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电力用阀控式铅酸蓄电池高效配组方法研究

2024-10-18 79 上传者：管理员

摘要：通过对电力用阀控式铅酸蓄电池标准要求和生产过程配组方法的研究，对电力用蓄电池10小时率放电末期电压分档、浮充电检测、开路电压检测工艺进行验证优化，提出了高效的电力电池配组方法，保证了电力系统多单体串联使用阀控式铅酸蓄电池的配组一致性，也大大提高了生产过程的配组效率和可操作性。

关键词：
10小时率放电
开路电压
浮充电
电力系统
阀控式铅酸蓄电池
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电力用阀控式铅酸蓄电池应用于变电站、换流站、发电厂及其他电力设施中，与直流电源设备或交直流一体化电源设备结合在一起或固定在蓄电池室内，以浮充电运行为主，用于控制、保护、动力、操作、事故照明及不间断电源或类似用途[1]。

随着电力用阀控式铅酸蓄电池的广泛应用，客户对蓄电池组的一致性也日益重视[2-5]。2 V 系列 AGM 电力用蓄电池组的串、并连单体数量非常多。常见配组需求有 104 只/组、108 只/组或者 120 只/组。提高 2 V 系列 AGM 电力电池配组一致性和配组效率是蓄电池生产厂和用户重点研究的课题[6-9]。

通过对电力用阀控式铅酸蓄电池标准要求和生产过程配组工艺的研究，对2 V 系列 AGM 蓄电池 10 小时率放电容量配组与浮充检测配组工艺进行验证优化，提出了高效便捷的配组工艺，保证了电力用 2 V 系列 AGM 蓄电池多单体串联配组的一致性[10]，大大提高了生产过程中的配组效率。

1、电力用电池组一致性要求

根据标准DL/T 637—2019《电力用固定型阀控式铅酸蓄电池》的要求，2 V 系列 AGM 阀控式铅酸电池组一致性需要满足：10 小时率放电同组放电电压差不超过 150 mV；浮充 24 h 同组浮充电压差不超过 200 mV；浮充运行 3 个月同组浮充电压差不超过 100 mV；静置 24～36 h 同组开路电压差不超过 30 mV。一般电力系统 2 V 系列 AGM 阀控式铅酸蓄电池配组数量为 104 只/组或以上。

2、电力电池配组的难点

在生产过程中，由于电力系统用蓄电池配组数量特别多，就需要大量基数的电池进行挑选。而且，配组电池需要按照充电机的量程串联数量。由于充电机的量程不同，需要多串联电池就对充电机的使用带来了一定的限制。不仅如此，还会面临客户需求变更的情况。例如：对于按照104 只/组的配好的电池组，如果需求变更为高于 104 只/组，原来配好组的电池就不得不重新配组，而之前的配组工作就白白浪费；如果配好组的电池在搬运过程中意外损伤几只，导致配好组的电池数量不够，整组无法使用，就需要再重新配组，造成很大的生产浪费。

如表1 所示，经过 10 小时率放电末期电压分类、浮充检测、开路电压检测共 3 次挑选，配不上组且需要重配的电池平均占比为 7.59 %，出货剩余需要重配电池平均占比为 19.86 %，合计需要挑出重配电池平均占比为 27.45 %。配组的平均周期约 105 h。从统计数据来看，需要配组电池的基数大，工作周期长，配组过程效率低，而且工作量极大，导致配组成本很高。

表1 重配组电池数量统计表

3、电力电池高效配组方法

基于上述实际存在的问题，根据电力标准要求结合生产实际情况，笔者提出一种高效、便捷、灵活的配组方法。经过2 次验证得出，新配组方法高效便捷，切实可行。具体方法如下：

3.1 采集 10 小时率放电末期电压数据

将2 V 系列 AGM 电池串联，进行 10 小时率放电检测。串联的电池数量按充电机量程来定即可。放电截止时间设置为 11 h(实际 10 小时率放电时间视各型号电池富余容量而定)。按 1.75 V/只计算并设置每回路的转换电压。当放电达到设置时间或达到转换电压即可停止放电，防止电池过度放电。在放电过程中记录放电 10 h 电压和放电 10 h 之后的末期电压。放电达 10 h 时放电电压不低于 1.80 V/只，按标准判定电池容量合格，但是因为生产的蓄电池容量会有富余，此时不作为工厂放电配组挑选指标。工厂挑选电池以放电超过 10 h 后记录的放电末期电压为配组依据。按照电池放电刚过 10 h 时与放电到末期时打表记录数据，或用数据采集系统自动采集数据。放电末期的确认，按照当某一回路电池总电压达到 1.75 V 与单体数量之积来核算。例如：一回路有 104 只电池，则可用 U总=1.75 V × 104=182 V 来计算这一回路的放电末期电压 U总。

3.2 按 10 小时率放电末期电压数据排序分组

根据10 小时率放电电压数据，首先判定电池容量需满足放电 10 h 时放电电压不低于 1.80 V/只。达到要求的电池合格，未达到的则不合格。然后，依据记录的 10 小时率放电末期电压数据，将所有电池按表 2 中电压区间进行分档，每只电池做标记与配组档位一一对应。

3.3 浮充检测挑选

按照10 小时率放电末期电压将电池分档，挑出不良电池。合格电池无需下线，继续在线做浮充检测。浮充检测方法：以恒压 2.25 V/只，限流 1.0I10，浮充电 8 h。浮充电达 8 h 时，测量并记录每只电池的浮充电压。完成浮充电后，判定浮充电压差不大于 80 mV 的电池为合格，可作为后续配组电池，将其余的电池剔除，用于重新挑选。

3.4 开路电压检测挑选

经过10 小时率放电末期电压分档、浮充检测挑选的电池，在线继续静置 24 h，然后测量开路电压。按照整体开路电压差不大于 20 mV 的标准，剔除不在范围的电池。符合要求的电池作为后续配组电池，可以正常下线。

表2 按 10 小时率放电末期电压电池分档表

表3 第 1 批次电池分档结果

图1 第 1 批次 10 小时率放电电压直方图

图2 第 1 批次 10 小时率放电末期电压直方图

3.5 配组电池下线码放

经过10 小时率放电末期电压分档、浮充检测挑选、开路电压检测挑选的电池，按放电末期电压分档编号进行下线码板。每卡板先码放同档编号电池，在尾数板允许将相邻档位的电池码放一起，但同一尾数板不超过 2 个档位。例如：先码放 A 档电池，A 档电池码完按顺序接着码放 B 档电池，依此类推，直到一批电池全部下线。

3.6 出货配组与剩余电池处置

对以上分档电池，出货时按照D→C→B→A 从高到低的档位顺序依次配组使用。根据客户需求的每组电池数量，按顺序选取对应数量的电池配组。1 组电池先使用同档位的电池，同档位电池用完后，如还不够 1 组时，再使用相邻档位的电池配够 1 组。配组同组电池只允许用同档位或相邻档位的电池，不得跨档位配组。这样就不必提前配好组，不再受每组电池数量的限制，在出货时可以灵活、高效地按客户需求出货。

配组剩余的电池都是合格电池，下一次出货时，可以直接按上述操作配组使用，不必再重复上线做10 小时率放电、浮充检测、开路电压检测。这就解决了剩余电池的再处置问题，同时也解决了需要更多基数电池进行配组挑选的问题。

4、电力电池高效配组方法实施与验证

按照以上配组方法，选取2 V 500 Ah AGM 阀控式铅酸蓄电池进行配组，并按电力标准要求进行验证。统计实施高效配组方法后，电池组中重配电池数量占比和配组周期数据，与实施高效配组方法前进行对比。为了确认验证结果重现，分别做 2 批次配组方法实施与验证。

4.1 第 1 批次方法实施

第1 批次共取 540 只 2 V 500 Ah 电池，根据 10 小时率放电末期电压数据，按表 2 进行分档，得到表 3 中结果。经过 10 小时率放电末期电压检测，540 只电池中有 539 只合格，有 1 只需要重检。对 539 只电池做 8 h 浮充检测。整批电池的浮充电压差不大于 80 mV。静置 24 h 后测量开路电压差均不大于 20 mV。具体分布见图 1～图 4。

图3 第1批次浮充8 h电压直方图

图4 第1批次静置24 h开路电压直方图

4.2 第 1 批次结果验证

对于第1 批次做完 10 小时率放电末期电压分档、浮充检测、开路电压检测后挑选出来的 2 V 500 Ah 电池，按照出货配组的方法，随机性抽取电池配成 3 组电池：由 A 档电池按 104 只/组配 1 组；由 B 档电池按 108 只/组配 1 组；由 C 档和 D 档电池按 120 只/组配 1 组。此次配组验证包含了单一类型、混合类型、不同数量的配组方式。3 组配好组的电池上线，按照标准 DL/T 637—2019 做 10 小时率放电、浮充、开路电压均衡性测试。结果显示，合格率为 100 %，表明 3 组电池均满足标准要求(见图 5～图 7)。

图5 第1批次3组电池10小时率放电末期电压直方图

图6 第1批次3组电池浮充电压直方图

4.3 第 2 批次方法实施

图14 第 2 批次 3 组电池开路电压直方图

表4 第 2 批次电池分档结果

4.4 第 2 批次结果验证

对第2 批次做完 10 小时率放电末期电压分档、浮充检测、开路电压检测挑选出来的 2 V 500 Ah 电池，按照出货配组方法，随机抽取电池配成 3 组电池：由 A 档和 B 档电池按 104 只/组配 1 组；由 B 档电池按 108 只/组配 1 组；由 C 档和 D 档电池按 120 只/组配 1 组。此次配组验证包含了单一类型、混合类型、不同数量的配组方式。3 组配好组的电池上线，按照标准 DL/T 637—2019 做 10 小时率放电、浮充、开路电压均衡性测试。结果显示，合格率为 100 %，表明 3 组电池均满足标准要求(见图 12～图 14)。

图8 第2批次10小时率放电电压直方图

图9 第2批次10小时率放电末期电压直方图

图1 0 第2批次浮充8 h电压直方图

图1 1 第2批次静置24 h开路电压直方图

图1 2 第2批次3组电池10小时率放电末期电压直方图

图1 3 第2批次3组电池浮充电压直方图

4.5 高效配组验证结果总结

对2 V 系列 AGM 阀控式铅酸蓄电池实施了高效配组方法。由结果可知，按高效配组方法实施后 2 批次共 1 190 只 2 V 500 Ah 电池中，可进行配组的电池占比达到 98.8 %。从这 2 批次电池，随机共配 6 组电池按标准 DL/T 637—2019 做 10 小时率放电、浮充、开路电压均衡性测试，均 100 % 达到电力电池均衡性要求。每批挑出的电池占比由方法实施前平均 27.45 % 下降到方法实施后平均 1.2 %。10 小时率放电末期电压配组、浮充配组、开路电压配组这 3 项配组周期由方法实施前的 105 h 下降到实施后的 60 h，配组周期缩短了 42.8 %。通过高效配组的方法实施，大幅提高了电力电池的配组效率和合格率。

图1 4 第2批次3组电池开路电压直方图

5、结束语

电力电池的配组一致性要求非常高，难度大，通过对2 V 系列 AGM 阀控式铅酸蓄电池的高效配组方法的研究与应用，使得电力电池的生产配组和出货使用不再受电池组每组数量的限制，也不再需要大量基数电池进行挑选，让原本由配组要求制约生产效率和出货配组使用的问题得以有效解决，既保证了电力系统多单体串联使用蓄电池组的配组一致性，又大大提高了生产过程的配组效率和可操作性，真正达到了电力用蓄电池配组高效、便捷、灵活的目的。

参考文献:

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文章来源:马永涛,牛道祥,王宁.电力用阀控式铅酸蓄电池高效配组方法研究[J].蓄电池,2024,61(05):240-245.