后备VRLA电池运行中的问题及监测解决方案

　　由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给准确测量带来困难，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测量中，直流方法所得数据的重复性较差、准确度很难达到10%以上。
　　
　　目前很多采用直流测试法的内阻测试设备都采用大电流放电，这样，需用使用大的放电器和大截面的导线同蓄电池连接，这在实际使用中会带来一定的安全隐患。同时由于需要对蓄电池进行动作（放电），在测量过程中，对于在线测量以及两次测量的时间间隔有一定的限制。

　　2）交流方法

　　相对直流法，通过交流法测量蓄电池内阻就要简单一些。

　　当使用受控电流时，ΔI = Imax Sin(2πft),产生的电压响应为：

　　　　　　　　　　　　　　　　ΔV = Vmax Sin(2πft + φ) 　
　　若使用受控电压激励，ΔV = Vmax Sin(2πft),产生的电流响应为：

　　　　　　　　　　　　　　　　ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)　　　　　　　　　

　　两种情况的阻抗均为：


　　即阻抗是与频率有关的复阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax, 相角为φ。

　　一般情况下激励引起的电压幅值变化小于10mV，这样能保证阻抗测量的线性。使用方波在技术实现上更为简单， 通过改变方波的频率可以测试电池的阻抗谱。

　　从理论上讲，向电池馈入一个交流电流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。
　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　R = Vav / Iav　　　　　　　　　　　　　　

　　式中　Vav----为检测到交流信号的平均值；

　　Iav ---- 为馈入交流信号的平均值

　　在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微欧级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，会受到充电机或用电负载的影响。工频和射频干扰也影响读数。

　　而采用数字信号处理技术就可以有效克服外界干扰，获得比较稳定的内阻数据，同时该方法不需要增加蓄电池的任何动作，因而在在线测量、网络化方面具有很大的技术优势。目前该测量技术正被学术界、以及市场广泛接受。


4　解决方案的实际基本要求

　　通过以上实际使用情况的分析，结合后备电源蓄电池的运行特点，在蓄电池管理与监测方面，我们认为后备电源的蓄电池监测，应该以实现智能化与网络化为目标。

　　4、1蓄电池监测网络化的实际要求：

　　1）目前通讯电源的蓄电池许多使用场合，大多是无人值守的地方，如电信公司、移动公司、联通公司的无人站点等，为此要求对于蓄电池的监测适应这一情况。

　　2）对于蓄电池的人工检测手段，需要大量的人工，费时费力，而且对于测量人员的人身安全不利。

　　3）目前我国在电力、通讯等领域，提出的信息化要求，也同样需要设备管理的网络化。

　　4、2蓄电池监测智能化的要求：

　　对于蓄电池智能化的要求，就是改变以往被动的设备管理方式，对于蓄电池做到实时、在线监测，对于可能发生的问题，作到提前判断，而不是当出现问题后的被动处理。

　　1）为此需要对于蓄电池的运行过程中的运行参数进行24小时的全过程监测，如：蓄电池的充放电电流（以检测电流的异常），蓄电池的单只电压（防止蓄电池出现过充或过放），蓄电池的工作温度（以便根据环境温度进行充电的补偿）

　　2）以上参数是保证蓄电池的运行机制良好，同时需要对蓄电池的性能健康状态进行诊断，以发现蓄电池劣化、失效的趋势。这对于蓄电池在线监测是非常关键，这也是目前困扰的最大难题。


5　解决方案的基本模型

　　我们采用一个以蓄电池阻抗检测与分析为主的监测管理解决方案。该方案通过蓄电池阻抗的测量，以及蓄电池其他运行参数采集（单电池电压、充放电电流、异常工况等），在辅以计算机与网络传输技术，完成对数据分析与管理的多级处理，使得困扰最大的蓄电池智能化监测得到很好的解决。

　　对于蓄电池的运行参数，由于其采集较为容易实现，我们不作较多说明。如何有效地对于蓄电池阻抗进行检测与分析，是一个较为关注的问题。我们知道反映蓄电池性能的参数有两类：阻抗与容量。目前的技术发展对于蓄电池容量的测量而言，不经过一定程度的放电，测量的精度将无法达到要求（这同样是一个国际性的难题）。而阻抗这一参数，通过交流法在线蓄电池的内阻，其测量原理就是将一个低频的交流信号注入到蓄电池中，由于蓄电池中存在欧姆阻抗以及极化阻抗，测量蓄电池的反馈信号，得到蓄电池的阻抗，从而实现阻抗的在线测量。

　　该方案的技术核心是建立在蓄电池阻抗的在线测量以及计算机对于数据的处理，对于各个站点的蓄电池运行参数以及蓄电池性能参数，实时采集，对于数据进行基本分析，超限时给出声光报警。将数据传输到中心监控中心站，通过数据库服务器，对数据进行终合分析处理，形成各个站点的各组蓄电池的运行参数以及性能参数的历史曲线，对于报警事件以及报警数据进行存储以备查询。

　　前端数据采集部分可以采集蓄电池组电压、充放电电流、单电池电压以及环境温度等蓄电池运行参数，直接上传并整理、分析，对于异常工况给出两级报警（现场以及监控中心），以便处理或调整。

　　如何准确反映蓄电池的性能状况，我们采用阻抗与容量并行的分级处理。通过阻抗的实际测量，与基准值比较，对于阻抗增长异常的电池报警，同时对于一组电池中各个阻抗比较，对于超常电池给出报警，此为一级处理。同时在监控中心的软件，对于阻抗进行趋势变化分析，通过每只电池阻抗变化的曲线图，对于非正常趋势的变化给出报警。（对于阻抗分析处理较为复杂一些，对于阻抗的如何使用，存在不同看法，但我们认为采用时间纵向上的同一只电池的比较，以及同一时间上的不同电池比较两种分析较为准确）。

　　对于蓄电池容量的测量，是在蓄电池给负载下电时，通过现场的监控器，以及通讯传输，在监控中心对于所得到的数据，通过监控软件计算得到蓄电池的健康度以及剩余容量。并将数据分析存储。蓄电池性能的反映通过这样的两级分析整理，使得蓄电池性能状况的分析更加准确。
由于可以实现蓄电池运行参数的全过程监测，以及蓄电池劣化趋势给出变化曲线，从而使蓄电池智能化与网络化的监测与管理得以实现。

6　实际的应用

　　目前我们在通信领域、电力系统以及大型生产企业的UPS中得到较为广泛的应用，下面是在四川德阳电信公司针对通讯电源中蓄电池实施的监测管理解决范例。

　　该公司目前通讯站点为300多个，目前针对较为重要的站点实现蓄电池的集中监测与管理。
监控器采用两类：对于较大容量（550Ah以上）的蓄电池采用BM6500监测系统，对于容量小的蓄电池采用TRM2402的独立监测模块，完成对于电池电压、电流、阻抗等参数的测量，对于超限的数据进行报警，同时通过通讯传输网络将52个站点的数据上传至监控中心的服务器，在后台软件对于上传数据进行系统的分析，并存储，并形成数据的历史曲线；在蓄电池放电情况下，自动生成放电曲线，以备查询。在蓄电池放电情况下，可以通过电压的实时监测，通过计算机的后台软件植入的算法，得到每只电池的健康度以及剩余容量的数据，并存储。

　　通讯可以采用多种的通讯组网模式，如PSTN MODEM、PSTN方式64K、DDN、ISDN、PSPDN、TCP/IP、2M及2M时隙插入、专线/共线等等，网络图如下：

7　结论

　　通过在许多行业的应用，有力地证明该方案可以很好解决目前后备电源中蓄电池监测与管理的诸多问题，通过智能化与网络化的实现，对于提高蓄电池的使用性能，及时发现蓄电池故障，提前判断蓄电池劣化，延长蓄电池的使用寿命，具有非常重要的意义。对于后备电源中蓄电池的监测，以及标准制定中，应该坚持以网络化与智能化为目标：

　　1）对于蓄电池运行参数的全过程监测（电流、电压、温度）

　　2）需要对蓄电池阻抗进行在线测量，通过蓄电池阻抗变化，对蓄电池的性能健康度进行诊断。

　　3）在蓄电池为负载供电的过程中，能够准确测量蓄电池的剩余容量

　　4）可以通过传输，实现网络化的设备管理。