作者簡(jiǎn)介：

    安云良，男，于2002年加入LEM，負責北京萊姆電子有限公司能源與自動(dòng)化行業(yè)在中國地區的銷(xiāo)售業(yè)務(wù)。畢業(yè)于機電一體化專(zhuān)業(yè)，在電力電子領(lǐng)域擁有超過(guò)十年的行業(yè)銷(xiāo)售推廣經(jīng)驗。2007年開(kāi)始專(zhuān)注于蓄電池測控相關(guān)高技術(shù)含量產(chǎn)品在中國市場(chǎng)的銷(xiāo)售工作，并且在電力、通訊等相關(guān)行業(yè)取得了突破性的拓展。

    摘要： 分析了蓄電池監控的現狀及局限性，提出直流放電法測量蓄電池內阻的新技術(shù)，通過(guò)測量?jì)茸杩煽糠从承铍姵貭顟B(tài)，以及蓄電池在線(xiàn)監測的可行性。 

    關(guān)鍵詞： 蓄電池；在線(xiàn)監控；內阻 

    1 蓄電池監控的必要性

    隨著(zhù)我國通訊、電力、UPS等行業(yè)的迅猛發(fā)展，蓄電池的用量也在快速增加。就目前蓄電池的使用條件，經(jīng)常會(huì )發(fā)生一些意想不到的狀況，例如看似正常的蓄電池不能正常放電。這種狀況的發(fā)生主要原因在于蓄電池的運行狀態(tài)沒(méi)有得到有效的監測，一旦由多個(gè)蓄電池串聯(lián)構成的蓄電池組中出現某一塊蓄電池失效，就會(huì )導致整個(gè)蓄電池組不能正常放電。

    蓄電池作為安全不間斷供電的最后一道保障措施，同時(shí)也是不間斷供電系統里面最不安全的因素。從系統理論了解到，系統的安全程度取決于系統中最不安全的因素，也就是人們經(jīng)常引用的“木桶理論”。

                  

                                      圖1 木桶理論示意圖

    2 蓄電池監控的現狀

    2.1計劃性維護

    目前就蓄電池的維護而言最常規的做法是至少每年對蓄電池組進(jìn)行一次核對性放電測試。因為如果蓄電池組3~4 年都不進(jìn)行一次充/放電，蓄電池組電解液就會(huì )出現分層現象，即電解液會(huì )分解為酸溶液濃度各不相同的液體層，這會(huì )影響到蓄電池在斷電時(shí)的供電能力。這種現象會(huì )最終導致在硫酸濃度較高的區域出現極板腐蝕。

    但是采取這種計劃性的維護，由于兩次維護間隔時(shí)間太長(cháng)而并不能連續監測蓄電池的狀態(tài)；同時(shí)用戶(hù)在進(jìn)行過(guò)放電測試后的第二天就不敢說(shuō)蓄電池組是否將會(huì )正常運行下去；另外，放電測試通常會(huì )消耗幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間，這是一個(gè)高成本、對電池具有破壞性、不安全的過(guò)程（包括重新充滿(mǎn)電）。

    2.2通過(guò)監控電池電壓來(lái)監測蓄電池

    針對蓄電池的運行機理和失效模式，國內已經(jīng)有相關(guān)的標準出臺，在直流供電的場(chǎng)合安裝對蓄電池監測的必要裝置，例如電壓巡檢儀等。但是根據后備蓄電池的工作條件，有可能長(cháng)期不放電，在兩次定期核對性放電測試期間，同樣有可能失效，而電池的端電壓是完全正常的。如圖2所示（摘自IEEE）。

                      

                                                              圖2

    由此可以看出僅檢測電壓是完全不夠的，并且還容易誤導用戶(hù)，將壞電池作為好電池來(lái)使用，這種危害相當大。 

    那么有無(wú)好的辦法能夠更加有效地監測蓄電池的狀態(tài)，并且能夠在蓄電池性能下降到一定程度時(shí)給出預警信號，使用戶(hù)能夠在蓄電池失效之前將電池更換或進(jìn)行維護，從而避免災難性的斷電情況的發(fā)生呢？答案是肯定的。通過(guò)測量蓄電池的內部電阻的狀態(tài)可以有效地預測蓄電池的劣化程度，也就是能夠準確的監測蓄電池的健康狀態(tài)SOH(Status Of Health)。如圖3所示。 

                   

                                      圖3 蓄電池監測曲線(xiàn)

    圖中加重曲線(xiàn)顯示蓄電池的內阻在10月到11月期間因為各種原因急劇上升，因此可以判斷出蓄電池的狀態(tài)已經(jīng)嚴重劣化，經(jīng)過(guò)對電池的放電證實(shí)的確是電池已經(jīng)失效。 

    3 LEM蓄電池監控模塊介紹

    從以上的分析中可以歸納出監控蓄電池的幾個(gè)必備條件：
    （1）需要進(jìn)行連續監控
    （2）需要對單個(gè)蓄電池監控
    （3）需要監控蓄電池的內阻

    LEM公司針對蓄電池的運行機理以及失效模式開(kāi)發(fā)出了世界上體積最小同時(shí)各種功能高度集成的智能蓄電池傳感器Sentinel，能夠準確測量單體蓄電池的內阻、溫度以及電壓等參數，通過(guò)串口通訊協(xié)議對其進(jìn)行操作，實(shí)現對蓄電池的連續監控。如圖4所示。

                        

                          圖4 LEM智能蓄電池傳感器Sentinel

    該器件的常規參數如下：
    （1） 測量電壓1.5V-15V，精度+/- 0. 5%
    （2）溫度誤差，+/- 2℃
    （3）內阻的測量重復度+/- 2% 
    （4）全部采用接插件，安裝極為快捷
    （5）省電模式下<3mA
    （6）5年質(zhì)量保證

    比較市場(chǎng)同類(lèi)蓄電池監控產(chǎn)品簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)主要有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
    （1）分布式安裝，模塊與蓄電池一一對應，現場(chǎng)布線(xiàn)簡(jiǎn)單且工程成本低
    （2）獨立的模塊使得監控非常靈活，相對于集中式監控產(chǎn)品來(lái)說(shuō)在蓄電池數量少的地方更凸顯優(yōu)勢。
    （3）模塊采用脈沖電流放電法測量?jì)茸瑁ㄈ鐖D5所示），放電電流?。?2v蓄電池放電電流小于2A），不但安全且對蓄電池不易造成傷害。

                   

                       圖5 采用脈沖電流放電法測量?jì)茸枨€(xiàn)圖

    （4) 瑞士總部與RWTH亞琛大學(xué)合作多年潛心研究的測量算法，測量的阻值可靠（如圖6所示），抗干擾能力強，質(zhì)保期5年。

                 

    圖6 瑞士LEM總部在德國AACHEN工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了長(cháng)期測試，圖中經(jīng)由LEM模塊測量出的內阻與實(shí)驗室設備EISmeter分析儀測量出的阻值基本一致

    4 LEM蓄電池監控系統介紹

    LEM的電池監控解決方案是一個(gè)完整的解決方案，包括一系列組件，能夠簡(jiǎn)單快速的安裝，該方案包括以下組件：
    （1）Sentinel：可以測量單個(gè)VRLA電池或富液式電池的電壓、溫度和內阻，通過(guò)專(zhuān)屬總線(xiàn)S-BUS傳送給數據記錄器S-BOX；
    （2）電流傳感器：電流傳感器檢測電池組的狀態(tài)（充電、放電或者浮充狀態(tài)）。
    （3）S-BUS Converter：該模塊將S-BUS協(xié)議轉換成標準的串行輸出協(xié)議；
    （4）S-BOX：帶有Ethernet接口的數據記錄裝置，用來(lái)記錄每一個(gè)Sentinel的趨勢和報警；
    （5）Cellview Net：和S-BOX配合使用的可視化軟件，用于圖形化顯示各種數據，報警以及生成各種報告。
如圖7所示。

                      

                                   圖7 LEM蓄電池監控系統圖

    當然OEM廠(chǎng)商也可以?xún)H使用LEM提供的Sentinel模塊，與其自身的系統配合形成具有自身特色的蓄電池監控系統。這些廠(chǎng)家既可以是UPS制造商，也可以是專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)蓄電池監控系統的集成商。

    LEM的sentinel模塊目前已經(jīng)在國內尤其是電力行業(yè)得到了很好的應用。

    總之，該套解決方案非常適合目前的通訊、電力以及UPS后備蓄電池的監控，相信LEM的蓄電池監控產(chǎn)品必將對我國的安全用電系統做出應有的貢獻。