后備VRLA電池運行中的問題及監測解決方案

　　由于內阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對較小，給準確測量帶來困難，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩定區域計算電壓變化幅值。實際測量中，直流方法所得數據的重復性較差、準確度很難達到10%以上。
　　
　　目前很多采用直流測試法的內阻測試設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線同蓄電池連接，這在實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阻就要簡單一些。

　　當使用受控電流時，ΔI = Imax Sin(2πft),產生的電壓響應為：

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

　　　　　　　　　　　　　　　　ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)　　　　　　　　　

　　兩種情況的阻抗均為：


　　即阻抗是與頻率有關的復阻抗，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。使用方波在技術實現上更為簡單， 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，測量由此信號產生的電壓變化即可測得電池的內阻。
　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　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

　　在實際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內阻在微歐或毫歐級，因此，產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，會受到充電機或用電負載的影響。工頻和射頻干擾也影響讀數。

　　而采用數字信號處理技術就可以有效克服外界干擾，獲得比較穩定的內阻數據，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、網絡化方面具有很大的技術優勢。目前該測量技術正被學術界、以及市場廣泛接受。


4　解決方案的實際基本要求

　　通過以上實際使用情況的分析，結合后備電源蓄電池的運行特點，在蓄電池管理與監測方面，我們認為后備電源的蓄電池監測，應該以實現智能化與網絡化為目標。

　　4、1蓄電池監測網絡化的實際要求：

　　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、聯通公司的無人站點等，為此要求對于蓄電池的監測適應這一情況。

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

　　3）目前我國在電力、通訊等領域，提出的信息化要求，也同樣需要設備管理的網絡化。

　　4、2蓄電池監測智能化的要求：

　　對于蓄電池智能化的要求，就是改變以往被動的設備管理方式，對于蓄電池做到實時、在線監測，對于可能發生的問題，作到提前判斷，而不是當出現問題后的被動處理。

　　1）為此需要對于蓄電池的運行過程中的運行參數進行24小時的全過程監測，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（防止蓄電池出現過充或過放），蓄電池的工作溫度（以便根據環境溫度進行充電的補償）

　　2）以上參數是保證蓄電池的運行機制良好，同時需要對蓄電池的性能健康狀態進行診斷，以發現蓄電池劣化、失效的趨勢。這對于蓄電池在線監測是非常關鍵，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，以及蓄電池其他運行參數采集（單電池電壓、充放電電流、異常工況等），在輔以計算機與網絡傳輸技術，完成對數據分析與管理的多級處理，使得困擾最大的蓄電池智能化監測得到很好的解決。

　　對于蓄電池的運行參數，由于其采集較為容易實現，我們不作較多說明。如何有效地對于蓄電池阻抗進行檢測與分析，是一個較為關注的問題。我們知道反映蓄電池性能的參數有兩類：阻抗與容量。目前的技術發展對于蓄電池容量的測量而言，不經過一定程度的放電，測量的精度將無法達到要求（這同樣是一個國際性的難題）。而阻抗這一參數，通過交流法在線蓄電池的內阻，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，從而實現阻抗的在線測量。

　　該方案的技術核心是建立在蓄電池阻抗的在線測量以及計算機對于數據的處理，對于各個站點的蓄電池運行參數以及蓄電池性能參數，實時采集，對于數據進行基本分析，超限時給出聲光報警。將數據傳輸到中心監控中心站，通過數據庫服務器，對數據進行終合分析處理，形成各個站點的各組蓄電池的運行參數以及性能參數的歷史曲線，對于報警事件以及報警數據進行存儲以備查詢。

　　前端數據采集部分可以采集蓄電池組電壓、充放電電流、單電池電壓以及環境溫度等蓄電池運行參數，直接上傳并整理、分析，對于異常工況給出兩級報警（現場以及監控中心），以便處理或調整。

　　如何準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。通過阻抗的實際測量，與基準值比較，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。同時在監控中心的軟件，對于阻抗進行趨勢變化分析，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雜一些，對于阻抗的如何使用，存在不同看法，但我們認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確）。

　　對于蓄電池容量的測量，是在蓄電池給負載下電時，通過現場的監控器，以及通訊傳輸，在監控中心對于所得到的數據，通過監控軟件計算得到蓄電池的健康度以及剩余容量。并將數據分析存儲。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確。
由于可以實現蓄電池運行參數的全過程監測，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絡化的監測與管理得以實現。

6　實際的應用

　　目前我們在通信領域、電力系統以及大型生產企業的UPS中得到較為廣泛的應用，下面是在四川德陽電信公司針對通訊電源中蓄電池實施的監測管理解決范例。

　　該公司目前通訊站點為300多個，目前針對較為重要的站點實現蓄電池的集中監測與管理。
監控器采用兩類：對于較大容量（550Ah以上）的蓄電池采用BM6500監測系統，對于容量小的蓄電池采用TRM2402的獨立監測模塊，完成對于電池電壓、電流、阻抗等參數的測量，對于超限的數據進行報警，同時通過通訊傳輸網絡將52個站點的數據上傳至監控中心的服務器，在后臺軟件對于上傳數據進行系統的分析，并存儲，并形成數據的歷史曲線；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，可以通過電壓的實時監測，通過計算機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據，并存儲。

　　通訊可以采用多種的通訊組網模式，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，網絡圖如下：

7　結論

　　通過在許多行業的應用，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測與管理的諸多問題，通過智能化與網絡化的實現，對于提高蓄電池的使用性能，及時發現蓄電池故障，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測，以及標準制定中，應該堅持以網絡化與智能化為目標：

　　1）對于蓄電池運行參數的全過程監測（電流、電壓、溫度）

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

　　3）在蓄電池為負載供電的過程中，能夠準確測量蓄電池的剩余容量

　　4）可以通過傳輸，實現網絡化的設備管理。