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          閥控式鉛酸蓄電池VRLA的維護與監(jiān)測

          作者: 時間:2011-02-17 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          2.蓄電池的在線監(jiān)測
          蓄電池在線監(jiān)測管理是針對測量電池的運行條件和檢測電池本身的狀況而設(shè)計的,其發(fā)展大致經(jīng)歷了三個階段:①整組電壓監(jiān)測、②單電池電壓監(jiān)測、③單電池內(nèi)阻巡檢

          1) 整組電壓監(jiān)測
          整組電池監(jiān)測功能一般設(shè)計在整流電源內(nèi),測量電池組的電壓,電流和溫度,進行充電和放電管理,尤其是根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)整電池的浮充電壓,在電池放電時電池組電壓低至某下限時報警,現(xiàn)在的UPS仍然采用該方法。

          但是整組監(jiān)測存在較大的不足, 如在蓄電池組放電時, 放電的截止電壓是N×1.8V/只(N為蓄電池數(shù)量), 但是由于蓄電池組中蓄電池的一致性無法嚴格保證,因此在放電中當個別電池已經(jīng)達到放電截止電壓,但電池組并沒有達到N×1.8V/只,這樣就會出現(xiàn)個別電池過放電。

          2) 單電池電壓監(jiān)測
          全電子式的監(jiān)測,對蓄電池的運行情況可以作到較為全面的監(jiān)測與管理,如單電池電壓、電池組電壓、充放電電流、蓄電池的環(huán)境溫度等。通過蓄電池運行參數(shù)的監(jiān)測,可以保證蓄電池在正常條件下的運行與工作。但當蓄電池運行條件無法保障的前提下,蓄電池運行參數(shù)的監(jiān)測是無法反映其性能參數(shù)的。

          3) 單電池內(nèi)阻監(jiān)測
          電池總內(nèi)阻是電荷轉(zhuǎn)移電阻與各部件歐姆電阻的總和,實驗表明:歐姆阻抗是電池早期失效的最大隱患。

          以下是最通常的影響內(nèi)阻變化的因素:
          腐蝕 隨柵板和匯流排的腐蝕,金屬導電回路變化,使內(nèi)阻增大。
          柵板 腐蝕和長年使用會導致活性物質(zhì)從柵板上脫落,使內(nèi)阻增大。
          硫化 隨一部分活性物質(zhì)硫化,涂膏的電阻亦增加。
          電池干涸 由于VRLA電池無法加水,失水可能使電池報廢。
          制造 制造缺限,如鑄鉛和涂膏,都能導致高的金屬電阻和容量問題。
          充電狀態(tài) 從浮充狀態(tài)到20%容量的放電,幾乎不影響內(nèi)阻。實驗表明20%的放電對內(nèi)阻的影響小于3%。
          溫度 39℃以內(nèi)的高溫對電池內(nèi)阻影響甚微,低溫有些影響,但需到18℃以下。

          實驗表明,內(nèi)阻比基準值高出50%的電池,不能通過標準的容量測試,VRLA電池是一個接一個地失效。使用3~4年的電池組,各個內(nèi)阻值分布高于基線值的0~100%也是常事。高放電速率下的使用時間似乎對這些因素更為敏感,一般電池內(nèi)阻增加20~25%時就到了壽命期限。在低放電速率下,電池內(nèi)阻一般增加20~35%后壽命才結(jié)束。

          現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)表明,個別電池的內(nèi)阻偏離平均值的25%時,就應(yīng)該做一次放電容量測試了。將溫度傳感器置于電池表面可以發(fā)現(xiàn)電池過熱,從而及時發(fā)現(xiàn)電池運行過程的異常。

          4)內(nèi)阻測試方法
          電池監(jiān)測設(shè)備廠商近幾年陸續(xù)推出了對單電池進行內(nèi)阻監(jiān)測的產(chǎn)品,由此帶來電池監(jiān)測技術(shù)的質(zhì)變,即由被動監(jiān)測電壓到主動測試電池內(nèi)部狀態(tài)。內(nèi)阻巡檢一方面可以監(jiān)測蓄電池的電壓、電流、溫度等運行參數(shù),另一方面可以通過內(nèi)阻的監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)蓄電池的健康程度。

          在線內(nèi)阻測試技術(shù)難度大,各廠家的具體實現(xiàn)技術(shù)各有特點,其內(nèi)阻準確度和抗干擾能力差別也很大。內(nèi)阻實時在線監(jiān)測的方法歸為兩類:直流放電法、交流法。

          直流放電法
          直流法是以在瞬間大電流放電(70A)測量電池電壓降,由此得到蓄電池的內(nèi)阻,并通過蓄電池內(nèi)阻變化的情況分析蓄電池落后情況或失效趨勢,同時并輔以電壓、電流等運行參數(shù)的監(jiān)測,是目前比較領(lǐng)先的監(jiān)測技術(shù)。

          直流法存在的不足之處:
          a) 采用大電流的放電,對蓄電池性能會帶來一定的損害;如果測量頻度較大,則這種損害又會累積;
          b) 直流法只能測量蓄電池內(nèi)阻中的歐姆阻抗,對極化阻抗則無法測量。判斷蓄電池的失效、落后是不充分的;
          c) 同蓄電池的連線需10平方毫米以上,連線方式要求較高。放電器及連線的可靠性要求要高。

          交流法
          近幾年隨著數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展,使有效地消除其他電磁信號干擾成為可能,突破性解決交流法在實際應(yīng)用中的難題,從而使該方法在實際工作得以應(yīng)用。
          交流法就是向蓄電池注入一定頻率的交流信號,由于蓄電池內(nèi)部存在阻抗,然后測量其反饋的電流信號,進行信號處理,比較注入信號與反饋信號的差異,從而測得蓄電池內(nèi)阻。

          交流法特點:
          a)由于無需放電,避免了大電流放電對蓄電池性能的損害。
          b)由于無需使蓄電池脫機或靜態(tài),避免了系統(tǒng)安全性的隱患,真正實現(xiàn)實時在線測量。
          c)交流法同時測量蓄電池的歐姆阻抗和極化阻抗,使對蓄電池健康度的分析更加真實、可靠。
          d)由于沒有負載,其成本大大減少。

          三、蓄電池在線監(jiān)測解決方案
          LEM公司針對以上因素,研發(fā)出一種行之有效的蓄電池在線監(jiān)測解決方案,以智能化與網(wǎng)絡(luò)化的形式,通過對蓄電池內(nèi)阻、電壓、溫度及充放電電流的監(jiān)測,真實有效地反映蓄電池的健康狀況,從而及時發(fā)現(xiàn)落后蓄電池,提早預防蓄電池故障的發(fā)生,為蓄電池的安全運行與維護提供科學、準確的依據(jù),解除用戶的后顧之憂。

          1.核心元件Sentinel傳感器模塊
          Sentinel 是蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)中的核心元件,可以同時測量所連接的單體電池的三個與電池性能相關(guān)的重要參數(shù):電壓、溫度及阻抗,并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,通過總線方式,與控制器進行通信,實現(xiàn)數(shù)據(jù)及命令的傳輸。

          溫度測量,國際標準IEEE 1188中規(guī)定,溫度是固定型蓄電池定期維護中必要檢測的參數(shù)之一。

          溫度是影響蓄電池壽命的環(huán)境因素,蓄電池一般是按標準環(huán)境溫度25℃設(shè)計的,其理想的工作范圍是21-27℃,當工作于較低的溫度時,蓄電池放電容量達不到額定容量,備用放電時間減少;當工作于較高的溫度時,蓄電池壽命將會縮短。

          Sentinel內(nèi)置有溫度測量元件,直接粘附于蓄電池體上,隨時監(jiān)測電池的溫度,及時發(fā)現(xiàn)電池過熱現(xiàn)象。
          電壓測量,是蓄電池的主要運行參數(shù),蓄電池電壓監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)蓄電池浮充電壓是否正確,蓄電池是否被過充電、過放電。

          Sentinel并接在單體蓄電池的正負極, 實時測量蓄電池不同狀態(tài)下的端電壓,測量范圍為0.90至16V DC。由于Sentinel由單體電池組直接供電,電流消耗非常低,無需外接工作電源。

          內(nèi)阻測量,是針對蓄電池失效模式進行檢測的最有效參數(shù)。蓄電池內(nèi)阻的變化趨勢可以反映蓄電池的容量是否下降和電池是否老化。

          在實際應(yīng)用中,充電機的正確工作不能等同于每個單電池的工作狀態(tài)正常,并且蓄電池的端電壓并不能真實地反映蓄電池的容量特性,對于容量嚴重下降的蓄電池,其浮充電壓的區(qū)別不足以用來判斷蓄電池是否因容量降低而失效。實際上只有通過定期對電池組放電,才能了解蓄電池的容量狀態(tài),但此時發(fā)現(xiàn)的落后蓄電池早已進入壽命后期,只能給用戶提供一個滯后的信息,而蓄電池組已經(jīng)起不到備份作用了。

          大量的實驗數(shù)據(jù)表明,老化蓄電池的內(nèi)阻和放電能力之間存在著一定的關(guān)系,內(nèi)阻的劇升同電池容量的減少有關(guān)(圖2),尤其是在蓄電池壽命未到80%的時候更為明顯。用內(nèi)阻測試來考核蓄電池的狀況是一種相當可靠的方法。

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          圖2蓄電池容量、內(nèi)阻與壽命的關(guān)系

          Sentinel采用四線法測量,對蓄電池進行小脈沖電流放電(圖3),電流最大12A,保證蓄電池電壓的響應(yīng)來源于蓄電池本身的能量層,通過LEM特有的算法,得到可靠的內(nèi)阻測量,以檢測蓄電池的老化和潛在的失效問題。
          測量范圍:0.05~250mΩ。
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          圖3:LEM 電阻測試法
          通過與美國AACHEN大學試驗室設(shè)備作比對測試,兩種測試設(shè)備得到了非常接近的測試數(shù)據(jù)(圖4),從測試數(shù)據(jù)看,LEM Sentinel蓄電池內(nèi)阻測量結(jié)果準確、可靠,可以真實地反映出蓄電池的健康狀況。



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