阀控式铅酸蓄电池VRLA的维护与监测

作者：时间：2011-02-17 来源：网络收藏

2．蓄电池的在线监测
蓄电池在线监测管理是针对测量电池的运行条件和检测电池本身的状况而设计的，其发展大致经历了三个阶段：①整组电压监测、②单电池电压监测、③单电池内阻巡检

1）整组电压监测
整组电池监测功能一般设计在整流电源内，测量电池组的电压，电流和温度，进行充电和放电管理，尤其是根据环境温度变化调整电池的浮充电压，在电池放电时电池组电压低至某下限时报警，现在的UPS仍然采用该方法。

但是整组监测存在较大的不足, 如在蓄电池组放电时, 放电的截止电压是N×1.8V/只(N为蓄电池数量), 但是由于蓄电池组中蓄电池的一致性无法严格保证，因此在放电中当个别电池已经达到放电截止电压，但电池组并没有达到N×1.8V/只，这样就会出现个别电池过放电。

2）单电池电压监测
全电子式的监测，对蓄电池的运行情况可以作到较为全面的监测与管理，如单电池电压、电池组电压、充放电电流、蓄电池的环境温度等。通过蓄电池运行参数的监测，可以保证蓄电池在正常条件下的运行与工作。但当蓄电池运行条件无法保障的前提下，蓄电池运行参数的监测是无法反映其性能参数的。

3）单电池内阻监测
电池总内阻是电荷转移电阻与各部件欧姆电阻的总和，实验表明：欧姆阻抗是电池早期失效的最大隐患。

以下是最通常的影响内阻变化的因素：
腐蚀随栅板和汇流排的腐蚀，金属导电回路变化，使内阻增大。
栅板腐蚀和长年使用会导致活性物质从栅板上脱落，使内阻增大。
硫化随一部分活性物质硫化，涂膏的电阻亦增加。
电池干涸由于VRLA电池无法加水，失水可能使电池报废。
制造制造缺限，如铸铅和涂膏，都能导致高的金属电阻和容量问题。
充电状态从浮充状态到20%容量的放电，几乎不影响内阻。实验表明20%的放电对内阻的影响小于3%。
温度 39℃以内的高温对电池内阻影响甚微，低温有些影响，但需到18℃以下。

实验表明，内阻比基准值高出50%的电池，不能通过标准的容量测试，VRLA电池是一个接一个地失效。使用3~4年的电池组，各个内阻值分布高于基线值的0~100%也是常事。高放电速率下的使用时间似乎对这些因素更为敏感，一般电池内阻增加20~25%时就到了寿命期限。在低放电速率下，电池内阻一般增加20~35%后寿命才结束。

现场测试的数据表明，个别电池的内阻偏离平均值的25%时，就应该做一次放电容量测试了。将温度传感器置于电池表面可以发现电池过热，从而及时发现电池运行过程的异常。

4）内阻测试方法
电池监测设备厂商近几年陆续推出了对单电池进行内阻监测的产品，由此带来电池监测技术的质变，即由被动监测电压到主动测试电池内部状态。内阻巡检一方面可以监测蓄电池的电压、电流、温度等运行参数，另一方面可以通过内阻的监测及时发现蓄电池的健康程度。

在线内阻测试技术难度大，各厂家的具体实现技术各有特点，其内阻准确度和抗干扰能力差别也很大。内阻实时在线监测的方法归为两类：直流放电法、交流法。

直流放电法
直流法是以在瞬间大电流放电（70A）测量电池电压降，由此得到蓄电池的内阻，并通过蓄电池内阻变化的情况分析蓄电池落后情况或失效趋势，同时并辅以电压、电流等运行参数的监测，是目前比较领先的监测技术。

直流法存在的不足之处：
a) 采用大电流的放电，对蓄电池性能会带来一定的损害；如果测量频度较大，则这种损害又会累积；
b) 直流法只能测量蓄电池内阻中的欧姆阻抗，对极化阻抗则无法测量。判断蓄电池的失效、落后是不充分的；
c) 同蓄电池的连线需10平方毫米以上，连线方式要求较高。放电器及连线的可靠性要求要高。

交流法
近几年随着数字信号处理技术的发展，使有效地消除其他电磁信号干扰成为可能，突破性解决交流法在实际应用中的难题，从而使该方法在实际工作得以应用。
交流法就是向蓄电池注入一定频率的交流信号，由于蓄电池内部存在阻抗，然后测量其反馈的电流信号，进行信号处理，比较注入信号与反馈信号的差异，从而测得蓄电池内阻。

交流法特点：
a）由于无需放电，避免了大电流放电对蓄电池性能的损害。
b）由于无需使蓄电池脱机或静态，避免了系统安全性的隐患，真正实现实时在线测量。
c）交流法同时测量蓄电池的欧姆阻抗和极化阻抗，使对蓄电池健康度的分析更加真实、可靠。
d）由于没有负载，其成本大大减少。

三、蓄电池在线监测解决方案
LEM公司针对以上因素，研发出一种行之有效的蓄电池在线监测解决方案，以智能化与网络化的形式，通过对蓄电池内阻、电压、温度及充放电电流的监测，真实有效地反映蓄电池的健康状况，从而及时发现落后蓄电池，提早预防蓄电池故障的发生，为蓄电池的安全运行与维护提供科学、准确的依据，解除用户的后顾之忧。

1．核心元件Sentinel传感器模块
Sentinel 是蓄电池在线监测系统中的核心元件，可以同时测量所连接的单体电池的三个与电池性能相关的重要参数：电压、温度及阻抗，并转换为数字量，通过总线方式，与控制器进行通信，实现数据及命令的传输。

温度测量，国际标准IEEE 1188中规定，温度是固定型蓄电池定期维护中必要检测的参数之一。

温度是影响蓄电池寿命的环境因素，蓄电池一般是按标准环境温度25℃设计的，其理想的工作范围是21-27℃，当工作于较低的温度时，蓄电池放电容量达不到额定容量，备用放电时间减少；当工作于较高的温度时，蓄电池寿命将会缩短。

Sentinel内置有温度测量元件，直接粘附于蓄电池体上，随时监测电池的温度，及时发现电池过热现象。
电压测量，是蓄电池的主要运行参数，蓄电池电压监测可以发现蓄电池浮充电压是否正确，蓄电池是否被过充电、过放电。

Sentinel并接在单体蓄电池的正负极，实时测量蓄电池不同状态下的端电压，测量范围为0.90至16V DC。由于Sentinel由单体电池组直接供电，电流消耗非常低，无需外接工作电源。

内阻测量，是针对蓄电池失效模式进行检测的最有效参数。蓄电池内阻的变化趋势可以反映蓄电池的容量是否下降和电池是否老化。

在实际应用中，充电机的正确工作不能等同于每个单电池的工作状态正常，并且蓄电池的端电压并不能真实地反映蓄电池的容量特性，对于容量严重下降的蓄电池，其浮充电压的区别不足以用来判断蓄电池是否因容量降低而失效。实际上只有通过定期对电池组放电，才能了解蓄电池的容量状态，但此时发现的落后蓄电池早已进入寿命后期，只能给用户提供一个滞后的信息，而蓄电池组已经起不到备份作用了。

大量的实验数据表明，老化蓄电池的内阻和放电能力之间存在着一定的关系，内阻的剧升同电池容量的减少有关（图2），尤其是在蓄电池寿命未到80%的时候更为明显。用内阻测试来考核蓄电池的状况是一种相当可靠的方法。