后備VRLA電池運(yùn)行中的問題及監(jiān)測解決方案

　　由于內(nèi)阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對較小，給準(zhǔn)確測量帶來困難，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩(wěn)定區(qū)域計算電壓變化幅值。實(shí)際測量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差、準(zhǔn)確度很難達(dá)到10%以上。
　　
　　目前很多采用直流測試法的內(nèi)阻測試設(shè)備都采用大電流放電，這樣，需用使用大的放電器和大截面的導(dǎo)線同蓄電池連接，這在實(shí)際使用中會帶來一定的安全隱患。同時由于需要對蓄電池進(jìn)行動作（放電），在測量過程中，對于在線測量以及兩次測量的時間間隔有一定的限制。

　　2）交流方法

　　相對直流法，通過交流法測量蓄電池內(nèi)阻就要簡單一些。

　　當(dāng)使用受控電流時，ΔI = Imax Sin(2πft),產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為：

　　　　　　　　　　　　　　　　ΔV = Vmax Sin(2πft + φ) 　
　　若使用受控電壓激勵，ΔV = Vmax Sin(2πft),產(chǎn)生的電流響應(yīng)為：

　　　　　　　　　　　　　　　　ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)　　　　　　　　　

　　兩種情況的阻抗均為：


　　即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax, 相角為φ。

　　一般情況下激勵引起的電壓幅值變化小于10mV，這樣能保證阻抗測量的線性。使用方波在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上更為簡單， 通過改變方波的頻率可以測試電池的阻抗譜。

　　從理論上講，向電池饋入一個交流電流信號，測量由此信號產(chǎn)生的電壓變化即可測得電池的內(nèi)阻。
　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R = Vav / Iav　　　　　　　　　　　　　　

　　式中　Vav----為檢測到交流信號的平均值；

　　Iav ---- 為饋入交流信號的平均值

　　在實(shí)際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微歐級，信號容易受到干擾。尤其是在線測量時，會受到充電機(jī)或用電負(fù)載的影響。工頻和射頻干擾也影響讀數(shù)。

　　而采用數(shù)字信號處理技術(shù)就可以有效克服外界干擾，獲得比較穩(wěn)定的內(nèi)阻數(shù)據(jù)，同時該方法不需要增加蓄電池的任何動作，因而在在線測量、網(wǎng)絡(luò)化方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。目前該測量技術(shù)正被學(xué)術(shù)界、以及市場廣泛接受。


4　解決方案的實(shí)際基本要求

　　通過以上實(shí)際使用情況的分析，結(jié)合后備電源蓄電池的運(yùn)行特點(diǎn)，在蓄電池管理與監(jiān)測方面，我們認(rèn)為后備電源的蓄電池監(jiān)測，應(yīng)該以實(shí)現(xiàn)智能化與網(wǎng)絡(luò)化為目標(biāo)。

　　4、1蓄電池監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)際要求：

　　1）目前通訊電源的蓄電池許多使用場合，大多是無人值守的地方，如電信公司、移動公司、聯(lián)通公司的無人站點(diǎn)等，為此要求對于蓄電池的監(jiān)測適應(yīng)這一情況。

　　2）對于蓄電池的人工檢測手段，需要大量的人工，費(fèi)時費(fèi)力，而且對于測量人員的人身安全不利。

　　3）目前我國在電力、通訊等領(lǐng)域，提出的信息化要求，也同樣需要設(shè)備管理的網(wǎng)絡(luò)化。

　　4、2蓄電池監(jiān)測智能化的要求：

　　對于蓄電池智能化的要求，就是改變以往被動的設(shè)備管理方式，對于蓄電池做到實(shí)時、在線監(jiān)測，對于可能發(fā)生的問題，作到提前判斷，而不是當(dāng)出現(xiàn)問題后的被動處理。

　　1）為此需要對于蓄電池的運(yùn)行過程中的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行24小時的全過程監(jiān)測，如：蓄電池的充放電電流（以檢測電流的異常），蓄電池的單只電壓（防止蓄電池出現(xiàn)過充或過放），蓄電池的工作溫度（以便根據(jù)環(huán)境溫度進(jìn)行充電的補(bǔ)償）

　　2）以上參數(shù)是保證蓄電池的運(yùn)行機(jī)制良好，同時需要對蓄電池的性能健康狀態(tài)進(jìn)行診斷，以發(fā)現(xiàn)蓄電池劣化、失效的趨勢。這對于蓄電池在線監(jiān)測是非常關(guān)鍵，這也是目前困擾的最大難題。


5　解決方案的基本模型

　　我們采用一個以蓄電池阻抗檢測與分析為主的監(jiān)測管理解決方案。該方案通過蓄電池阻抗的測量，以及蓄電池其他運(yùn)行參數(shù)采集（單電池電壓、充放電電流、異常工況等），在輔以計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，完成對數(shù)據(jù)分析與管理的多級處理，使得困擾最大的蓄電池智能化監(jiān)測得到很好的解決。

　　對于蓄電池的運(yùn)行參數(shù)，由于其采集較為容易實(shí)現(xiàn)，我們不作較多說明。如何有效地對于蓄電池阻抗進(jìn)行檢測與分析，是一個較為關(guān)注的問題。我們知道反映蓄電池性能的參數(shù)有兩類：阻抗與容量。目前的技術(shù)發(fā)展對于蓄電池容量的測量而言，不經(jīng)過一定程度的放電，測量的精度將無法達(dá)到要求（這同樣是一個國際性的難題）。而阻抗這一參數(shù)，通過交流法在線蓄電池的內(nèi)阻，其測量原理就是將一個低頻的交流信號注入到蓄電池中，由于蓄電池中存在歐姆阻抗以及極化阻抗，測量蓄電池的反饋信號，得到蓄電池的阻抗，從而實(shí)現(xiàn)阻抗的在線測量。

　　該方案的技術(shù)核心是建立在蓄電池阻抗的在線測量以及計算機(jī)對于數(shù)據(jù)的處理，對于各個站點(diǎn)的蓄電池運(yùn)行參數(shù)以及蓄電池性能參數(shù)，實(shí)時采集，對于數(shù)據(jù)進(jìn)行基本分析，超限時給出聲光報警。將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街行谋O(jiān)控中心站，通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，對數(shù)據(jù)進(jìn)行終合分析處理，形成各個站點(diǎn)的各組蓄電池的運(yùn)行參數(shù)以及性能參數(shù)的歷史曲線，對于報警事件以及報警數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲以備查詢。

　　前端數(shù)據(jù)采集部分可以采集蓄電池組電壓、充放電電流、單電池電壓以及環(huán)境溫度等蓄電池運(yùn)行參數(shù)，直接上傳并整理、分析，對于異常工況給出兩級報警（現(xiàn)場以及監(jiān)控中心），以便處理或調(diào)整。

　　如何準(zhǔn)確反映蓄電池的性能狀況，我們采用阻抗與容量并行的分級處理。通過阻抗的實(shí)際測量，與基準(zhǔn)值比較，對于阻抗增長異常的電池報警，同時對于一組電池中各個阻抗比較，對于超常電池給出報警，此為一級處理。同時在監(jiān)控中心的軟件，對于阻抗進(jìn)行趨勢變化分析，通過每只電池阻抗變化的曲線圖，對于非正常趨勢的變化給出報警。（對于阻抗分析處理較為復(fù)雜一些，對于阻抗的如何使用，存在不同看法，但我們認(rèn)為采用時間縱向上的同一只電池的比較，以及同一時間上的不同電池比較兩種分析較為準(zhǔn)確）。

　　對于蓄電池容量的測量，是在蓄電池給負(fù)載下電時，通過現(xiàn)場的監(jiān)控器，以及通訊傳輸，在監(jiān)控中心對于所得到的數(shù)據(jù)，通過監(jiān)控軟件計算得到蓄電池的健康度以及剩余容量。并將數(shù)據(jù)分析存儲。蓄電池性能的反映通過這樣的兩級分析整理，使得蓄電池性能狀況的分析更加準(zhǔn)確。
由于可以實(shí)現(xiàn)蓄電池運(yùn)行參數(shù)的全過程監(jiān)測，以及蓄電池劣化趨勢給出變化曲線，從而使蓄電池智能化與網(wǎng)絡(luò)化的監(jiān)測與管理得以實(shí)現(xiàn)。

6　實(shí)際的應(yīng)用

　　目前我們在通信領(lǐng)域、電力系統(tǒng)以及大型生產(chǎn)企業(yè)的UPS中得到較為廣泛的應(yīng)用，下面是在四川德陽電信公司針對通訊電源中蓄電池實(shí)施的監(jiān)測管理解決范例。

　　該公司目前通訊站點(diǎn)為300多個，目前針對較為重要的站點(diǎn)實(shí)現(xiàn)蓄電池的集中監(jiān)測與管理。
監(jiān)控器采用兩類：對于較大容量（550Ah以上）的蓄電池采用BM6500監(jiān)測系統(tǒng)，對于容量小的蓄電池采用TRM2402的獨(dú)立監(jiān)測模塊，完成對于電池電壓、電流、阻抗等參數(shù)的測量，對于超限的數(shù)據(jù)進(jìn)行報警，同時通過通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)將52個站點(diǎn)的數(shù)據(jù)上傳至監(jiān)控中心的服務(wù)器，在后臺軟件對于上傳數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并存儲，并形成數(shù)據(jù)的歷史曲線；在蓄電池放電情況下，自動生成放電曲線，以備查詢。在蓄電池放電情況下，可以通過電壓的實(shí)時監(jiān)測，通過計算機(jī)的后臺軟件植入的算法，得到每只電池的健康度以及剩余容量的數(shù)據(jù)，并存儲。

　　通訊可以采用多種的通訊組網(wǎng)模式，如PSTN MODEM、PSTN方式64K、DDN、ISDN、PSPDN、TCP/IP、2M及2M時隙插入、專線/共線等等，網(wǎng)絡(luò)圖如下：

7　結(jié)論

　　通過在許多行業(yè)的應(yīng)用，有力地證明該方案可以很好解決目前后備電源中蓄電池監(jiān)測與管理的諸多問題，通過智能化與網(wǎng)絡(luò)化的實(shí)現(xiàn)，對于提高蓄電池的使用性能，及時發(fā)現(xiàn)蓄電池故障，提前判斷蓄電池劣化，延長蓄電池的使用壽命，具有非常重要的意義。對于后備電源中蓄電池的監(jiān)測，以及標(biāo)準(zhǔn)制定中，應(yīng)該堅持以網(wǎng)絡(luò)化與智能化為目標(biāo)：

　　1）對于蓄電池運(yùn)行參數(shù)的全過程監(jiān)測（電流、電壓、溫度）

　　2）需要對蓄電池阻抗進(jìn)行在線測量，通過蓄電池阻抗變化，對蓄電池的性能健康度進(jìn)行診斷。

　　3）在蓄電池為負(fù)載供電的過程中，能夠準(zhǔn)確測量蓄電池的剩余容量

　　4）可以通過傳輸，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)備管理。