Bateria stacjonarna — test pojemności i pomiar rezystancji wewnętrznej (IEEE 1188)

Przewodnik o wentylacji pomieszczenia baterii stacjonarnych opisuje zagrożenie powstawania wodoru przy ładowaniu baterii akumulatorów kwasowo-ołowiowych i wynikające z tego wymagania wentylacyjne. Ten artykuł opisuje inne, równie praktyczne zagadnienie: jak ustalić, że bateria stacjonarna — na przykład dla UPS lub zasilania awaryjnego — przy rzeczywistym zaniku sieci rzeczywiście będzie w stanie zapewnić zadeklarowany czas podtrzymania (autonomii)? IEEE 1188 ("Recommended Practice for Maintenance, Testing, and Replacement of Valve-Regulated Lead-Acid Batteries for Stationary Applications") opisuje do tego dwie uzupełniające się metody testowania.

Dwie metody, dwa cele

• Test pojemności (test obciążeniowy): pełne rozładowanie baterii znamionowym prądem rozładowania do zadanego napięcia końcowego na ogniwo lub łańcuch, z porównaniem rzeczywiście oddanych amperogodzin (lub czasu podtrzymania) z pojemnością znamionową podaną przez producenta. Jest to test ostateczny — mierzy bezpośrednio to, co bateria naprawdę może dostarczyć — ale tymczasowo wyłącza baterię z eksploatacji i mocno obciąża ogniwa, dlatego IEEE 1188 zaleca wykonywanie go jedynie okresowo (w praktyce zwykle raz na jeden do dwóch lat), nie częściej.
• Pomiar rezystancji wewnętrznej (test omowy): szybki, nieobciążający pomiar rezystancji wewnętrznej (lub impedancji/przewodności) na ogniwo lub łańcuch za pomocą przyłożonego impulsu prądu przemiennego lub stałego. Ten test można wykonywać znacznie częściej (IEEE 1188 wskazuje interwał kwartalny jako powszechną praktykę), ponieważ bateria nie jest przy tym rozładowywana i nie jest dodatkowo obciążana.

Poziom bazowy i śledzenie trendu

Pojedynczy pomiar omowy sam w sobie niewiele mówi — wartość bezwzględna zależy od typu ogniwa, pojemności, a nawet od użytego przyrządu pomiarowego. Pomiar staje się wartościowy dopiero wtedy, gdy dla każdego ogniwa przy uruchomieniu ustala się poziom bazowy, a następnie okresowo dokonuje się porównania: ogniwo, którego rezystancja wewnętrzna znacząco wzrosła względem tego poziomu bazowego — lub względem średniej pozostałych ogniw w tym samym łańcuchu — wskazuje na początkową degradację i wymaga dokładniejszego sprawdzenia lub wymiany.

Kryteria wymiany

W praktyce IEEE 1188 stosuje dwa niezależnie obowiązujące progi do uznania ogniwa lub baterii za wymagające wymiany:

1. Pojemność poniżej około 80% wartości znamionowej podanej przez producenta, ustalona na podstawie pełnego testu pojemności.
2. Odchylenie rezystancji wewnętrznej o więcej niż około 20% względem zarejestrowanego poziomu bazowego (lub względem średniej grupowej), ustalone na podstawie testu omowego.

Każde z tych kryteriów samo w sobie stanowi już wystarczający powód do wymiany; razem nie pozostawiają wątpliwości co do stanu ogniwa.

Uwaga: pomiar omowy koreluje głównie ze stanem połączeń, zacisków ogniwa i wierzchniej warstwy płyt — a nie bezpośrednio i liniowo z pozostałą pojemnością w amperogodzinach głęboko w aktywnym materiale płyt. Ogniwo może więc wykazywać pozornie "normalną" rezystancję wewnętrzną, podczas gdy jego rzeczywista pojemność już spadła wskutek innego mechanizmu degradacji (na przykład siarczanowania lub wysychania w ogniwach VRLA). Jest to właśnie powód, dla którego okresowy, pełny test pojemności — pomimo częstszego przesiewowego testu omowego — pozostaje konieczny.

Znaczenie praktyczne

W programie konserwacji baterii stacjonarnej (UPS, oświetlenie awaryjne, akumulatory rozruchowe agregatu prądotwórczego) ważne jest łączenie obu metod testowania: testu omowego jako częstego, nieobciążającego narzędzia przesiewowego do wczesnego wykrywania odbiegających ogniw, oraz pełnego testu pojemności jako okresowej, ostatecznej kontroli wychwytującej mechanizmy degradacji pomijane przez test omowy. Patrz również przewodnik o typach baterii UPS (VRLA/lit) dotyczący właściwości samego typu ogniwa oraz przewodnik o okresowej kontroli UPS dotyczący szerszej okresowej kontroli UPS, której częścią jest ten test baterii.

Częste błędy

1. Poleganie wyłącznie na pomiarach omowych/rezystancji wewnętrznej i pomijanie okresowego, pełnego testu pojemności — pozostawia to niewykryte mechanizmy degradacji, których test omowy nie wykrywa.
2. Brak ustalenia właściwego poziomu bazowego dla każdego ogniwa przy uruchomieniu, przez co późniejsze porównania procentowych odchyleń tracą sens.
3. Porównywanie odczytów omowych z różnych przyrządów lub metod — wartości bezwzględne są specyficzne dla przyrządu i metody; zawsze porównuj z poziomem bazowym tego samego przyrządu.
4. Wykonywanie testu pojemności bez uprzedniego pełnego naładowania lub wyrównania baterii — daje to sztucznie zaniżony, wprowadzający w błąd wynik pojemności, który może prowadzić do niepotrzebnej wymiany baterii.

Powiązane

• Pomieszczenie baterii stacjonarnych — wentylacja (zagrożenie wodorem)
• Typy baterii UPS — VRLA/lit
• UPS — okresowa kontrola, test obciążeniowy i prąd upływu
• Ciągłość zasilania awaryjnego UPS