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    作者簡介：

    安云良，男，于2002年加入LEM，負(fù)責(zé)北京萊姆電子有限公司能源與自動化行業(yè)在中國地區(qū)的銷售業(yè)務(wù)。畢業(yè)于機(jī)電一體化專業(yè)，在電力電子領(lǐng)域擁有超過十年的行業(yè)銷售推廣經(jīng)驗(yàn)。2007年開始專注于蓄電池測控相關(guān)高技術(shù)含量產(chǎn)品在中國市場的銷售工作，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(jiān)控的現(xiàn)狀及局限性，提出直流放電法測量蓄電池內(nèi)阻的新技術(shù)，通過測量內(nèi)阻可靠反映蓄電池狀態(tài)，以及蓄電池在線監(jiān)測的可行性。 

    關(guān)鍵詞： 蓄電池；在線監(jiān)控；內(nèi)阻 

    1 蓄電池監(jiān)控的必要性

    隨著我國通訊、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(yùn)行狀態(tài)沒有得到有效的監(jiān)測，一旦由多個蓄電池串聯(lián)構(gòu)成的蓄電池組中出現(xiàn)某一塊蓄電池失效，就會導(dǎo)致整個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，同時也是不間斷供電系統(tǒng)里面最不安全的因素。從系統(tǒng)理論了解到，系統(tǒng)的安全程度取決于系統(tǒng)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(jiān)控的現(xiàn)狀

    2.1計(jì)劃性維護(hù)

    目前就蓄電池的維護(hù)而言最常規(guī)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?yàn)槿绻铍姵亟M3~4 年都不進(jìn)行一次充/放電，蓄電池組電解液就會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即電解液會分解為酸溶液濃度各不相同的液體層，這會影響到蓄電池在斷電時的供電能力。這種現(xiàn)象會最終導(dǎo)致在硫酸濃度較高的區(qū)域出現(xiàn)極板腐蝕。

    但是采取這種計(jì)劃性的維護(hù)，由于兩次維護(hù)間隔時間太長而并不能連續(xù)監(jiān)測蓄電池的狀態(tài)；同時用戶在進(jìn)行過放電測試后的第二天就不敢說蓄電池組是否將會正常運(yùn)行下去；另外，放電測試通常會消耗幾個小時甚至幾天的時間，這是一個高成本、對電池具有破壞性、不安全的過程（包括重新充滿電）。

    2.2通過監(jiān)控電池電壓來監(jiān)測蓄電池

    針對蓄電池的運(yùn)行機(jī)理和失效模式，國內(nèi)已經(jīng)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)出臺，在直流供電的場合安裝對蓄電池監(jiān)測的必要裝置，例如電壓巡檢儀等。但是根據(jù)后備蓄電池的工作條件，有可能長期不放電，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(dǎo)用戶，將壞電池作為好電池來使用，這種危害相當(dāng)大。 

    那么有無好的辦法能夠更加有效地監(jiān)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給出預(yù)警信號，使用戶能夠在蓄電池失效之前將電池更換或進(jìn)行維護(hù)，從而避免災(zāi)難性的斷電情況的發(fā)生呢？答案是肯定的。通過測量蓄電池的內(nèi)部電阻的狀態(tài)可以有效地預(yù)測蓄電池的劣化程度，也就是能夠準(zhǔn)確的監(jiān)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(jiān)測曲線

    圖中加重曲線顯示蓄電池的內(nèi)阻在10月到11月期間因?yàn)楦鞣N原因急劇上升，因此可以判斷出蓄電池的狀態(tài)已經(jīng)嚴(yán)重劣化，經(jīng)過對電池的放電證實(shí)的確是電池已經(jīng)失效。 

    3 LEM蓄電池監(jiān)控模塊介紹

    從以上的分析中可以歸納出監(jiān)控蓄電池的幾個必備條件：
    （1）需要進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控
    （2）需要對單個蓄電池監(jiān)控
    （3）需要監(jiān)控蓄電池的內(nèi)阻

    LEM公司針對蓄電池的運(yùn)行機(jī)理以及失效模式開發(fā)出了世界上體積最小同時各種功能高度集成的智能蓄電池傳感器Sentinel，能夠準(zhǔn)確測量單體蓄電池的內(nèi)阻、溫度以及電壓等參數(shù)，通過串口通訊協(xié)議對其進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對蓄電池的連續(xù)監(jiān)控。如圖4所示。

                        

                          圖4 LEM智能蓄電池傳感器Sentinel

    該器件的常規(guī)參數(shù)如下：
    （1） 測量電壓1.5V-15V，精度+/- 0. 5%
    （2）溫度誤差，+/- 2℃
    （3）內(nèi)阻的測量重復(fù)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

    比較市場同類蓄電池監(jiān)控產(chǎn)品簡單來說主要有以下4個優(yōu)點(diǎn)：
    （1）分布式安裝，模塊與蓄電池一一對應(yīng)，現(xiàn)場布線簡單且工程成本低
    （2）獨(dú)立的模塊使得監(jiān)控非常靈活，相對于集中式監(jiān)控產(chǎn)品來說在蓄電池數(shù)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內(nèi)阻（如圖5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內(nèi)阻曲線圖

    （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(qiáng)，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)行了長期測試，圖中經(jīng)由LEM模塊測量出的內(nèi)阻與實(shí)驗(yàn)室設(shè)備EISmeter分析儀測量出的阻值基本一致

    4 LEM蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)介紹

    LEM的電池監(jiān)控解決方案是一個完整的解決方案，包括一系列組件，能夠簡單快速的安裝，該方案包括以下組件：
    （1）Sentinel：可以測量單個VRLA電池或富液式電池的電壓、溫度和內(nèi)阻，通過專屬總線S-BUS傳送給數(shù)據(jù)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(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的串行輸出協(xié)議；
    （4）S-BOX：帶有Ethernet接口的數(shù)據(jù)記錄裝置，用來記錄每一個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(shù)據(jù)，報警以及生成各種報告。
如圖7所示。

                      

                                   圖7 LEM蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)圖

    當(dāng)然OEM廠商也可以僅使用LEM提供的Sentinel模塊，與其自身的系統(tǒng)配合形成具有自身特色的蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)。這些廠家既可以是UPS制造商，也可以是專門開發(fā)蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)的集成商。

    LEM的sentinel模塊目前已經(jīng)在國內(nèi)尤其是電力行業(yè)得到了很好的應(yīng)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(jiān)控，相信LEM的蓄電池監(jiān)控產(chǎn)品必將對我國的安全用電系統(tǒng)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。