CN108445413A - 铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法，包括：铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统和铅酸蓄电池常温充放电子系统；所述铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统用以在高温环境下对铅酸蓄电池组持续浮充充电，包括高温试验箱、浮充电装置和蓄电池监测装置；所述铅酸蓄电池常温充放电子系统用以在常温环境下对铅酸蓄电池组或开路验证蓄电池进行放电或充电测试，包括恒流放电负载、充电装置和大电流放电负载。与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法，预判铅酸蓄电池在常温环境下持续浮充充电，因内部腐蚀，造成开路失效之前，铅酸蓄电池的可靠使用年限。

Description

铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法

技术领域

本发明涉及蓄电池试验技术领域，具体而言，涉及一种铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法。

背景技术

目前，在电力领域，阀控式铅酸蓄电池是继电保护、自动装置以及综合监控系统的后备电源，在发电厂、变电站发生故障，失去交流电源时，提供后备的直流电源，避免全厂(站)失电，事故范围进一步扩大。但当铅酸蓄电池持续浮充运行，内部腐蚀导致开路后，后备电源形同虚设，无法提供应有的后备保障。因此，铅酸蓄电池腐蚀开路成为电力领域最为关注的质量问题之一，需要一种试验系统和预判方法，在腐蚀开路导致铅酸蓄电池失效之前，判定铅酸蓄电池的可靠使用年限。

阀控式铅酸蓄电池的腐蚀主要发生在正极极板的板栅和负极汇流排，正极极板的板栅腐蚀只减少铅酸蓄电池的容量，并不导致立即失效，是目前各种技术和方法关注的重点；而负极汇流排腐蚀将直接造成蓄电池开路，丧失应有的功能。

在电力领域，通常采用铅酸蓄电池内阻测量的方法，判断铅酸蓄电池内部腐蚀的程度，但不能在失效之前预判铅酸蓄电池的可靠使用年限。

中国发明专利，公开号：CN104122167B，公开了一种快速测定铅酸蓄电池板栅耐腐蚀性的方法，所述方法包括酸蚀试验、晶粒试验和综合判断三大步，通过对板栅做酸蚀试验和晶粒试验，结合二者结果共同评估板栅耐腐蚀性，可以从板栅材料成分、化学性能和组织形态快速考察板栅耐腐蚀性。

上述技术方案并未解决预判铅酸蓄电池在开路失效之前可靠使用年限的问题。

发明内容

鉴于此，本发明提出了一种铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法，旨在解决现有技术无法预判铅酸蓄电池在浮充状态下可靠使用年限的问题。

一个方面，本发明提出了一种铅酸蓄电池开路失效试验系统，包括：铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统和铅酸蓄电池常温充放电子系统；所述铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统包括：高温试验箱和浮充电装置，其中，所述高温试验箱内放置若干铅酸蓄电池串联组成的铅酸蓄电池组，所述高温试验箱用于维持所述铅酸蓄电池组加速腐蚀时环境温度的恒定；所述浮充电装置设置在所述高温试验箱外侧，所述浮充电装置与所述铅酸蓄电池组以并联方式连接，用于对所述铅酸蓄电池组持续浮充充电；所述铅酸蓄电池常温充放电子系统包括：恒流放电负载、充电装置和大电流放电负载；所述恒流放电负载与所述铅酸蓄电池组以并联方式连接，用于对所述铅酸蓄电池组恒流放电；所述充电装置与所述铅酸蓄电池组以并联方式连接，用于对所述铅酸蓄电池组充电；所述大电流放电负载与所述铅酸蓄电池组中选出的开路验证蓄电池以并联方式连接，用于对所述开路验证蓄电池大电流放电。

进一步地，所述铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统还包括蓄电池监测装置；所述蓄电池监测装置与所述铅酸蓄电池组连接，用于测量并收集所述铅酸蓄电池组和各所述铅酸蓄电池运行时的数据，根据所述数据判断各所述铅酸蓄电池是否满足预设条件。

进一步地，所述蓄电池监测装置包括监测单元、电流传感器和监测主机；所述监测单元的测试端分别与所述铅酸蓄电池的正极和负极端子连接，所述监测单元的数据输出端与所述监测主机的数据接收端连接，所述监测单元用于测量所述铅酸蓄电池的端电压和内阻；所述电流传感器位于所述浮充电装置和所述铅酸蓄电池组之间的连接线上,所述电流传感器的数据输出端与所述监测主机的数据接收端连接，所述电流传感器用于测量所述铅酸蓄电池组的浮充电流；所述监测主机设置在所述高温试验箱外侧，用于接收并分析判断所述监测单元和所述电流传感器输出的数据。

进一步地，所述监测单元包括温度传感器，用于测量所述铅酸蓄电池的温度。

另一方面，本发明还提出了一种铅酸蓄电池开路失效预判方法，其过程分为：步骤一：对铅酸蓄电池组在高温环境下持续浮充充电；步骤二：对所述铅酸蓄电池组在常温环境下恒流放电并充电；步骤三：对所述步骤二中选出的第二开路验证蓄电池在常温环境下大电流放电并判断是否开路；重复执行所述步骤一和所述步骤二，直至达到预设的循环次数n_ys后，执行所述步骤三。

进一步地，所述步骤一为：在所述高温试验箱内放置所述铅酸蓄电池组；将所述高温试验箱内的温度升高，维持在预设的高温温度T_gw，并对所述铅酸蓄电池组以预设的浮充电压U_fc持续浮充充电；当所述铅酸蓄电池组浮充充电的持续时间达到预设的浮充充电终止时间t_fc后，将所述高温试验箱内的温度降至常温并终止所述浮充充电。

进一步地，所述步骤二为：将所述铅酸蓄电池组从所述高温试验箱内取出，以预设的恒流放电电流I_fd对所述铅酸蓄电池组持续放电，当所述铅酸蓄电池组的端电压达到预设的放电终止电压U_zh后，终止恒流放电；在达到所述预设的循环次数n_ys的最后一个循环中，将所述终止放电的时间点及以前的端电压最低的铅酸蓄电池，作为所述步骤二中选出的所述第二开路验证蓄电池；将所述铅酸蓄电池组完全充电。

进一步地，所述步骤三为：将所述第二开路验证蓄电池从所述铅酸蓄电池组中分离；对所述第二开路验证蓄电池以预设的大电流放电电流I_dd，在预设的大电流持续放电时间t_dd内持续放电；若所述第二开路验证蓄电池未出现内部开路现象，则在所述预设的循环次数n_ys折算的常温可靠浮充运行时间t_cf内，不会出现铅酸蓄电池内部开路现象；铅酸蓄电池开路失效预判过程结束。

进一步地，所述高温温度T_gw为60℃。

进一步地，所述恒流放电电流I_fd为0.25C₁₀(A)或1.7C₁₀(A)，其中，C₁₀的数值为所述铅酸蓄电池的10h率额定容量。

进一步地，在所述步骤一的持续浮充充电期间，通过蓄电池监测装置测量并收集所述铅酸蓄电池组或所述铅酸蓄电池组内各所述铅酸蓄电池运行时的数据，当所述铅酸蓄电池组或所述铅酸蓄电池组内任一铅酸蓄电池运行时的数据满足预设的浮充充电中断条件后，将所述高温试验箱内的温度降至常温并中断浮充充电；将所述中断浮充充电的时间点及以前的内阻最大的铅酸蓄电池，作为步骤一中选出的第一开路验证蓄电池；执行步骤四：在常温环境下对所述第一开路验证蓄电池进行大电流放电，并判断其是否开路。

进一步地，所述步骤四为：将所述第一开路验证蓄电池从所述高温试验箱内取出；对所述第一开路验证蓄电池以预设的大电流放电电流I_dd，在预设的大电流持续放电时间t_dd内持续放电；若所述第一开路验证蓄电池未出现内部开路现象，将所述第一开路验证蓄电池重新放入所述高温试验箱内，并接入所述铅酸蓄电池组，结束所述步骤四并恢复执行所述步骤一；若所述第一开路验证蓄电池出现内部开路现象，则以执行所述步骤四并未出现内部开路现象时已完成的最大循环次数n_ws折算所述常温可靠浮充运行时间t_cf，在所述常温可靠浮充运行时间t_cf内不会出现铅酸蓄电池内部开路现象；铅酸蓄电池开路失效预判过程结束。

进一步地，结束所述步骤四并恢复执行所述步骤一后，在所述高温温度T_gw下浮充充电，直至在本次循环中，在执行所述步骤二之前的各次浮充充电的持续时间之和达到所述预设的浮充充电终止时间t_fc后，终止所述浮充充电。

进一步地，所述预设的浮充充电中断条件为以下任一个或多个的组合：

1)铅酸蓄电池的内阻大于等于1.2R_i0(Ω)；

2)铅酸蓄电池的端电压大于等于2.55U_bc/2(V)；

3)铅酸蓄电池的温度大于等于65℃；

4)铅酸蓄电池组的浮充电流大于等于0.005C₁₀(A)；

其中，R_i0为所述铅酸蓄电池的初始内阻，U_bc为所述铅酸蓄电池的标称电压，C₁₀的数值为所述铅酸蓄电池的10h率额定容量。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法，通过对铅酸蓄电池组持续浮充充电和恒流放电模拟铅酸蓄电池的实际运行工况，并通过提高环境温度和加大放电倍率，加快了铅酸蓄电池内部腐蚀的速度，缩短了试验时间。

进一步地，本发明通过大电流放电模拟在实际运行中导致铅酸蓄电池开路的冲击性负荷，作为内部腐蚀后，可否导致铅酸蓄电池开路的判据；本发明以铅酸蓄电池实际安装现场的负荷水平确定大电流放电电流和大电流持续放电时间，判定方法更有针对性，判定结果也与铅酸蓄电池的实际运行结果更加相符。

进一步地，本发明以耐受大电流放电为前提，通过高温环境下连续浮充充电和常温环境下恒流充放电的最大循环次数，与折算系数相乘，计算出冲击性负荷导致铅酸蓄电池开路失效之前，铅酸蓄电池的可靠使用年限；本发明提供的铅酸蓄电池可靠使用年限的估算方法简单明了，便于现场人员掌握。

进一步地，本发明的试验对象是铅酸蓄电池组，在铅酸蓄电池组内选取腐蚀最为严重的铅酸蓄电池进行开路失效预判，考虑到了蓄电池组内各个铅酸蓄电池腐蚀程度的差异，避免了单一蓄电池作为试验对象缺乏代表性，考虑到了腐蚀程度越严重的铅酸蓄电池腐蚀速度越快的特性，符合蓄电池组内最差蓄电池拖累整组蓄电池性能的实际情况，试验结果也与实际运行结果更加相符。

尤其是，本发明采用了蓄电池监测装置，测量并收集铅酸蓄电池组及铅酸蓄电池组内各铅酸蓄电池运行时的数据，在铅酸蓄电池反映内部出现严重问题时，中断高温环境下的浮充充电，提前进行大电流放电验证，避免达到预设的循环次数时，大电流放电造成铅酸蓄电池开路，试验样品报废，而未获得所需的试验数据。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统的第一结构示意图；

图2为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统的第二结构示意图；

图3为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效预判方法的第一流程示意图；

图4为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效预判方法的第二流程示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

实施例1

参阅图1所示，其为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统的第一结构示意图。本实施例提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统，包括：铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统100和铅酸蓄电池常温充放电子系统200。铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统100用以在高温环境下对铅酸蓄电池组持续浮充充电，通过提高环境温度加快铅酸蓄电池浮充充电时的内部腐蚀的速度，包括高温试验箱5和浮充电装置6。铅酸蓄电池常温充放电子系统200包括恒流放电负载11、充电装置12和大电流放电负载13，其中恒流放电负载11和充电装置12用以在常温环境下对铅酸蓄电池组进行恒流放电和完全充电，通过加大恒流放电倍率加快铅酸蓄电池内部腐蚀的速度，其中大电流放电负载13用以对铅酸蓄电池组中选出的开路验证蓄电池4进行大电流放电测试，验证其内部腐蚀后可否耐受冲击性负荷，是否会造成开路失效。

铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统100的高温试验箱5用于维持铅酸蓄电池组在浮充充电时所处环境温度的恒定，并保持在预设的高温温度。

铅酸蓄电池组在浮充充电时放置在高温试验箱5内。铅酸蓄电池组由若干铅酸蓄电池，即铅酸蓄电池组由第1铅酸蓄电池1、第2铅酸蓄电池2、第3铅酸蓄电池3至第n_xd铅酸蓄电池n_xd串联组成，铅酸蓄电池的数量n_xd可为1至任意整数，但一般不应超过电力行业铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的最大数量108个。由于开路失效试验为破坏性试验，铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的数量较少，可以减低试验样品的损耗；铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的数量较多，更能验证铅酸蓄电池组中各个铅酸蓄电池腐蚀程度的差异对整组铅酸蓄电池性能的影响，避免少量样品造成试验结果缺乏代表性。

浮充电装置6位于高温试验箱5外侧，通过高温试验箱5外壁的线孔7与高温试验箱5内的铅酸蓄电池组以并联方式连接，在高温环境下对铅酸蓄电池组持续浮充充电。

铅酸蓄电池常温充放电子系统200中的恒流放电负载11和充电装置12用于模拟铅酸蓄电池组在常温环境下的实际运行工况。将铅酸蓄电池组从高温试验箱5中取出后，先与恒流放电负载11以并联方式连接，对铅酸蓄电池组恒流放电；放电结束后，再将铅酸蓄电池组与充电装置12以并联方式连接，对蓄电池组完全充电。

铅酸蓄电池常温充放电子系统200中的大电流放电负载13与铅酸蓄电池组中选出的开路验证蓄电池4以并联方式连接，对开路验证蓄电池大电流放电测试。考虑到大电流放电对样品的伤害，开路验证蓄电池通常为单只铅酸蓄电池，若大电流放电负载13的阻值较大，不能产生所需的放电电流，开路验证蓄电池也可为多只铅酸蓄电池。

由于大部分充电机都具有充电和浮充电功能，而铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统100中的浮充电装置6和铅酸蓄电池常温充放电子系统200中的充电装置12并不需要同时使用，可由具有充电和浮充电功能的一台充电浮充电装置(也可称充电机)代替。

基于上述实施例的另一种可能的实现方式中，参阅图2所示，其为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统的第二结构示意图。本实施方式与上述实施例的区别在于：为了便于监测蓄电池组在高温环境下持续浮充充电的状态，铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统100还包括蓄电池监测装置。

蓄电池监测装置与蓄电池组连接，用于测量并收集铅酸蓄电池组及铅酸蓄电池组内各个铅酸蓄电池在浮充充电时的数据，包括铅酸蓄电池组的浮充电流、每个铅酸蓄电池的内阻、端电压和温度。具体而言，蓄电池监测装置包括至少一个监测单元21、一个电流传感器22和一个监测主机23。

监测单元21的电气量测试端分别与其所监测铅酸蓄电池的正极和负极端子连接，用于测量其所监测铅酸蓄电池的端电压和内阻。一个监测单元21可以测量一个或多个铅酸蓄电池运行时的数据；测量铅酸蓄电池组运行时的数据通常需要多个监测单元21，但若进行开路失效试验的铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的数量较少，也可以采用一个监测单元21。

监测单元21还延伸出一个或多个温度传感器24，用于测量单只或多只铅酸蓄电池的温度。监测单元21的温度传感器24通常安装在每只铅酸蓄电池的负极端子上，但对于特殊设计的铅酸蓄电池，也可安装在铅酸蓄电池壳体外侧，与铅酸蓄电池内部极板垂直壳体表面的居中位置。

电流传感器22位于浮充电装置6和铅酸蓄电池组之间的连接线上，用于测量铅酸蓄电池组的浮充电流，通常采用穿芯式电流传感器，但也可以采用分流器。电流传感器22可以在浮充电装置6和铅酸蓄电池组之间连接线上的任意位置，通常设置在高温试验箱5外侧，避免高温试验箱5内的高温影响测量精度，但也能设置在高温试验箱5内侧，只要不影响测量精度并在浮充电装置6和铅酸蓄电池组之间的连接线上即可。

监测主机23的数据接收端与各个监测单元21的数据输出端和电流传感器22的数据输出端相连，用于接收并分析判断各个监测单元21和电流传感器22输出的数据。若监测主机23与监测单元21和电流传感器22之间的数据传输采用数据总线(例如CAN总线或RS485总线)，则可以连成数据通信网络。

监测主机23设置在高温试验箱5外侧，监测主机23与监测单元21之间的数据传输线需穿过高温试验箱5外壁的线孔7实现互连。为了避免监测单元21与铅酸蓄电池之间过多的连线穿过线孔7，监测单元21宜设置在高温试验箱5内。为了避免高温试验箱5内的高温影响监测主机23内处理器的工作，监测主机23宜设置在高温试验箱5外侧。为了避免影响铅酸蓄电池的一致性，禁止从铅酸蓄电池上取电，监测单元21的电源线需穿过线孔7进入高温试验箱5内。监测单元21和电流传感器22的工作电源可通过监测主机23提供。

实施例2

参阅图3所示，其为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效预判方法的第一流程示意图。本实施例提供的铅酸蓄电池开路失效预判方法的过程分为：步骤一、步骤二和步骤三。

其中，在步骤一，对铅酸蓄电池组在高温环境下持续浮充充电；在步骤二，对铅酸蓄电池组在常温环境下恒流放电并完全充电；在步骤三，对步骤二中选出的第二开路验证蓄电池在常温环境下大电流放电并判断是否开路。

在铅酸蓄电池开路失效预判方法的过程中，重复执行步骤一和步骤二组成的循环，直至循环次数n_xh达到预设的循环次数n_ys后，执行步骤三。

铅酸蓄电池开路失效预判方法的过程开始后，设循环次数n_xh为0；执行步骤一和步骤二，完成步骤二后，循环次数n_xh加1；判断循环次数n_xh是否达到预设的循环次数n_ys，若n_xh等于n_ys，执行步骤三，若n_xh不等于n_ys，继续执行步骤一和步骤二组成的循环。

上述步骤一为：

在高温试验箱5内放置铅酸蓄电池，并串联组成铅酸蓄电池组。

将高温试验箱5的温度设置在预设的高温温度T_gw，高温试验箱5将自动升温，并维持温度的恒定。将高温试验箱5内的温度升高，维持在预设的高温温度T_gw，并对铅酸蓄电池组以预设的浮充电压U_fc持续浮充充电，可采用两种方式：其一，将高温试验箱5的温度从常温升至T_gw后，启动浮充电装置6，开始持续浮充充电；另一，在常温状态下启动浮充电装置6，然后升高高温试验箱5的温度，从常温升至T_gw；采用任一种方式，对试验结果影响不大。

预设的高温温度T_gw通常采用60℃。

预设的浮充电压U_fc通常为25℃时的浮充电压，其数值由铅酸蓄电池制造商确定，一般在(2.20～2.27)n_xd·U_bc/2的范围内。其中，n_xd为铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的数量；U_bc为铅酸蓄电池的标称电压。铅酸蓄电池在正常浮充充电时，采用负温度修正系数，温度越高，浮充电压越低，但在铅酸蓄电池开路失效试验中，在60℃的高温环境中采用25℃时的浮充电压，加速铅酸蓄电池的内部腐蚀速度。

当铅酸蓄电池组浮充充电的持续时间达到预设的浮充充电终止时间t_fc后，将高温试验箱5内的温度由高温降至常温，并关闭浮充电装置6，终止浮充充电。

将高温试验箱5内的温度由高温降至常温，并对铅酸蓄电池组终止浮充充电，可采用两种方式：其一，将高温试验箱5的温度从高温降至常温后，关闭浮充电装置6，终止浮充充电；另一，在高温状态下关闭浮充电装置6，终止浮充充电，然后降低高温试验箱5的温度，从高温降至常温；采用任一种方式，对试验结果影响不大。

预设的浮充充电终止时间通常为30天。

上述步骤二为：

将铅酸蓄电池组拆开，将铅酸蓄电池从高温试验箱5内取出，在高温试验箱5外，常温环境下，重新连接成铅酸蓄电池组。由于铅酸蓄电池的重量，无法将铅酸蓄电池组在连接状态下，整组取出。

常温通常指试验室内部的环境温度，一般在(25±10)℃的范围内。

将铅酸蓄电池组与恒流放电负载11以并联方式连接，以预设的恒流放电电流I_fd对铅酸蓄电池组持续放电，铅酸蓄电池组的端电压逐渐降低。当铅酸蓄电池组的端电压达到预设的放电终止电压U_zh后，关断恒流放电负载11，终止恒流放电。

恒流放电负载11可以采用电力电子有源逆变负载或采用自动或人工调整的电阻负载。

预设的恒流放电电流I_fd可以采用0.25C₁₀或1.7C₁₀。其中，C₁₀的数值为铅酸蓄电池的10h率额定容量。

预设的放电终止电压U_zh与恒流放电倍率有关，放电电流越大，铅酸蓄电池储存的电量越难以放出，放电终止电压U_zh越低。通常以0.25C₁₀恒流放电时，预设的放电终止电压U_zh为1.8n_xd·U_bc/2；以1.7C₁₀恒流放电时，预设的放电终止电压U_zh为1.6n_xd·U_bc/2。其中，n_xd为铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的数量；U_bc为铅酸蓄电池的标称电压。

在达到预设的循环次数n_ys的最后一个循环中(由于此时未执行完最后一个循环，n_xh+1＝n_ys)，需选出执行步骤三所需的第二开路验证蓄电池。将恒流放电时，达到预设的放电终止电压U_zh的时间点及以前，所述铅酸蓄电池组中端电压最低的铅酸蓄电池，作为步骤二中选出的第二开路验证蓄电池。

铅酸蓄电池组中内部腐蚀最为严重的铅酸蓄电池，其内部腐蚀造成的容量损失最大，在恒流放电过程中其端电压最低，最宜作为开路验证蓄电池。在恒流放电末期，越接近放电终止，内部腐蚀最为严重的铅酸蓄电池与其他铅酸蓄电池端电压的差距越大。

将包括第二开路验证蓄电池在内的铅酸蓄电池组完全充电。

铅酸蓄电池的完全充电指铅酸蓄电池内所有可用的活性物质已经转变为满荷电状态。铅酸蓄电池的充电采用恒流-恒压法。通常采用0.1C₁₀恒流充电，蓄电池的端电压逐渐升高，在达到恒压充电电压(也称均衡充电电压)后转为恒压充电，充电电流逐渐减小。恒压充电电压通常为2.4n_xd·U_bc/2。在恒压充电末期，对已经实现完全充电的认定有多种方法，可以采用充电至电流在3h内不大于0.01C₁₀，或充电时间达到16h。为实现快速充电，也可采用大于0.1C₁₀(不应超过0.25C₁₀)的恒流充电，但恒压充电的时间需相应延长。各种充电方法对试验结果影响不大。其中，C₁₀的数值为铅酸蓄电池的10h率额定容量；n_xd为铅酸蓄电池组中铅酸蓄电池的数量；U_bc为铅酸蓄电池的标称电压。

上述步骤三为：

将在步骤二中选出的第二开路验证蓄电池从铅酸蓄电池组中分离，将第二开路验证蓄电池与大电流放电负载13以并联方式连接。

对步骤二中选出的第二开路验证蓄电池以预设的大电流放电电流I_dd，在预设的大电流持续放电时间t_dd内持续放电。在达到预设的大电流持续放电时间t_dd后终止大电流放电。

大电流放电负载13可以采用电力电子有源逆变负载或采用自动或人工调整的电阻负载。

预设的大电流放电电流I_dd和预设的大电流持续放电时间t_dd根据铅酸蓄电池的实际安装现场的实际情况而定。在发电厂、变电站发生故障初期，铅酸蓄电池组需向冲击性负荷供电(例如，高压断路器跳闸和直流电动机启动)，依据冲击性负荷的幅值确定预设的大电流放电电流I_dd，依据冲击性负荷的持续时间确定预设的大电流持续放电时间t_dd。在没有安装现场的实际数据的情况下，宜选用最严酷的参数，预设的大电流放电电流I_dd可为3.0C₁₀，预设的大电流持续放电时间t_dd可为3min。其中，C₁₀的数值为铅酸蓄电池的10h率额定容量。

若第二开路验证蓄电池未出现内部开路现象，则依据预设的循环次数n_ys折算常温可靠浮充运行时间t_cf。铅酸蓄电池开路失效试验的结论为：在常温可靠浮充运行时间t_cf内，铅酸蓄电池正常浮充运行不会出现内部开路现象。

开路验证蓄电池的内部开路可通过以下两种方法判断：1.大电流放电时，大电流放电电流I_dd是否提前中断，若未到预设的大电流持续放电时间t_dd，大电流放电电流I_dd已经为零，则可以判断铅酸蓄电池出现内部开路现象；2.大电流放电结束后，铅酸蓄电池的端电压是否接近于零(还存在短暂的电容残压)，若端电压接近于零(远低于铅酸蓄电池的标称电压)，则可以判断铅酸蓄电池出现内部开路现象。这两种方法结论相同。

预设的循环次数n_ys与常温可靠浮充运行时间t_cf的折算关系为：当步骤二中预设的恒流放电电流I_fd为0.25C₁₀时，1个步骤一和步骤二组成的循环折合常温可靠浮充运行时间为1年；当步骤二中预设的恒流放电电流I_fd为1.7C₁₀时，1个步骤一和步骤二组成的循环折合常温可靠浮充运行时间为2年。其中，C₁₀的数值为铅酸蓄电池的10h率额定容量。

若第二开路验证蓄电池出现内部开路现象，则铅酸蓄电池开路失效试验的样品损毁，不能继续进行试验，铅酸蓄电池开路失效试验失败，未得到有效试验数据。

铅酸蓄电池开路失效预判过程结束。

预设的循环次数n_ys通常根据制造商承诺的铅酸蓄电池使用寿命推算。例如，铅酸蓄电池的使用寿命为5年，铅酸蓄电池开路失效试验的步骤二中预设的恒流放电电流I_fd为0.25C₁₀，预设的循环次数n_ys为5。其中，C₁₀的数值为铅酸蓄电池的10h率额定容量。

基于上述实施例的另一种可能的实现方式，参阅图4所示，其为本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效预判方法的第二流程示意图。可以避免预设的循环次数n_ys设定的过大，导致试验样品报废，而未获得所需的试验数据。本实施方式与上述实施例的区别在于：在上述实施例的基础上，修改步骤一，利用蓄电池监测装置提供的铅酸蓄电池组及铅酸蓄电池组内各个铅酸蓄电池在浮充充电时的数据，判断是否提前中断高温环境下的浮充充电；增加步骤四，对步骤一中选出的第一开路验证蓄电池进行大电流放电测试。

步骤一变化为：

在高温试验箱5内放置铅酸蓄电池组后，若是步骤一和步骤二组成的首次循环(此时n_xh＝0)，在首次高温环境下浮充充电之前，在常温环境下，利用蓄电池监测装置测量并收集铅酸蓄电池组内每个铅酸蓄电池的内阻，作为铅酸蓄电池的初始内阻R_i0，用于浮充充电中断条件的判定。

在高温环境下的持续浮充充电期间，蓄电池监测装置测量并收集铅酸蓄电池组及铅酸蓄电池组内每个铅酸蓄电池运行时的数据，包括(但不限于)铅酸蓄电池组的浮充电流、每个铅酸蓄电池的内阻、端电压和温度。

若铅酸蓄电池组或铅酸蓄电池组内任一铅酸蓄电池运行时的数据满足预设的浮充充电中断条件后，将高温试验箱5内的温度降至常温，并关闭浮充电装置6，中断浮充充电；若铅酸蓄电池组或铅酸蓄电池组内任一铅酸蓄电池未满足预设的浮充充电中断条件，继续在高温环境下浮充充电，直至达到预设的浮充充电终止时间t_fc。

预设的浮充充电中断条件为以下任一个或多个的组合：

1)铅酸蓄电池的内阻大于等于1.2R_i0(Ω)；

2)铅酸蓄电池的端电压大于等于2.55U_bc/2(V)；

3)铅酸蓄电池的温度大于等于65℃；

4)铅酸蓄电池组的浮充电流大于等于0.005C₁₀(A)；

其中，R_i0为铅酸蓄电池的初始内阻；U_bc为铅酸蓄电池的标称电压；C₁₀的数值为所述铅酸蓄电池的10h率额定容量。

将高温试验箱5内的温度由高温降至常温，并对铅酸蓄电池组中断浮充充电，可采用两种方式：其一，将高温试验箱5的温度从高温降至常温后，关闭浮充电装置6，中断浮充充电；另一，在高温状态下关闭浮充电装置6，中断浮充充电，然后降低高温试验箱5的温度，从高温降至常温；采用任一种方式，对试验结果影响不大。

铅酸蓄电池组在高温环境下浮充充电开始后，内部腐蚀速度最快的铅酸蓄电池端电压升高，氧复合循环反应加剧，铅酸蓄电池内部积聚大量气体；铅酸蓄电池的安全阀开阀后，释放内部气体，使铅酸蓄电池内部温度降低，但铅酸蓄电池会丧失一定水分，内部酸液比重升高，加快腐蚀；铅酸蓄电池丧失大量水分后，安全阀开阀频次降低，铅酸蓄电池内部温度迅速升高，铅酸蓄电池腐蚀急速加剧，铅酸蓄电池的内阻也迅速升高；铅酸蓄电池在高温环境下浮充充电，若发生热失控，随着铅酸蓄电池内部温度的升高，浮充电流也随之升高，导致铅酸蓄电池内部温度进一步升高。

将满足预设的中断条件，中断浮充充电的时间点及以前，铅酸蓄电池组中内阻最大的铅酸蓄电池，作为步骤一中选出的第一开路验证蓄电池。

铅酸蓄电池组中内部腐蚀最为严重的铅酸蓄电池，其内阻最大，最易因为事故发生初期的冲击性负荷导致铅酸蓄电池开路。铅酸蓄电池组中的铅酸蓄电池为同一型号，由于各个铅酸蓄电池制造上的差异，导致腐蚀程度的差异，剥去铅酸蓄电池汇流排上的腐蚀层后，内阻最大铅酸蓄电池汇流排的有效金属截面最小，最容易在冲击性负荷的电动力作用下开裂断开；内阻最大铅酸蓄电池的汇流排电阻最大，最容易在冲击性负荷的热效应下熔融断开。

执行新增的步骤四：在常温环境下对第一开路验证蓄电池进行大电流放电，并判断其内部是否出现开路现象。

在结束步骤四后，恢复并继续执行步骤一，在高温温度T_gw下继续浮充充电，直至在本次循环，在执行步骤二之前的各次浮充充电的持续时间之和达到预设的浮充充电终止时间t_fc后，终止高温环境下的浮充充电。

例如，在某次循环，在执行步骤二之前，由于铅酸蓄电池组内某只铅酸蓄电池运行时的数据先后两次满足预设的浮充充电中断条件，导致浮充充电中断两次，则从开始浮充充电到第一次中断的浮充充电时间t_fc1、从第一次中断后恢复到第二次中断的浮充充电时间t_fc2和从第二次中断后恢复到终止的浮充充电时间t_fc3之和应为预设的浮充充电终止时间t_fc，即t_fc1+t_fc2+t_fc3＝t_fc。

具体而言，增加的步骤四为：

将步骤一中选出的第一开路验证蓄电池从铅酸蓄电池组中分离，并从高温试验箱5内取出。

对步骤一中选出的第一开路验证蓄电池以预设的大电流放电电流I_dd，在预设的大电流持续放电时间t_dd内持续放电。在达到预设的大电流持续放电时间t_dd后，终止大电流放电。

若步骤一中选出的第一开路验证蓄电池未出现内部开路现象，则令此时完成的步骤一和步骤二组成的循环次数n_xh为执行步骤四并未出现内部开路现象时已完成的最大循环次数n_ws，即n_ws＝n_xh。

将步骤一中选出的第一开路验证蓄电池重新放入高温试验箱5内，并接入铅酸蓄电池组，结束步骤四，恢复并继续执行步骤一。

若步骤一中选出的第一开路验证蓄电池出现内部开路现象，则以执行步骤四并未出现内部开路现象时已完成的最大循环次数n_ws折算常温可靠浮充运行时间t_cf，在此常温可靠浮充运行时间t_cf内不会出现铅酸蓄电池内部开路现象。

执行步骤四并未出现内部开路现象时已完成的最大循环次数n_ws与常温可靠浮充运行时间t_cf的折算关系为：当步骤二中预设的恒流放电电流I_fd为0.25C₁₀时，1个循环次数折合常温可靠浮充运行时间为1年；当步骤二中预设的恒流放电电流I_fd为1.7C₁₀时，1个循环次数折合常温可靠浮充运行时间为2年。其中，C₁₀的数值为铅酸蓄电池的10h率额定容量。

铅酸蓄电池开路失效预判过程结束。

可以理解的是，本发明实施例提供的铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法，通过对铅酸蓄电池组持续浮充充电和恒流放电模拟铅酸蓄电池的实际运行工况，并通过提高环境温度和加大放电倍率，加快了铅酸蓄电池内部腐蚀的速度，缩短了试验时间。

进一步地，本发明通过大电流放电模拟在实际运行中导致铅酸蓄电池开路的冲击性负荷，作为内部腐蚀后，可否导致铅酸蓄电池开路的判据；本发明以铅酸蓄电池实际安装现场的负荷水平确定大电流放电电流和大电流持续放电时间，判定方法更有针对性，判定结果也与铅酸蓄电池的实际运行结果更加相符。

进一步地，本发明以耐受大电流放电为前提，通过高温环境下连续浮充充电和常温环境下恒流充放电的最大循环次数，与折算系数相乘，计算出冲击性负荷导致铅酸蓄电池开路失效之前，铅酸蓄电池的可靠使用年限；本发明提供的铅酸蓄电池可靠使用年限的估算方法简单明了，便于现场人员掌握。

进一步地，本发明的试验对象是铅酸蓄电池组，在铅酸蓄电池组内选取腐蚀最为严重的铅酸蓄电池进行开路失效预判，考虑到了蓄电池组内各个铅酸蓄电池腐蚀程度的差异，避免了单一蓄电池作为试验对象缺乏代表性，考虑到了腐蚀程度越严重的铅酸蓄电池腐蚀速度越快的特性，符合蓄电池组内最差蓄电池拖累整组蓄电池性能的实际情况，试验结果也与实际运行结果更加相符。

尤其是，本发明采用了蓄电池监测装置，测量并收集铅酸蓄电池组及铅酸蓄电池组内各铅酸蓄电池运行时的数据，在铅酸蓄电池反映内部出现严重问题时，中断高温环境下的浮充充电，提前进行大电流放电验证，避免达到预设的循环次数时，大电流放电造成铅酸蓄电池开路，试验样品报废，而未获得所需的试验数据。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (14)

1.一种铅酸蓄电池开路失效试验系统，其特征在于，包括：铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统和铅酸蓄电池常温充放电子系统；

所述铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统包括：高温试验箱和浮充电装置，其中，所述高温试验箱内放置若干铅酸蓄电池串联组成的铅酸蓄电池组，所述高温试验箱用于维持所述铅酸蓄电池组加速腐蚀时环境温度的恒定；

所述浮充电装置设置在所述高温试验箱外侧，所述浮充电装置与所述铅酸蓄电池组以并联方式连接，用于对所述铅酸蓄电池组持续浮充充电；

所述铅酸蓄电池常温充放电子系统包括：恒流放电负载、充电装置和大电流放电负载；

所述恒流放电负载与所述铅酸蓄电池组以并联方式连接，用于对所述铅酸蓄电池组恒流放电；

所述充电装置与所述铅酸蓄电池组以并联方式连接，用于对所述铅酸蓄电池组充电；

所述大电流放电负载与所述铅酸蓄电池组中选出的开路验证蓄电池以并联方式连接，用于对所述开路验证蓄电池大电流放电。

2.根据权利要求1所述的铅酸蓄电池开路失效试验系统，其特征在于，所述铅酸蓄电池高温加速腐蚀子系统还包括蓄电池监测装置；

所述蓄电池监测装置与所述铅酸蓄电池组连接，用于测量并收集所述铅酸蓄电池组和各所述铅酸蓄电池运行时的数据，根据所述数据判断各所述铅酸蓄电池是否满足预设条件。

3.根据权利要求2所述的铅酸蓄电池开路失效试验系统，其特征在于，所述蓄电池监测装置包括监测单元、电流传感器和监测主机；

所述监测单元的测试端分别与所述铅酸蓄电池的正极和负极端子连接，所述监测单元的数据输出端与所述监测主机的数据接收端连接，所述监测单元用于测量所述铅酸蓄电池的端电压和内阻；

所述电流传感器位于所述浮充电装置和所述铅酸蓄电池组之间的连接线上,所述电流传感器的数据输出端与所述监测主机的数据接收端连接，所述电流传感器用于测量所述铅酸蓄电池组的浮充电流；

所述监测主机设置在所述高温试验箱外侧，用于接收并分析判断所述监测单元和所述电流传感器输出的数据。

4.根据权利要求3所述的铅酸蓄电池开路失效试验系统，其特征在于，所述监测单元包括温度传感器，用于测量所述铅酸蓄电池的温度。

5.一种铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，其过程分为：

步骤一：对铅酸蓄电池组在高温环境下持续浮充充电；

步骤二：对所述铅酸蓄电池组在常温环境下恒流放电并充电；

步骤三：对所述步骤二中选出的第二开路验证蓄电池在常温环境下大电流放电并判断是否开路；

重复执行所述步骤一和所述步骤二，直至达到预设的循环次数n_ys后，执行所述步骤三。

6.根据权利要求5所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述步骤一为：

在所述高温试验箱内放置所述铅酸蓄电池组；

将所述高温试验箱内的温度升高，维持在预设的高温温度T_gw，并对所述铅酸蓄电池组以预设的浮充电压U_fc持续浮充充电；

当所述铅酸蓄电池组浮充充电的持续时间达到预设的浮充充电终止时间t_fc后，将所述高温试验箱内的温度降至常温并终止所述浮充充电。

7.根据权利要求5所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述步骤二为：

将所述铅酸蓄电池组从所述高温试验箱内取出，以预设的恒流放电电流I_fd对所述铅酸蓄电池组持续放电，当所述铅酸蓄电池组的端电压达到预设的放电终止电压U_zh后，终止恒流放电；

在达到所述预设的循环次数n_ys的最后一个循环中，将所述终止放电的时间点及以前的端电压最低的铅酸蓄电池，作为所述步骤二中选出的所述第二开路验证蓄电池；

将所述铅酸蓄电池组完全充电。

8.根据权利要求7所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述步骤三为：

将所述第二开路验证蓄电池从所述铅酸蓄电池组中分离；

对所述第二开路验证蓄电池以预设的大电流放电电流I_dd，在预设的大电流持续放电时间t_dd内持续放电；

若所述第二开路验证蓄电池未出现内部开路现象，则在所述预设的循环次数n_ys折算的常温可靠浮充运行时间t_cf内，不会出现铅酸蓄电池内部开路现象；

铅酸蓄电池开路失效预判过程结束。

9.根据权利要求6所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述高温温度T_gw为60℃。

10.根据权利要求7所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述恒流放电电流I_fd为0.25C₁₀(A)或1.7C₁₀(A)，

其中，C10的数值为所述铅酸蓄电池的10h率额定容量。

11.根据权利要求6所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，在所述步骤一的持续浮充充电期间，通过蓄电池监测装置测量并收集所述铅酸蓄电池组或所述铅酸蓄电池组内各所述铅酸蓄电池运行时的数据，当所述铅酸蓄电池组或所述铅酸蓄电池组内任一铅酸蓄电池运行时的数据满足预设的浮充充电中断条件后,将所述高温试验箱内的温度降至常温并中断浮充充电；

将所述中断浮充充电的时间点及以前的内阻最大的铅酸蓄电池，作为步骤一中选出的第一开路验证蓄电池；

执行步骤四：在常温环境下对所述第一开路验证蓄电池进行大电流放电，并判断其是否开路。

12.根据权利要求11所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述步骤四为：

将所述第一开路验证蓄电池从所述高温试验箱内取出；

对所述第一开路验证蓄电池以预设的大电流放电电流I_dd，在预设的大电流持续放电时间t_dd内持续放电；

若所述第一开路验证蓄电池未出现内部开路现象，将所述第一开路验证蓄电池重新放入所述高温试验箱内，并接入所述铅酸蓄电池组，结束所述步骤四并恢复执行所述步骤一；

若所述第一开路验证蓄电池出现内部开路现象，则以执行所述步骤四并未出现内部开路现象时已完成的最大循环次数n_ws折算所述常温可靠浮充运行时间t_cf，在所述常温可靠浮充运行时间t_cf内不会出现铅酸蓄电池内部开路现象；

铅酸蓄电池开路失效预判过程结束。

13.根据权利要求11或12所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，结束所述步骤四并恢复执行所述步骤一后，在所述高温温度T_gw下浮充充电，直至在本次循环中，在执行所述步骤二之前的各次浮充充电的持续时间之和达到所述预设的浮充充电终止时间t_fc后，终止所述浮充充电。

14.根据权利要求5或11所述的铅酸蓄电池开路失效预判方法，其特征在于，所述预设的浮充充电中断条件为以下任一个或多个的组合：

1)铅酸蓄电池的内阻大于等于1.2R_i0(Ω)；

2)铅酸蓄电池的端电压大于等于2.55U_bc/2(V)；

3)铅酸蓄电池的温度大于等于65℃；

4)铅酸蓄电池组的浮充电流大于等于0.005C₁₀(A)；

其中，R_i0为所述铅酸蓄电池的初始内阻，U_bc为所述铅酸蓄电池的标称电压，C₁₀的数值为所述铅酸蓄电池的10h率额定容量。