蓄电池阻抗/电导在线监测
蓄电池的阻抗/电导测试技术是目前国际公认的蓄电池故障快速检测方法,也是蓄电池在线监测管理的发展方向。该技术在民用中已经得到了较好的普及,对于手机电池和汽车电瓶的故障快速检测都是基于蓄电池的阻抗/电导进行判断的。
在工业电源蓄电池检测领域中,除国际电工学会IEEE1188将蓄电池阻抗测试列为日常检测内容外,美国的TIA-92(数据中心通用基础设施建设规范2005年版)和我国的GB(电子信息系统机房设计规范)也将蓄电池阻抗在线监测列为数据中心蓄电池的重要监测指标。
目前采用的电池内阻测试设备主要分为在线式与离线式两种。在线式测试系统,能自动化的、持续的监测各单体蓄电池参数,实现对于蓄电池的生命周期全过程管理。离线式测试系统(如手持式仪表),偏重于电池筛选过程,可确保电池使用前的一致性。从实现手段看,分为直流放电法和交流注入法。
直流放电法(专利U.S.PatentNo:5,744,962)通过对蓄电池瞬时大电流放电,并测试蓄电池端电压跌落获得蓄电池内阻数据。如图2所示。
直流放电法有以下几个主要的缺点:需要对电池进行大电流放电;不能测量蓄电池的极化内阻即电化学内阻;与蓄电池连续放电容量相关性差。
但是,直流放电法由于采用了瞬时大电流放电的方式,对于在实际使用中需要使用电池瞬时大电流放电的场合(如发电机启动电池),这种方式还是具有一定使用意义的。
交流注入法采用向蓄电池注入一定频率的交流信号实现阻抗的测试。交流法测试原理图如图3所示,将一定幅度的交流电流信号注入到蓄电池中,同时捕捉蓄电池的电压反馈。
交流法测试的蓄电池内阻,能在很大程度上体现出蓄电池的电化学特性,其测试方式的科学性较强。同时,由于采用交流注入的方式,会对电池系统中的纹波造成一定影响。对于直流系统特别是对于纹波要求较高的场合,直接采用交流法会对电源质量造成一定的影响。
脉动直流法,是介于交流法和直流法之间的一种方式。该方法是目前国际上对于铅酸蓄电池内阻的主流测试方式。脉动直流法采用的电流激励信号为直流脉动信号,这样既克服了交流激励中的纹波问题,同时也无需使用像直流法那样的大电流进行放电。采用脉动直流对蓄电池进行放电后,通过交流监测回路对蓄电池端电压的反馈进行测量。此时,测量的是蓄电池端电压对于脉动激励信号的交流反馈。或者说,对于蓄电池端电压中负荷激励频率的反馈信号进行提取,从而获得蓄电池的交流阻抗。脉动直流法,在技术实现上相对于前两种方式难度较大。脉动直流法测试工作原理如图4所示。