阀控密封式铅酸蓄电池监测设计

1 前言

本文所探讨的蓄电池是作为后备电源使用的，平时处于充电状态，与充电装置的输出并联，一旦市电中断，蓄电池立即开始放电。与循环深度放电使用情况相比，由于蓄电池长期处于浮充状态，即使偶然放电，因放电深度与市电中断时间有关，因此很难获得蓄电池的保有容量。在电池运行过程中检测蓄电池的劣化程度（SOH-State of health），是用户最为关心的问题，也是后备方式使用蓄电池的最大难题之一。

目前，主要有7个方面的蓄电池检测/监测技术研究内容：

（1）以检测浮充数据为主的被动方法；

（2）传统的深度放电测试；

（3）新的部分放电测试技术；

（4）放电状态剩余电量（SOC-State of charge）估计；

（5) 蓄电池阻抗检测和分析；

（6）智能电池技术；

（7）蓄电池寿命预测的研究。

2 放电剩余电量计算

大多数使用VRLA的场合都需要在放电过程中得知剩余电量信息，此信息可能用百分比或剩余工作时间等方式表示。在蓄电池电量耗尽前需要完成某些操作，关停设备或启动其它发电设备。完全充电后的VRLA的放电剩余电量与电池的劣化程度有关，还与放电的电源大小、温度相关，尤其是在高倍率下。

与SOC相关的研究主要集中在电动汽车（EV-Electrical Vehicle）的"油料表"（Gauge），它必 须准确指示剩余电量，以便及时充电，而EV的变电流使用方式和刹车电量回授的影响使得SOC的计算更为复杂。

目前的SOC计算方法有以下几种。

（1） 电压—电量对应

世界最大的电池电量仪表制造商CURTIS公司的产品，部分使用电压—电量对应方法。

（2） 安时积分法

针对电动汽车的电池使用特点，研究了计算补偿系数的电量计量方法。

（3） Peukert定律

一种计算在不同电流和温度下放电容量的方法，其系数的确定较为困难。对于劣化到一定程度的电池，该定律是否仍然有效，目前还没有相关证实。

（4） 阻抗分析

Kenneth Bundy等人进行了通过阻抗谱数据的分析预测镍氢(Ni/MH)电池的SOC，获得了最大误差为7%的预测效果；Alvin J.Salkind等采用模糊逻辑算法，分析3个不同频点的阻抗虚部预测Li/SO2和Ni/MH电池的SOC亦获得5%的准确度。

（5） 复合技术

部分研究是采用以上几种方法的复合。

由于备用方式与循环深度放电使用方式存在本质的区别，如何计算备用方式的SOC受劣化程度的影响仍是目前的难题。

3 深度放电测试

深度放电测试被公认为最可靠的后备电池性能测试方法。

在许多的场合，为了确保电源系统的可靠性，定期对蓄电池部分放电检查电池的连接和性能，或者深度放电检验电池的保有容量。放电测试存在局限性、风险大，需要人工参与，而且对电池寿命影响很大。电力的有关规程要求对蓄电池定期进行容量核对性放电，但在实际执行中，大部分仍然只作30%—50%的放电。部分UPS设计有自动放电功能，即按一定周期启动测试功能，由于放电的深度一般都很小，而且放电过程只测量了整组电池的电压，单个电池的劣化还是不能及时发现。

4 浮充数据监测与分析

浮充数据监测主要有以下内容。

（1）电池组电压检测

浮充电压作为VRLA电池运行的最主要条件，是检测的首要参数。检测的主要目的是使电池处于合理的浮充电压下。电池组电压测量，可以发现充电机的参数设置是否正确。整组电池监测功能一般设计在整流电源内，测量电池组的电压、电流和温度，进行充电和放电管理，在电池放电时电池组电压低至某下限时报警。大部分产品可以根据环境温度变化调整电池的浮充电压，

（2）单电池电压检测

由于蓄电池是串联运行，整组电池的电压由充电机的输出来决定，充电机的正确工作并不能保证每个单电池的工作状态正常。单电池电压监测装置可以测量电池组中每个单电池的浮充电压，判断单电池是否充满或者被过充电、欠充、过放电等情况。根据有关研究，电池的开路电压可以在一定程度上反应电池的SOC和SOH，但浮充电压的高低与蓄电池的保有容量和劣化程度的关系尚不明确。

（3）浮充电压匹配程度检测

由于一组电池中单电池的老化程度不一样会影响到浮充电压的均衡性。基于某种统计规律，中点电压（MPV--Midpoint Voltage）方法作为一种简单廉价的检测方法曾被讨论和测试。

（4）浮充电流

这是从电池本身的角度探讨浮充电流的变化情况，电池的不同劣化程度会影响到浮充电流。对于一组电池，因为电池是串联运行，可接受的浮充电流差异会体现在电池的电压上。并且，浮充电流的测量是很困难或是成本较高的方法，现实中很少应用，有些检测装置的浮充电流数据的可靠程度不高，也很难进一步处理。

1996年我国