顏儒芬 （上海潘登儀測設備有限公司）
摘 要 通信電源設備中，蓄電池的測試和維護是一項重要而繁重的工作，選擇最佳的蓄電池維護方案和優質的測試維護設備能讓您的工作事半功倍，萬無一失。本文以美國Albercorp（愛博公司）蓄電池測試產品為例，推薦了幾種蓄電池維護方案，并對該公司的蓄電池測試產品進行了介紹。
關鍵詞 蓄電池的等效內阻 瞬間大電流放電 在線測試
1 前言
隨著通信、能源、信息高速公路、計算機數據中心等事業的飛速發展，作為應急電源的蓄電池系統用量迅猛增加。選擇和使用快捷、優質的蓄電池維護和測試設備可以使您在蓄電池維護工作中得心應手。
創建于1972年、推出世界上第一臺蓄電池檢測儀的美國Albercorp（愛博公司）是蓄電池測試設備的專業研究設計和制造商，它定期召開蓄電池測試和維護專題研討會，從1997～2001年連續五年承辦了美國電池年會，并不斷推出其最新技術與設備，是美國市場上和蓄電池技術專家公認的世界頭號蓄電池測試設備生產商。下面以美國Albercorp的蓄電池維護與測試系列產品為例，介紹幾種可行的蓄電池維護方案，并對該公司生產的蓄電池測試常用產品進行較詳細的介紹。
2 蓄電池容量測試
2.1 蓄電池結構探討
判斷蓄電池壽命狀況的最佳方法是帶負載測試及容量測試，這需要較長時間，無法即測即得，必須采用既方便又可靠的方法來建立電池容量與傳導狀況關系。為尋求簡易的輔助測試手段，我們首先從閥控蓄電池結構及原理的研究開始。
過去人們對蓄電池內部參數、傳導途徑和容量關系理解為：內部電路由電阻、電感和電容組成。電感影響非常小（僅有0.05～0.2 H），而電容又出奇大，每100 Ah蓄電池電容可達1.7 F，但又無證據證明電容與電池容量的關系，故而認為阻抗（電化學電阻）同時包含了電容和電感的因素。因此采用直流到幾千赫茲的交流對電池進行阻抗測試，但結果都不理想。
愛博公司對蓄電池的內阻進行了深入研究，獲得專利U.S.Patent NO: 5,744,962，即真正的蓄電池等效內阻由其金屬電阻和電化學電阻組成，內阻的增加導致蓄電池實際容量的減小。而通過對內阻的測試可評定電池的優劣，來估算蓄電池的剩余容量。蓄電池內阻的增加導致性能退化，蓄電池容量與內阻的曲線關系（并非直線關系，而是非線性函數關系）如圖1所示。直線之所以不能描述蓄電池的內阻與容量關系，是因為蓄電池放電過程中金屬電阻和電化學電阻顯示出不同特性。由典型100%容量蓄電池的放電曲線可以看出內阻增加對蓄電池容量有著負面的影響，蓄電池內阻的功耗為：I2×R內。這部分能量沒有得到真正的利用，造成了蓄電池實際容量的減少。
在放電過程中蓄電池容量的減少與電池內部金屬電阻、電化學電阻變化的依賴關系是不同的。蓄電池的金屬內阻包括電池的極柱、內部的匯流排、板柵及板柵與涂膏間的電阻。報廢電池的反常內阻通常是由電池的極柱、內部的匯流排及板柵的化學腐蝕、焊接及鑄鉛質量的低劣造成，這用Alber蓄電池測試產品能夠檢測出來。涂層、電解質和隔離器組成了蓄電池內阻中的電化學部分。蓄電池長期使用造成活性物質減少、涂層老化，充放電時電解液比重的變化，以及隔離器成份或其表面的化學構成的改變，閥控電池電解液的干涸，都使電化
學電阻增加。
2.2 蓄電池內阻測量方法的原理
當前的測量儀器多采用的是交流注入或瞬間負載測試（直流測量）兩種方法。使用交流注入的儀器（如測量阻抗或電導的儀表），在測量時會對電池施加一個交流的測試信號，然后再測出相應的電壓和電流。阻抗的讀數V／I會隨頻率而變化。采用交流方式的儀器存在著易受充電器紋波電流和噪聲源干擾的問題。有些設備不能在線（連接充電器和負載，并處于浮充狀態）對蓄電池進行測試。使用頻率為60 Hz和50 Hz的交流測試電流更不可取，因為這是充電器紋波和噪聲源的主要頻率。而在大型UPS電池上出現大于30 A RMS紋波電流的情況并不少見。
Albercorp公司的專利U.S.Patent NO: 5,744,962中蓄電池真實等效內阻的測試見圖2。在蓄電池組瞬間大電流對負載放電（70 A左右）產生電壓降后再斷開負載時其瞬間電壓恢復，同時測出電池極柱上電壓和電流的瞬間變化，便可推算出蓄電池內部真實的等效內阻。圖2描述了電池在接通負載后幾秒鐘內發生的變化。
內阻測試公式：R內阻=（V2-V1）/I式中：
V2--蓄電池瞬間大電流對負載放電的電壓降
V1--斷開負載時的瞬間恢復的電壓值
I--瞬間對負載放電電流
當今的采樣速度之快完全能準確采集V1、V2、I并即時計算，A／D轉換器能在有效地測量直流參數的同時，將電池的交流信號忽略，因此儀器能精確地測出內阻，同時抗干擾能力強，重復性好，可在高噪聲環境中對電池進行在線測試。
將采集到的浮充電壓與放電后電壓之差，與同類、同組的蓄電池進行比較，即可知道蓄電池的優劣。以每節蓄電池出廠前廠家給出的在額定容量下的內阻值或用戶驗收時測得額定容量及內阻值為基準值（參考值），使用中的蓄電池通過內阻測試可評定它的優劣。通常當內阻高于基準值的25%，往往已無法通過容量測試；當高于基準值的50%，完全不必進行容量測試即可更換。
3 蓄電池維護方案推薦
選擇合適的蓄電池維護方案，可以省時、省力地測出電池的容量，既方便維護，又能有效地保障供電系統的正常運行。在此，以美國Alber公司生產的蓄電池維護產品為例，介紹幾種蓄電池維護方案。總體上，建議使用MPM系列或CELLCORDER系列產品估算出蓄電池的容量，找出弱電池，再利用SCT系列產品測出弱電池的真實容量，或使用BCT系列產品作系統的容量測試。這樣，根據不同的組合，就得到四種不同的蓄電池維護方案，各局站可根據實際情況加以選用。
方案一：CELLCORDER智能蓄電池測試儀＋BCT－2000系列電池容量測試系統（包含CLU智能連續負載箱）。 該方案適合目前已具備電池監控系統的單位。日常維護工作建議采用簡便的便攜式內阻測試設備對每節電池進行內阻測試，即時初評電池及找出弱電池，并能將數據下載到計算機對它們進行詳細分析。建議每月一次或用戶根據自身實際需要而定。CELLCORDER智能蓄電池測試儀可以很好地解決日常檢測所遇到的各種情況。 年間對蓄電池組進行系統容量測試，這是維護蓄電池的一項重要工作，同時又全面地了解蓄電池系統。年間容量測試為您推薦BCT－2000電池容量測試系統及CLU智能連續負載箱（自動控制負載系統）。BCT－2000／24＋CLU（8N）容量測試系統是愛博公司為電信用戶度身定做的新產品，可同時測24節電池，恒流（最大300A）或恒功率放電。
方案二：CELLCORDER智能蓄電池測試儀＋SCT－200單、雙節電池容量測試儀。
已有蓄電池監控系統，暫不準備更換的單位，日常維護可利用便攜式CELLCORDER智能蓄電池測試儀找出弱電池，然后同時再利用SCT－200單、雙節電池容量測試儀對該弱電池進行真實的、完全充放電的容量測試，并進行均衡充電激活診治該電池。
方案三：MPM－100智能蓄電池測試系統（＋LU大電流負載箱［選件］）＋SCT－200單節電池容量測試儀。 該方案適合于需新建蓄電池監控管理系統的單位，或雖已安裝了蓄電池監測系統，但其監測管理只是采集一些蓄電池的電壓、溫度數據，而沒給出任何分析和建議，用戶根據這些數據無法判斷VRLA電池質量狀況，而VRLA電池可能短時間內失效的單位。因此建議利用成組測試的（同時測24節電池）MPM－100智能蓄電池測試系統找出弱電池，估算出它的剩余容量，然后再利用LU大電流負載箱或SCT－200單節電池容量測試儀對它進行真實的容量測試并診治該電池。
方案四：MPM－100智能蓄電池測試系統＋BDS256全自動在線監測系統＋CLU智能連續負載箱（或LU大電流負載箱）。
對于省級或大城市中心站，建議采用全自動集中在線監控。愛博公司的全自動在線蓄電池診斷系統BDS256＋MPM－100，不僅實時監測蓄電池的工作狀況，還能準確預算蓄電池壽命，提前告警，使重要系統萬無一失。
4 蓄電池常用測試產品介紹
4.1 Cellcorder智能蓄電池測試儀
Cellcorder智能蓄電池測試儀是一種使用方便、精度高、可靠性高的多功能測試儀。它能快速、精確地測試蓄電池重要參數，為用戶提供可靠的評定蓄電池優劣的重要數據，并將數據貯存，利用硬件和軟件算法，即時計算出蓄電池內阻和連接電阻，并進行分析。它能在線或離線對電池內阻、連接電阻、電池浮充電壓進行測量并能夠存貯28組×64節或7組×256節電池數據；內置自動診斷系統、自動校正系統，能與PC機連接，下載數據作性能分析，生成報告，有效地挑出弱電池和潛在的失效電池；并具有強大的數據庫及配套參數圖示和電池性能趨勢分析軟件。Cellcorder智能蓄電池測試儀已列入美國貝爾、AT&T等四大電信公司測試標準儀器。
數據與趨勢分析軟件（CELLCORDER的軟件包）是Cellcorder智能蓄電池測試儀的一個重要
組成部分，整個軟件包能完成所有數據分析，包括電池內阻和浮充電壓等參數的趨勢分析。
4.2 SCT－200單節電池容量測試儀
SCT－200單節電池容量測試儀可用于在線測試一節或兩節單體電池容量。它按程序作恒流放電測試，然后再按程序恒壓充電，自定義軟件，安全地自動操作，又讓用戶自由編程和啟動測試，操作時不需憑什么經驗便可測出單個或兩個電池容量，必要時可活化診治該電池。SCT－200單節電池容量測試儀可編程充放電；自動切換充放電；快速均衡充電；遠程監控功能；自動記錄測試數據；全保護電路；便于移動等特點。
SCT－200單節電池容量測試儀裝有兩個300 A的負載，可并成一個600 A的負載用，箱內同時裝有一個2.00～2.60 V，0～120 A的充電器，充放電電流由軟件控制。用帶有通信接口電路的筆記本電腦，通過軟件進行充放電控制并記錄、分析數據。
4.3 BCT－2000／24蓄電池容量測試系統
判斷蓄電池壽命狀況的最佳測試方法是帶負載測試即容量測試。經帶負載放電容量測試，才能確保系統的可靠性。BCT－2000在日常運行中作電池帶負載測試，用負載數據庫完成負載測試，操作時也可用實際系統作負載。BCT-2000系列電池容量測試系統由以下幾個部分組成：
（1）數據采集模塊：采集所有單體電池電壓、總電壓和電流讀數（同時測24節）。
（2）數據登錄單元（586以上配置的筆記本電腦）：每4.5秒掃描所有單體電壓一次，每秒掃描總電壓、總電流一次，提供顯示和編程，配合Alber特殊設計的接口電路和定制軟件，具有強大的軟件分析功能。
（3）CLU連續可調智能控制負載箱：可作恒流或恒功率放電。
BCT-2000系列電池容量測試系統能實時監測所有電池參數；記錄放電時所有參數及報警；強大的軟件功能完成容量測試。具體的測試過程可在系統軟件的提示下完成。
我們將最新引進的BCT-2000系列電池容量測試系統在多家電信局做過實驗，一致認為比目前的同類產品使用更方便，其設置完成后，整個過程無需人工操作、調試，全部自動化，安全性高，負載箱溫升小于60℃（體積比同類產品小一號），數據更精確，圖示更直觀，分析更詳細、完善。
4.4 MPM-100智能蓄電池測試系統
MPM-100是一種可設置的電池控制系統，能識別單體電池電壓、整組電壓、電流、溫度、電池內阻與電池連接電阻等。利用硬件和軟件算法，在浮充條件下周期性地在線自動測試并監控電池的工作性能，在超出誤差范圍時，發出警報聲。它可快速、精確地找出弱電池。
MPM-100可在線對負載或系統作定時放電，在整個過程中同時測試各種參數，利用這些數據實時地繪制直觀的特性曲線圖、柱圖，分析電池的特性，預估電池的剩余容量，準確、快速地評定電池的優劣。并通過LU大電流負載箱放電，進行容量測試，它解決了目前已有的監控系統單純測試電壓等數據，而沒分析及定期容量測試的不足，是性價比高的好產品。
MPM-100智能蓄電池測試系統由以下部分組成：數據采集部分，從電池系統中采集所有數據；控制部分，連續查詢數據，存貯相關數據，確定報警，控制電阻測試，并與PC機通信；大電流負載箱LU（選件）；數據登錄，筆記本電腦。
MPM-100智能蓄電池測試系統精度高、可靠性高、重復性好；設計靈活，可單個或多個配合使用，監測更多的電池組；利用瞬間大電流對負載放電的原理進行電池內阻測量和連接電阻測量（在線、離線）；電壓、電流和溫度等數據采集記錄與監控；自動檢測電池對系統放電的實時數據作現場測試；單節電壓、電流放電曲線記錄及動態回放；具有早期檢測蓄電池故障能力；設置閾值，超出范圍時報警并生成報告，及時有效地挑出弱電池和潛在失效電池。
