站用蓄電池內阻測試研究分析

倫健平

摘要：蓄電池作為變電站直流電源的來源，對變電站安全運行發揮著至關重要的作用，蓄電池的安全穩定運行與其內阻息息相關，內阻大的蓄電池組必須進行及時更換，否則會造成變電站的安全隱患，所以及時準確掌握蓄電池內阻情況是確保蓄電池安全運行的前提和保證。本文著重就蓄電池內阻測試測量為課題加強研究，希望相關研究成果能在實踐中得到運用。

關鍵詞：變電站;蓄電池;內阻測試

前言

變電站內直流電源是電力系統控制和保護的基礎，為了保障站內直流電源正常供給，需要對站內的蓄電池進行定期試驗。試驗過程的其中一個重要環節就是測試所有單節蓄電池的內阻和電壓。對于測試單節蓄電池的內阻和電壓，傳統的測試方法是一人負責手持試驗插針測試電池，一人手持測試儀器進行讀數，一人手寫記錄。這樣的方法存在以下不足：一是作業風險大，變電站設備均是帶高壓電的，安全風險很高;二是操作不方便，一個人要完成的多項任務，很容易造成手忙腳亂，造成安全隱患;三是作業人數多;四是對蓄電池進行長時間的放電檢測存在很大安全風險;五是會造成蓄電池容量的減小，蓄電池充電過程和放電過程均是化學反應，此化學反應理論上說是可逆的，但實踐中并沒有完全沒有損耗的化學反應，因此每個蓄電池組的壽命一定的，均是由蓄電池充放電次數決定的。所以作為蓄電池來說，不宜實施頻繁的充電和放電。此外，在蓄電池容量下降到80%以下時，其各項性能指標將會急劇下降，這會極易導致重大安全隱患。且通過大量的試驗得出，蓄電池的容量和內阻是成反比的，電池容量的較小必然伴隨著內阻的增大。

一、影響蓄電池內阻的主要因素

通過大量的理論研究和實踐驗證，以下幾點因素對蓄電池內阻影響較大。

一是使用時間的長短。蓄電池在充電和放電過程中，其內部物質是發生變化的，比如水分的失去，電解液的揮發蒸發和板柵的逐步侵蝕，如果處于一個長期的放電狀態中，其極板將會出現變形，如果放電過度，整個蓄電池的容量也將會大幅下降，根據上述“蓄電池容量和內阻成反比”理論，其內阻必然逐漸增加。

二是電荷量的大小。總所周知，蓄電池主要由電解液、極板、電極等組成，不同蓄電池的極板活性以及電解液活性有著較大的差異，這也導致蓄電池的內阻也存在較大差異，在具體工作實踐中，蓄電池的載荷量也存在較大的差異性。

三是周圍環境的溫度。周邊環境溫度的升高對于蓄電池內部的電解液有著較大的影響，其反應物的分解速度等也相應加速，電荷的運輸速度也相應加快，物質遷移的速度和化學反應的速度等均相應加速，導致蓄電池自身內阻的降低。反之，隨著環境溫度的降低，蓄電池的內阻將會升高。因此不同廠家生產、不同型號、不同類別的蓄電池其所用的材質、結構均有著較大的差異性，對于內阻的影響是巨大的。

四是測量信號頻率。目前我們研究對蓄電池內阻的測試其實就是測量蓄電池的阻抗，在物理學中，阻抗這一概念也包含了電池的容抗，容抗的值與測量信號頻率息息相關，這也是導致蓄電池內阻測試數據不夠精確的主要原因。如果要得到較為精確的結果，必須根據測量信號的電流電壓相位關系，對電容值于數據的干擾實施排除，使得測量信號的頻率與數據檢測不具備關聯性，也就是在不管任何頻率下的信號測量，確保其內阻測量數據的唯一性和精準性。

二、內阻測試主流方式方法介紹

（一）電流沖載放電

電流沖載放電就是指用動態較大的電流沖擊負載的測試方法，具體操作為：在電池的兩級通過電線對負荷實施連接，根據所得出的電壓和電流計算得出內阻，這也是較為常規的計算方式方法，計算公式為內阻=（蓄電池電動勢-蓄電池電壓）/放電電流，式中蓄電池電壓指的是接入負載后的回路電壓，式中的電動勢指的是電池在空載是的電壓。前者為閉路電壓，后者為開路電壓，在計算時要注意電壓的科學區分。

此種計算方式的主要缺點是：一是由于蓄電池一般處于浮充狀態，切換到放電情況下，具有很大的不確定性和不穩定性，同時其也具備一定的離散性;二是電壓很難實施準確的取值，放電時間對于電壓具有較大的影響;三是電壓在實施放電時會發生不同程度的改變，在計算過程中一般會選取電壓較為穩定的階段，獲得一個階段的幅值。在工作實踐中，使用該方式獲得的數據不具備重復性;四是在線測試具有一定的安全隱患，實踐中僅能實施離線測試;五是電流曲線的獲取一般會采取大電流，對蓄電池的傷害較大。

（二）瞬間大電流實施放電

與上一種方法不同的是，該方法主要采取直流大電流放電，且時間較短，其主要原理是，利用好當前較為前沿的瞬間技術優勢。蓄電池在與其負載斷開的瞬間，電動勢會立即恢復，利用好這一機制，負載在接入后實施開關打開的瞬間，就可以讀取其瞬間數據，利用瞬間得出的電流差和電壓差，就可以較為準確的計算出蓄電池的內阻值，瞬間電流的電流值通常也較大，一般為60安培至80安培。

使用該方法實施測量其優缺點如下：優點是測量的內阻值較為準確，可靠性穩定性較高，精度也達到一定的水平。缺點是流過電路的電流值較大，這就需要蓄電池與負載的穩定可靠連接，反之會產生不良電弧，嚴重的會發生安全事故。

（三）小電流放電測試法

小電流放電測試主要采用的直流小電流，其基本操作為：讓一個電阻與蓄電池實施串聯，構成一個最簡單的回路，當電流流過串聯電阻和蓄電池內阻時，均會產生一定的電流分配，計算出分別消耗的電能，在這一方法中，小電流值是已知的，串聯電阻值是已知的，從而得出蓄電池的內阻。該方法的優點是：一是具備較好的安全性，電流值較小，也不會對蓄電池造成損害;二是具備較好的抗干擾性，外部環境等對其干擾度不大，測出的數據值也較為穩定;三是具備較強的實時性，得出結果比較快。從眾優點來看，此測量方法具備其他兩種測量方法顯著的比較優勢，且該方式具備較強的模塊化特征，為后續的智能化和數字化發展提供了思路和遵循，在構建測量系統時也較為便捷，具備較好的市場前景和發展潛力，比較適合于市場的推廣。

三、試驗測試比對

對當前幾個比較主流的內阻測試法實施比對，先對蓄電池先計算出其平均值，后實施逐個比對，如果發現內阻值較高的電池，可以再實施核對性比對，通過檢測發現故障。對于容量均可以滿額的電池組，其每節的電池內阻是不同的，對內阻較高的電池實施核對性測試時，其容量仍然可以達到100%。造成這種現象的原因很多，其中有周圍環境溫度濕度的原因，還有制造工藝、生產批次的原因，還有加工方式的原因等等，因此采取此種方式進行幾種方式的橫向對比是不可行的，無法取得較為準確的結果。

如采用縱向對比法，就是在不同的時間內對同一個蓄電池實施內阻的測定，然后實施結果的比對，這一思路常常被運用到實踐中，通常以容量為100%的蓄電池內阻為基準，如果測得的內阻值大于基準值的一半時，基本可以確定其容量僅能達到80%，如果測得的內阻值大于基準值的30%甚至更低時，基本可以確認該蓄電池處于臨界狀態，需要實施進一步的激活或其他活化舉措，在工作實際中，該方法是被認定了的，具備可靠性和穩定性，測得的數據值也較為準確，鑒別的準確度也較高。

四、蓄電池內阻測試應用發展趨勢

介于目前市場對蓄電池內阻測試高效化、便捷化、智能化的要求，智能化發展應該是該類產品的主要發展趨勢，某公司就研制出了具備數據測量、數據顯示、數據儲存以及數據無線傳輸等功能于一身的智能手套，其功能較為強大，在手套指套位置設置了測試插針，主要用來測量兩級。在其背部安裝有液晶屏，可適時顯示測量數據，且具備較強的數據保存功能，自動分析記錄功能。且其可以通過無線傳輸方式實施數據的傳輸。該測試裝備具有用人少，安全好以及智能化程度高等特點，其主要原理就是：一是用鎖相放大器測量電池內阻的原理。當信號源給電池注入一個交流信號，測量出由此信號在電池兩端產生的電壓信號和回路的電流，就可計算出電池的內阻。同時采用鎖相放大器就可以有效克服外界干擾，獲得比較穩定的電壓數據。二是無線傳輸技術。在線路板上增加WIFI傳輸模塊，不需連接數據線，即可實現數據無線傳輸到終端。三是高度集成化。用體積更小的微處理芯片及線路板，實現全套設備安裝并工作于一只安全絕緣手套上，從測量、分析到觀察、存儲全部置于安全手套上，徹底摒棄固定形狀的笨重測量設備。

五、結語

本文主要針對三種當前主流的測試方式進行了闡述，比較三種測試方式的優劣點，后為準確鑒別落后蓄電池進行了試驗對比法的研究，從中也得出了較為科學的結論，最后實施了發展趨勢展望。對于蓄電池內阻測試的研究是一個發展的過程，還需要廣大電力研究人員不斷掌握前沿，追求卓越。

參考文獻：

[1]?顧華，曹基南，沈曉峰.變電站蓄電池內阻測量方法優化及應用設計[J].電氣設計，2019，11：67-68.