．8．1 蓄电池的等效电路.... 22
3．8．2 影响蓄电池内阻的因素.... 24
3．9 蓄电池内阻和容量的关系.... 26
3．10、蓄电池常见的失效模式.... 27
3．10．1电池失水.... 28
3．10．2 极板硫酸化.... 29
3．10．3 极板腐蚀.... 29
3．10．4 热失控.... 29
4．本项目在线监测不同技术的比较.... 30
4．1 蓄电池模型.... 30
4．2 测量浮充电压法.... 31
4．3 直流放电法.... 32
4．4 交流注入法.... 36
4．5 交流放电法.... 37
5 充电机特性参数测试及充电程序测试.... 42
5.1充电装置稳压精度.... 43
5.2充电装置纹波系数.... 44
5.3充电装置稳流精度.... 44
6．项目主要内容及技术路线. 45
7 本项目的创新点.... 57
8 系统特点、安全性.... 58
8．1 系统概述.... 58
8．2 系统设计原则.... 58
8．3 系统描述.... 59
8．4 系统特色.... 60
8．5 特点.... 62
8．6 安全性.... 63
9. 系统的主要功能和技术指标.... 65
9．1 主要功能.... 65
9．1．1 预警功能.... 65
9．1．2 管理决策功能.... 65
9．1．3 内阻检测功能.... 65
9．1．4 连线电阻检测功能.... 65
9．1．5充电机特参数检测功能.... 66
9．1．6巡检功能.... 66
9．1．7 充放电过程全过程记录功能（蓄电池组核容和交流停电）.... 66
9．1．8 报警及记录功能.... 66
9．1．9 电池质量分析及报表分析功能.... 67
9．2 主要技术指标.... 68
10．主要操作界面简介.... 69
10．1 主界面.... 69
10．2 用户权限管理.... 71
10．3 历史数据查询及分析.... 71
10．4 核容放电均充及停电放电/均充全过程记录.... 72
10．4．1 功能：.... 72
10．4．2 指导意义.... 73
10．5 即时测量.... 79
10．6 自动报警及记录.... 79
10．7 系统管理.... 80
10．8 报表.... 80
10．9 查询统计.... 80
11． 总结.... 82
12. 未来的展望.... 83
12．1 建立分析诊断数学模型.... 83
12．2 建立全面的综合的蓄电池管理平台.... 83
12．3 蓄电池过程在线维护建.... 84
12．3．1 电池的均衡.... 84
12．3．2 电池除硫.... 85
12．3．3 电池的在线活化.... 85
附件.... 87
附件1 蓄电池组运行情况月报表.... 87
附件2 蓄电池组核容试验报告.... 87
附件3 系统测试数据与现场测试数据的比较.... 87
附件4 系统主站与变电站端的数据通信方案.... 87
附件5 *创新基金立项证书.... 87
附件6 产品检测报告.... 87
1．引言根据上级部门下达的研究项目《基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究项目》科技项目小组与深圳市普禄科智能检测设备有限公司共同研制开发了“基于多频点技术的蓄电池内阻在线检测及蓄电池内阻与蓄电池容量相关度研究系统”。该系统在广州移动西华机楼一楼电池机房ups电池上投入运行半年多以来，性能稳定可靠，达到了预期的效果。
该系统采用先进的交流放电法多频点在线监测蓄电池的内阻，结合电压、电流等数据，判定电池的容量，使维修及管理人员及时掌握蓄电池的真实状态。系统还具有连线电阻及充电机综合特性测试功能，有危险状况出现时，系统可提前预警，维护管理人员可根据预警信息及时处理，消除安全隐患。
本项目管理系统可以指导对蓄电池的维护方式进行创新，将以往的定期检测，逐渐转变为以蓄电池实际工作状态为基础的状态检测，确保供电系统的安全，因而具有十分重要的现实意义。
2．系统概论2．1 概述
*，电力系统中有三大设备，即一次设备（如主变压器等）、二次设备（如保护、测量等）与直流设备。
直流设备的核心是蓄电池组，它与充电整流、直流网络构成直流系统。
蓄电池组是一个独立于变电后交流电源的直流电源，是电力系统中zui后一道防线。在正常状态下，它为断路器提供合闸电源；在故障状态下，当机房交流用电中断时，发挥其“独立电源”的作用，为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、拖动机械设备的整流设备、通信提供电源。可见，直流电源是机房通信安全运行的可靠保证，发挥着不可替代的作用。直流电源本身的安全可靠是保证系统正常运行的重要条件。其中，蓄电池组作为后备电源，无疑是生产中的zui后动力保障。因而，被人把蓄电池组比喻为变电站的心脏。
阀控铅酸蓄电池采用阴极吸收技术，电池密闭封装，运行中无需进行传统的电解液控制维护，在业界得到广泛应用。然而，电池密封在使用方便的同时，也使得检测和维护更加困难，“免维护”又导致用户放松了对电池的日常维护管理，在实际应用中暴露了越来越多的问题，而不合理的工作条件又导致电池的使用寿命缩短。更为严重的是由于缺乏有效的监测维护手段，不能及时、准确地掌握电池状态，无法消除电池问题带来的隐患。经统计因电池问题造成的事故或停机的损失，往往远比电池本身价值要高得多。2011年3月11日在日本东北地区发生的大地震并由此引起的海啸，而导致的福岛*核电站1～4#反应堆因冷却系统瘫痪，zui终相继发生爆炸而产生核泄露的灾难性事件，再次为人们敲响了警钟。
实践证明，vrla电池端电压与放电能力无相关性，vrla电池和电池组在运行过程中，随着使用时间的增加，必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈退行性老化现象。实践证明，整组电池的容量是以状况zui差的那一块电池的容量值为准，而不是以平均值或额定值（初始值）为准，当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90%以下时，电池便进入衰退期；当电池容量下降到原来的80%以下时，电池便进入急剧的衰退状况。衰退期很短，这时电池组已存在极大的事故隐患。
过去的维护和管理人员，往往只重视备用电源的设备部分的维护和管理，而忽视电池组的重大作用。殊不知，断电的危险很大程度上就潜伏在电池组。整组电池充电的特性是，若电池组中有一节或几节内阻变大的老化电池，其容量必然变小。充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满，并导致电池电压急剧升高，充电器会误以为整组电池已充满而停止充电，造成其余状态良好的电池不可能充满，长期未充满的电池会因硫酸盐化而使容量降低及寿命缩短。电池放电时，容量不足电池的电压短时间就会急剧降低，整组