基于交流注入法后备VRLA电池在线监测方案

随着蓄电池的广泛应用，特别是备用电源中的应用，由于VRLA蓄电池的运行要求比较严格，电池在偏离了正确的使用条件下运行会影响电池使用寿命，甚至造成严重的后果，因此，2009年6月1日开始执行新的《电子信息系统机房设计规范》GB50174—2008，对蓄电池的管理提出了明确的要求，特别是对A级机房的蓄电池要求监测到每一块电池，这对于提高机房应对供电灾难的水平意义重大。

一、后备电池监测必要性

随着蓄电池的广泛应用，特别是备用电源中的应用，由于VRLA蓄电池的运行要求比较严格，电池在偏离了正确的使用条件下运行会影响电池使用寿命，甚至造成严重的后果，因此，2009年6月1日开始执行新的《电子信息系统机房设计规范》GB50174—2008，对蓄电池的管理提出了明确的要求，特别是对A级机房的蓄电池要求监测到每一块电池，这对于提高机房应对供电灾难的水平意义重大。

二、电池内阻在线监测技术

连续监测蓄电池的运行参数（单电池电压、充放电电流、温度）以及内阻的变化，对于蓄电池进行全监测，通过蓄电池失效早期的特征，及时发现单体电池的不均衡性、以及失效、落后电池等情况，并进行及时有效的处理，就可以防止蓄电池劣化加剧，延长蓄电池的使用寿命。

1 人工检查

除了放电测试外，人工测量主要测量电池组电压、单电池电压、温度和单电池内阻。

2 在线监测

通常内阻的测量方式有以下两种：

1）直流方法

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。

三、基于交流注入法电池内阻监测解决方案

阻抗与容量是反映蓄电池性能的参数。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。

（1）WB7880QA-08B蓄电池内阻在线监测模块

WB7880QA-08B蓄电池内阻在线监测模块采用小电流注入法测量蓄电池内阻，完成电池内阻、温度、端电压的参数监测，通过RS-485接口按MODBUS—RTU协议实现组网，方便用户对铅酸蓄电池进行综合判断。

（2）电池内阻监测技术指标

电池的容量：2V或12V容量为50AH以下的电池

监测电池数：8节

内阻 量程1mΩ～100mΩ，分辨率50μΩ，误差 2%

电压 量程1.5V-15V 误差0.2% 分辨率3mV

温度 量程－20℃～＋70℃ 误差±1℃ 分辨率0.1℃

响应时间 单节电池测量时间≤0.5s

通信方式 RS485,波特率:9600bps,校验方式：无校验1个停止位

产品尺寸 216*94*36(mm)

工作温度 0℃～＋70℃

（3）监测系统构成

监测中心软件采用基于B/S结构的模式，B/S（Browser/Server）结构即浏览器/服务器结构，它是随着 Internet技术的兴起，对C/S结构（客户/服务器结构）的一种改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实