蓄电池的在线监测与管理

发布时间：2014.03.11    浏览次数：2654

     蓄电池作为电源系统的组成部分,起着储备电能、应对电网异常和特殊工作情况、维持系统正常运转的关键作用,是需要高可靠电能保障领域的最后一道防线。因电池故障造成的事故或停机的损失往往远比电池的费用要高昂得多。在电池的日常维护管理中,往往由于缺乏有效的监测维护手段,不能及时准确地掌握电池状态,无法消除电池问题带来的隐患。为此,蓄电池厂商、研究人员及维护人员都在积极探索安全、可靠、高效的蓄电池监测技术。
　　
　　1 蓄电池的运行监测和性能监测
　　
　　阀控铅酸蓄电池对运行要求比较严格,偏离正确的使用条件将会造成严重的后果,因此对其运行参数进行监测至关重要。
　　
　　1.1蓄电池的运行监测
　　
　　(1)人工运行检查
　　
　　一般的运行维护规程要求测量电池组电压、单节电池电压和环境温度。
　　
　　电池组电压测量可以发现充电器的参数设置是否正确;单节电池电压测量可以发现其浮充电压是否正确,是否被过充电、过放电;温度测量主要用于发现电池的工作环境是否通风良好、温度是否过高。
　　
　　人工运行检查实时性差,操作风险大,人力成本高。
　　
　　(2)在线运行监测
　　
　　在线监测通过监测设备与电池连接,实时采集和报告电池组电压、单节电池电压、充放电电流、温度等运行参数,并进行充、放电管理,有效地弥补了人工检查的缺点。
　　
　　1.2蓄电池的性能监测
　　
　　蓄电池的运行监测仅仅能够测量电池的运行参数,准确地掌握这些参数并利用它们对电池工作环境进行调整控制,只是维持系统安全正常运转的起码条件,远未达到全面了解电池状态,及时防范因电池失效或容量衰减导致系统故障的要求。例如在实际情况中,性能劣化、容量已大幅下降的电池其浮充电压往往变化不明显,仅凭单一的在线运行监测无法辨别和处理,当放电过程中发现某电池的放电电压异常时才能发出警告,往往为时已晚。
　　
　　因此,在测量蓄电池外部运行条件的同时,监测蓄电池的性能,了解其内部状态的变化,同样具有非常重要的意义。
　　
　　(1)人工性能检查
　　
　　人工检查蓄电池性能主要依靠定期放电测试来进行。通过深度放电,发现容量下降的电池。
　　
　　人工性能检查时效性差,人为因素大,风险和成本高。
　　
　　(2)在线性能监测
　　
　　蓄电池性能在线监测长期以来一直是应用中急切需求而又缺乏有效解决方案的难题。近年来,随着单节电池内阻精确测量技术的出现,电池监测手段发生了革命性进步,测试原则由被动监测电池外部条件发展到主动测试电池内部状态,电池内阻检测与分析已被公认为是一种迅速、可靠的诊断电池健康状况的方法。
　　
　　2 蓄电池在线监测与分析技术
　　
　　为了更好地管理与维护,提高工作效率,蓄电池的维护人员希望厂商提供有效的蓄电池监测方法和技术。北京子木智能科技有限公司开发的KOKIIBM系列产品能够系统地实时监测蓄电池外部条件和以单节电池内阻为标志的性能参数,并综合分析目标电池的保有容量和剩余电量,实现对蓄电池完整的在线运行监测与性能监测。
　　
　　2.1运行监测
　　
　　KOKIIBM系列产品能够在线监测蓄电池的组电压、单节电池电压、充放电电流、温度等运行参数,实时监控电池的运行状态。
　　
　　2.2内阻监测与落后电池甄别
　　
　　电池内阻的在线测量需要克服微弱信号捕捉、抗环境*、经验分析等诸多技术障碍,目前只有少数几家厂商有产品问世。各厂家具体实现技术的不同致使他们对产品内阻的测量准确度、抗*能力和内阻数据分析效果有很大的质量差别,尤其是绝大部分厂家的产品由于无法有效解决*问题而采用放电法进行测量,即在电池两端接入放电负载,通过测量电池在放电过程中的电压变化来获取内阻值,有的厂家产品需要把电池从回路中断开,或关掉充电器,以消除充电器和用电负载的影响。由于电池的内阻很小,放电时的电压变化微弱,即使采用较大的放电电流,直接测量的精度一般也很难提高。
　　
　　子木公司的监测技术不需放电,采用先进的中点测量方法,依托数字信号处理技术完成微弱信号的准确测量,不必将电池从回路断开,不受充电器和用电负载的影响,实现了真正的在线内阻测试,数据有效分辨率达到0.001mΩ。内阻监测验证试验设备连接图如图1所示。

　　
　　以精确的内阻在线测量为基础,KOKIIBM系列产品能够及时准确地发现电池组中的落后电池,结合用户有效的维护方法,大大提高备用电源的可靠性,延长电池组整体使用寿命。
　　
　　2.3保有容量与剩余电量监测
　　
　　依据监测数据对蓄电池状态进行实时综合分析,形成有效的电池状况报告以支持用户的维护决策,特别是准确测量用户最为关注的电池保有容量和剩余电量,是KOKIIBM系列产品包含的另一项核心技术。
　　
　　蓄电池的荷电量与供电系统的可靠性和紧急情况下运维部门的补救措施密切相关,及时准确地了解电池的保有容量和剩余电量是用户所关注的焦点问题。长期以来,由于缺乏在线测量保有容量和剩余电量的技术手段,业界普遍采用的方法是定期对电池进行完全放电,以掌握它们的保有容量,作为下一段时间维护工作的指导依据;至于剩余电量的测量,因其实时性的要求,始终没有根本的解决办法。
　　
　　子木公司基于其完备的运行监测数据、先进的内阻测量技术和丰富的电池特性分析成果,能够在蓄电池组的浮充运行状态中及时准确地发现落后电池,在此基础上可通过0.05～0.1C的在线浅度放电,借助子木专有的神经网络模型算法,对电池保有容量进行精确预测,准确度达5%左右。基于该算法,KOKIIBM系列产品还可在系统充放电过程中,实时计算电池的剩余电量,有效地帮助用户全面准确地掌握电池状况。
　　
　　3 在线监测产品的设计主导思想
　　
　　3.1准确测量
　　
　　电池的运行参数主要受充电机的控制,尤其是电池的浮充电压,直接影响电池的浮充使用寿命。浮充电压的测量要求系统具有高准确度,电池组串联后的高电压要求系统具有高抗共模性能。
　　
　　在线测量每节电池的内阻是系统的核心技术之一,测量精确度直接关系到分析的准确性。在线测量需要解决充电器和用电负载*的问题。对于大容量电池,内阻是微欧级小信号,常规的测量方式已经不能得到有意义的数值,系统采用数字信号处理技术实现高精度测量。
　　
　　3.2综合分析
　　
　　以电池正确运行条件为核心依据,对系统的电压、内阻、电流和温度数据及其变化进行综合分析。
　　
　　综合分析要发现电池组运行中发生的超越电池参数极限的事件,如:充电电流过大、放电电流过大、电池组浮充电压高、电池组浮充电压低、电池组过放电、单节电池浮充电压高、单节电池浮充电压低、单节电池过放电等。
　　
　　除发现电池的运行条件异常外,综合分析更重要的是要及时发现并报告电池失效以及电池容量状态。
　　
　　3.3高可靠性
　　
　　系统应用于高可靠性要求的领域,要求保证系统长期稳定地工作。
　　
　　系统应对用户设备不产生任何附加*,保证用户设备同监测系统共同正常运转。
　　
　　系统应具备良好的容错能力,避免误报警。
　　
　　3.4可扩展和网络化
　　
　　系统要满足蓄电池应用的大部分场合,可根据不同行业的电池配置应用,以及电池的不同数量、不同规格和不同的放置形式灵活配置。
　　
　　系统可扩展放电测试设备,自动完成放电测试。
　　
　　网络化和信息化是电子设备的发展趋势,系统设备要有通信接口和多种网络连接方案。
　　
　　4 结语
　　
　　  KOKIIBM系列蓄电池监测管理系统适用于政府、电信、金融、证券、保险、电力、广播电视、交通运输、制造、军队、教育、科研、公共设施等借助蓄电池提供高可靠电能保障的行业领域。针对各行业领域的应用实质,KOKIIBM包含BM3500、BM6500、BM8500三个产品系列,分别面向通信电源系统、电力操作电源系统和UPS系统。
　　
　　KOKIIBM系列蓄电池监测管理系统紧密结合先进的电源变换技术、计算机技术、精密测量技术和VRLA电池特性,实现了对阀控铅酸蓄电池工作状态和健康状况的精确检测和综合分析,可有效解决蓄电池失效早期发现和容量在线监测的难题,是一种比较理想的蓄电池在线监测的技术和方法。