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技術新訊

可充電電池之檢測

參考資料之來源及日期: “Get to Know Your Battery” , SEP 21, 2011 (網頁:https://www.ecmweb.com/maintenance-repair-operations/article/20900287/get-to-know-your-battery)
參考資料之作者:Andrew Sagl


        隨著科技進步,可充電電池在各領域中(例如電信和數據中心)多以備用電源作為重要輔助角色,而為確保電池在需要時刻發揮其全部性能,可充電電池之測試方式亦受重視。

        電池測試之典型方法包括:
        一、外觀檢查:針對電池之外觀檢查是否有裂紋,洩漏或腐蝕。外觀上的損害在電池發生問題前可輕易察覺,然而此種目視檢查無法說明電池充電狀態(SOC)、容量或健康狀態(SOH)。
        二、電壓測試:低浮動電壓顯示電池未完全充電且無法提供全部容量,而較高的浮動電壓則表示過度充電,有電池溫度升高之可能。此外,高溫可能導致閥控式鉛酸(VRLA)電池變乾甚至產生熱失控。
        三、浮動電流:高浮動電流可能是熱失控的前兆,還可能顯示短路、接地故障,或者是高浮動電壓的信號。
        四、紋波電流:紋波過大將導致電池內部發熱。在理想情況下,每100Ah的紋波電流應小於5A。紋波電流較能充分顯示的是充電器狀態而非電池狀態,且紋波電流無法提供有關電池充電狀態、容量或健康狀態的資訊。
        五、溫度測試:溫度對於電池至關重要,因為高溫會縮短電池壽命。溫度測試無法提供有關電池充電狀態、容量或健康狀態的資訊。
        六、比重測量:比重測量係計算液體密度與水的密度之比。電池中的比重測量表示電解液中有多少硫酸鹽,藉以提供電池充電狀態,但無法提供容量或健康狀態資訊。
       七、阻抗測試:阻抗測試不會測量電池的容量,但可顯示出電池的健康狀態。
       八、放電測試:放電測試是唯一一種可確定電池串實際容量(但未必是電池的健康狀態)的測試形式。

       依據IEEE標準建議在安裝電池串時執行放電測試,而後每2至5年檢查一次,以具體掌握電池串的壽命和容量。為了進行完整的放電測試,必須在測試期間停用電池,且為了完整進行整個充放電週期,需耗費約2天的時間進行測試。雖然此測試方式可提供最準確的結果,但在成本、時間上的考量下,實務多採有限放電測試,即採用電池放電達80%的狀態進行測試,而不會完全停止使用電池,在有限放電測試下,其測試結果與執行完全放電測試所取得的結果幾盡相同。
 
        隨著電池老化,可能出現腐蝕,硫酸化,變乾或其他劣化情形,這些影響會導致電池發生化學變化,進而導致電池內部阻抗/電阻出現變化。因此通過檢測電池內部阻抗變化,可發現電池中化學變化量。此外,因阻抗測試的速度快,無需將電池離線,因此在測試的任何階段,電池所保持的電荷均不會受到影響。

        其他因素包括浮動電流,紋波電壓和工作溫度等,亦需受定期檢測。浮動電流係電池於充滿電狀態時充電器傳遞之電流。通常此電流很小,若電流增加將造成電池溫度升高,溫度升高將至更多電流流過,將更進一步提高電池溫度,至使更多電流流過,最終將導致熱失控。在極端情況下,亦有導致電池熔化之虞,尤其是閥控式鉛酸電池,因閥控式鉛酸電池沒有自由的電解質,可蒸發以幫助保持電池冷卻,所幸熱失控的發作通常相對較慢(通常為數月),因此定期監測浮動電流可預防此問題發生。此外,定期測量電池的溫度亦極重要,因高溫會導致電池過早失效,溫度每升高10°C,電池壽命會減少一半。

        除上述問題外,亦有其他可能影響電池性能之因素,例如鬆散的電池單元間連接器會導致約50%的電池故障,在充放電期間發生的加熱和冷卻現象,會造成電池接線柱膨脹和收縮,致使連接器鬆動。而藉由低電阻歐姆計進行測試,可檢測到此類問題之所在。


        現今社會中,儲能系統之相關使用逐漸增加,而儲能系統多使用可充電電池作為充放電之媒介,因此確保電池能在需要時刻發揮其全部性能,亦為重要之課題。我國用戶用電設備裝置規則新增訂儲能系統相關法規範後,未來儲能系統相關運用將日漸廣泛,因此對於儲能系統所使用之電池之維護及保養,亦為重要。

(有關電池檢測之建議詳細內容請見參考網頁)

經濟部能源局109年度「電力工程技術規範研究發展及業務推動計畫(2/2)」
台灣綜合研究院電力工程研究團隊 編輯
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