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后备VRLA电池运行中的问题及监测解决方案

时间:09-23 来源:EDN 点击:

3蓄电池检测、监测技术

  采用备用电池的场所都是十分重要的部门,容量下降到一定程度电池组就起不到电源备份的作用,一旦主电源发生故障,就可能造成系统停机,导致巨大的损失,因此及时发现电池容量下降并处理电池失效是十分重要的。

  3.1 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。

  电池组电压测量可以发现充电机的参数设置是否正确。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。单电池电压监测可以发现单电池浮充电压不正确,以及单电池是否过充电、过放电等情况。

  电池内阻能够反映蓄电池的容量下降和电池老化。不同厂家的内阻测试仪的准确度和抗干扰能力差别很大;由于采用的测量原理以及工作频率不同,其读数值也会有差别;尤其是测量夹具很难与电池端子直接接触,测量值往往包括连接电阻。

  3.2 在线监测

  蓄电池在线监测管理是针对测量电池的运行条件和检测电池本身的状况而设计的,其发展大致经历了三个阶段:①整组监测、②单电池电压监测、③单电池内阻监测与分析。

  1、整组监测

  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,尤其是根据环境温度变化调整电池的浮充电压,在电池放电时电池组电压低至某下限时报警。

  2、单电池电压监测

  成组监测很难发现单电池的缓慢变化,包括单电池本身的老化和因单电池一致性问题而带来的积累效应,以一组220V电池来说,如果只有1个电池在变坏,其电压变化的信号会被其它107只电池淹没。因此在浮充状态下,监测设备只能发现极个别性能很差、浮充电压超常的电池,对于浮充电压的小幅值差异监控系统并没有办法区别和处理,也就是对于电池性能变坏、电池容量已经大幅下降,这时如果电池浮充电压变化不明显,监控系统不会发出警报,而只是当放电时发现某电池的放电电压(或曲线)异常才有警告,但此时一般为时已晚。

  3、电池内阻监测和分析

  铅酸蓄电池的端电压并不能反映电池的容量特性,实际使用中,能够直接测量的参数除电流、电压外,蓄电池内阻(或电导)是可以直接测量的一个参数,内阻(或电导)测试仪是一种普遍应用的测量工具。在实际测量电池的内阻后,能够发现电池的许多问题,尤其是能够立即判断严重失效的电池或存在连接问题的电池。电池的内阻已被公认为是一种迅速而又可靠的诊断电池健康状况的方法。

  通常内阻的测量方式有以下两种

  1)直流方法

  直流方法是在电池组两端接入放电负载,测量电压的变化(U1-U2)和电流值(I)计算电池的内阻(R)。

  蓄电池从浮充状态切换到放电状态,典型的电压跌落过程如图所示。即停止充电后,电池回落到某平衡电位,接入放电负载后,电压发生阶跃变化。这样,根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1-U2)来计算内阻值。

  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。

  

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