全深度劑量檢測的全容量試驗方法

1目前，正在進(jìn)行鈉容量測試技術(shù)1.1蓄電池的剩余容量測量法是100%c的深度放電。這具有絕對優(yōu)勢，具有準(zhǔn)確、可靠的性能。因此，它也是世界上最可靠的電池測試方法。核對放電法即全放電的容量試驗,是檢測電池容量最直接、最可靠的方法,無論是在線還是離線進(jìn)行檢測,都必須設(shè)置備用電源作為防范措施,以保證系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的核對放電設(shè)備普遍采用電阻絲進(jìn)行核對放電,并且是人工操作,程序繁瑣,存在一定的人身危險,這種傳統(tǒng)的核對放電試驗方式正在逐步被淘汰。目前,國內(nèi)外普遍采用了新型的等效的電子負(fù)載,以保證電池組恒流放電。經(jīng)過數(shù)小時后,可以找出最落后的一到幾節(jié)電池,以落后電池到達(dá)終止電壓時的放電時間與放電電流來估算其容量,并以此容量作為整組電池的容量。不過它的缺點也很突出,主要表現(xiàn)為:(1)放電時間長,風(fēng)險大,電池組須脫離系統(tǒng),蓄電池組所存儲的化學(xué)能全部以熱能形式消耗掉,既浪費了電能又費時費力,效率低;少數(shù)放電系統(tǒng)采用逆變技術(shù)可以將化學(xué)能予以回收利用。(2)進(jìn)行核對性放電試驗,必須具備一定條件,首先,盡可能在市電基本保障的條件下進(jìn)行;其次,必須有備用電池組。(3)目前,核對放電只能測試整組電池容量,不能測試每一節(jié)單體電池容量,以容量最低的一節(jié)作為整組容量,而其他部分電池由于放電深度不夠,其劣化或落后程度還不能完全充分暴露出來。(4)有損蓄電池的容量。由于蓄電池的內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)不是完全可逆的。全深度循環(huán)放電的次數(shù)是有限的,所以,不宜對鉛酸蓄電池頻繁進(jìn)行深放電。但是間隔時間過長,兩次核對之間的蓄電池的狀態(tài)是不確定的。我們會面臨兩難的選擇。密封蓄電池的使用壽命是否終結(jié)的主要判據(jù)為,電池的剩余容量是否滿足機(jī)房工作要求,或者滿足有關(guān)維護(hù)規(guī)程的要求。國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程中的核對放電試驗?zāi)壳叭允俏ㄒ槐还J(rèn)的測試剩余容量的最有效方法,它是衡量蓄電池在關(guān)鍵時刻能否發(fā)揮作用,確保通信暢通與生產(chǎn)正常的重要手段。1.2電池充放電狀態(tài)對于電池組采用1%～5%C的淺度放電;機(jī)房可以沒有備用電池組。在放電狀態(tài)下,對蓄電池組的各單體電池的端電壓進(jìn)行巡檢,找出端電壓下降最快的一只,將其確認(rèn)為落后電池,再利用核對放電儀器,對該節(jié)電池進(jìn)行核對放電,檢測其容量,即代表該組電池的容量。目前,此法可以較快地判定電池組中部分或者個別落后或劣化電池,但還不足以準(zhǔn)確測定電池的好壞程度,包括電池的容量等指標(biāo),僅適宜作為一個定性測試的參考。以前有廠家根據(jù)客戶的需求特點,推出一系列在線測試電池容量的設(shè)備與儀器,即在線監(jiān)測儀或在線巡檢儀,但是除了少數(shù)情況外,一般都達(dá)不到一個很理想的效果。原因是多方面的,其中有蓄電池的生產(chǎn)制造工藝的原因,有蓄電池電化學(xué)特性的原因,即容量相同的蓄電池的負(fù)載電壓本身具有離散性。大量研究實踐證明,即便是淺度放電狀態(tài),單純通過電壓高低完全不足以判別電池性能的好壞。這種方法的優(yōu)點是操作簡單,風(fēng)險系數(shù)小,并可以快速查找落后電池。不過最大的缺點還是測試精度低,只能作為電池落后狀態(tài)判定依據(jù),不能準(zhǔn)確測算電池的好壞程度及電池容量指標(biāo)。同時測試要求較高,測試情況還不是很理想,尤其是容量測試準(zhǔn)確度較低。1.3電導(dǎo)法測定電池內(nèi)阻的方法存在誤差電導(dǎo)測試線是目前主要的日常維護(hù)儀器。從測試技術(shù)分為交流法和直流法,使用中95%以上的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測量儀屬于交流法。交流法電導(dǎo)測量是向蓄電池兩端加一個已知頻率和振幅的交流電壓信號,測量出與電壓同相位的交流電流值,其交流電流分量與交流電壓的比值即為電池的電導(dǎo)。電導(dǎo)是頻率的函數(shù),不同的測試頻率下有不同的電導(dǎo)值,電池的容量越小,電池電阻越大,電導(dǎo)值越小。電導(dǎo)法能準(zhǔn)確查出完全失效的電池,根據(jù)大量的實驗分析及研究結(jié)果證明,電池的容量只有降低到50%時,內(nèi)阻或者電導(dǎo)會有所變化,降低到40%以后,會有明顯變化,所以,根據(jù)電池電導(dǎo)值或者內(nèi)阻值,可以在一定程度上確定電池的性能。采用電導(dǎo)法測試電池的內(nèi)阻或電導(dǎo)是判定蓄電池好壞的一種有價值的參考思路,但是問題如下:(1)對于電池的好壞程度,還不能提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù);不足以準(zhǔn)確地測算出電池的實際性能指標(biāo),尤其是容量指標(biāo);不能判斷(SOC)容量50%以上的蓄電池的好壞;不能到達(dá)國標(biāo)的要求。根據(jù)國家有關(guān)電源維護(hù)規(guī)程以及蓄電池維護(hù)效果要求,電池組荷電容量達(dá)不到80%便應(yīng)整組淘汰。(2)不同型號的儀表測量結(jié)果的差異性較大,由于各種交流法測量儀的測量頻率(15～1000Hz)、測量方法(相位差法、有效值法、調(diào)制解調(diào)法、比較法等等)和測量電流(1～10A)相差較大,讓使用不同的測量儀對于同一塊電池的測量結(jié)果相差較大,有時相差一倍。造成用戶選擇儀表困難,以及對于儀表測量結(jié)果的可信度懷疑。目前基于直流法的電導(dǎo)(內(nèi)阻)測量儀檢測水平也未能超出交流法測量儀。電導(dǎo)測量技術(shù)雖然測試工作比較簡單,但是,由于內(nèi)阻與容量是非線性的,所以,測試結(jié)果不能很好地反映蓄電池的真實健康狀況。1.4蓄電池初始狀態(tài)和終點soc對于動力蓄電池,蓄電池需要頻繁的充電、放電。往往采用Ah容量法。使用Ah容量法記錄的電能量,需要知道蓄電池的初始狀態(tài)和終點SOC;但是初始狀態(tài)和終點SOC受到下述多種因素的影響,在一般情況下,并不是一個常數(shù)。所以安時Ah容量法僅能紀(jì)錄已經(jīng)使用或通過電量計的電量,而不能較為準(zhǔn)確地預(yù)測終點SOC。2蓄電池容量測試技術(shù)的難點針對目前的實際情況,就蓄電池制造廠家、蓄電池測試技術(shù)研究機(jī)構(gòu),以及廣大蓄電池維護(hù)人員而言,都在積極探索一種快速、準(zhǔn)確、可靠、安全的蓄電池測試技術(shù)。特別對于廣大現(xiàn)場維護(hù)工程師而言,這種需求更顯迫切。遺憾的是,蓄電池是實現(xiàn)化學(xué)與電能之間轉(zhuǎn)換的一種非常復(fù)雜的裝置。蓄電池的放電過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿倪^程,蓄電池的充電過程是電能轉(zhuǎn)化變?yōu)榛瘜W(xué)能的的過程。從電化學(xué)的角度,不能對于使用者提供更多的內(nèi)部的信息。對它進(jìn)行快速準(zhǔn)確的容量測試是非常困難的。由于目前多是密封蓄電池,型號和規(guī)格千變?nèi)f化,性能也不盡相同,外部只有兩個電極接頭。對于使用者來說,從外部來看,密封蓄電池是一個“黑箱”,至少是一個“灰箱”。對于蓄電池的設(shè)計和制造者同樣如此。蓄電池容量測試技術(shù)的難點:(1)蓄電池的化學(xué)能不能直接測量。(2)蓄電池化學(xué)能本身是一個變量。由于化學(xué)反應(yīng)不完全可逆?；瘜W(xué)能隨著使用次數(shù)和使用時間、儲存時間而衰減。(3)使用容量又與工作溫度和充、放電率,充、放電的方法有關(guān),并隨著SOC狀態(tài)等條件在變化。(4)容量相同的密封蓄電池的負(fù)載電壓和內(nèi)阻本身具有離散性。即使對于同一個廠、同期生產(chǎn)的、同型號的蓄電池也是如此,無法避免。而且,對于蓄電池組,使用時間越長,蓄電池個體之間的差異性和離散性越大,會出現(xiàn)兩極分化。(5)難以等效。一般來說,不能使用線性元器件或者其任意的組合來等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。退一步說,使用非線性元器件的組合,可以等效蓄電池的內(nèi)部結(jié)構(gòu),也僅適用于特定的電池和特定的工作條件。不能適用于各種規(guī)格的電池以及同一個電池在不同的使用條件。3快速測量法的應(yīng)用基于蓄電池本身的性能和技術(shù)特點,必須保留核對放電技術(shù),它可以定量測試,是其他測試技術(shù)的基礎(chǔ)。其次,應(yīng)該改進(jìn)目前的電導(dǎo)法(內(nèi)阻法)、電壓測量法等快速測量法,使之提高測量精度,以滿足現(xiàn)場維護(hù)工程師的要求。從模式識別的角度,應(yīng)該找到可反映蓄電池容量的一個穩(wěn)定的和有效的統(tǒng)計特征量,尤其在SOC>50%時,并且建立該統(tǒng)計特征量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫。否則,采用某些信息處理的方法,比如:模糊數(shù)學(xué)、小波分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和灰色系統(tǒng)方法等都是無濟(jì)于事的。改進(jìn)的方向如下:(1)測量分辨率不高電壓測量:這是各種測量方法的基礎(chǔ),目前多數(shù)測量儀的分辨率為10mV,筆者認(rèn)為至少應(yīng)該提高到1mV數(shù)量級以上。電流測量:精度應(yīng)該優(yōu)于0.5%～1%;(2)統(tǒng)一測量頻率、測量時間和測量標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)法(內(nèi)阻法)應(yīng)該規(guī)定統(tǒng)一的驗收或檢驗標(biāo)準(zhǔn)。規(guī)定統(tǒng)一的測量頻率、測量方法、測量時間和測量電流等等;或者規(guī)定驗收標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)該進(jìn)一步提高檢測的分辨率和精度。(3)測試結(jié)果的應(yīng)用對于備用電池,筆者認(rèn)為重點是SOC>50%以上的統(tǒng)計特征量。這方面,筆者已經(jīng)作出了有益的嘗試,在基于文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,進(jìn)行了不斷的改進(jìn);目前的測試結(jié)果可以達(dá)到基本定量。實驗表明,容量測量的分辨率可以達(dá)到1%～2%(容量50%以上時);可以滿足密封鉛酸蓄電池現(xiàn)場維護(hù)工程師維護(hù)測試的要求——快速、準(zhǔn)確和安全,而且可