易事特EA903S 3KVA UPS電源

目前，世界上幾乎所有的汽車(chē)所用的蓄電池都是蓄電池，蓄電池大的特點(diǎn)就是隨著蓄電池的使用，蓄電池逐漸老化，當(dāng)蓄電池容量降低到他原本額定容量的80%的時(shí)候，蓄電池的容量可能呈“跳水式”下降，這時(shí)盡管該蓄電池可能仍然能夠提供一定的能量，但隨時(shí)可能報(bào)廢。在國(guó)際國(guó)內(nèi)的蓄電池行業(yè)，都把80%的蓄電池容量作為蓄電池的一個(gè)臨界點(diǎn)，當(dāng)蓄電池容量降低到其原額定容量的80%的時(shí)候，這個(gè)蓄電池就需要更換了。

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1.傳統(tǒng)的電池監(jiān)控方式

長(zhǎng)期以來(lái)，蓄電池的維護(hù)單位都是以人工維護(hù)，最常見(jiàn)的是以下幾種方式：

1.1. 核對(duì)性放電

這種方法是最準(zhǔn)確知道蓄電池容量的方法。具體的操作是將浮充狀態(tài)的電池組脫離負(fù)載，然后以電池標(biāo)稱(chēng)容量的0.1C的速度放電(即100Ah的電池以10A的放電速度放電)，并記錄電池到達(dá)規(guī)定的終止電壓的時(shí)間以確定電池的實(shí)際容量。這種方法最大的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確，但缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)：這種方法需人工操作，有一定的危險(xiǎn)性;需要脫離負(fù)載操作，所以放電過(guò)程中如果發(fā)生停電，系統(tǒng)就沒(méi)有后備電源的保障;這種方法其實(shí)測(cè)試的電池組里面最差電池單體的容量，其他電池單體的容量仍然沒(méi)有掌握的;另外對(duì)電池容量本身也有一定的損害，所以不能頻繁的對(duì)電池進(jìn)行核對(duì)性放電，一般的用電單位進(jìn)行這種測(cè)試的頻率是一年1-2次，而電池劣化的過(guò)程經(jīng)常是在幾周內(nèi)發(fā)生的，這樣在兩次測(cè)試間隔時(shí)期電池的狀態(tài)仍然是未知的，事故隱患仍然存在。

1.2.在線或者人工監(jiān)測(cè)電池電壓

這是長(zhǎng)期以來(lái)監(jiān)測(cè)電池狀態(tài)最常用的方法。但從下圖可以看出，在浮充狀態(tài)下，容量不同的電池的浮充電壓幾乎是一致的，通過(guò)放電測(cè)試可以看到容量異常的電池很快就會(huì)下降到截止電壓，從而說(shuō)明通過(guò)這種方法來(lái)判斷電池的容量是無(wú)效的。

圖1：容量異常的電池在浮充狀態(tài)下電池與正常的電池幾乎一致

1.3.人工測(cè)量電池內(nèi)阻

這種方法通常與方法2共同使用來(lái)判別電池好壞。即維護(hù)人員利用內(nèi)阻儀手工測(cè)試電池單體的內(nèi)阻。到目前為止，雖然大量的文獻(xiàn)指出蓄電池的內(nèi)阻和容量狀態(tài)并沒(méi)有一個(gè)明確的數(shù)學(xué)對(duì)應(yīng)關(guān)系，但業(yè)界里公認(rèn)內(nèi)阻的變化是和容量的變化相關(guān)的。在圖2里面黃色趨勢(shì)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(guò)對(duì)電池的放電證實(shí)的確是電池已經(jīng)失效。

圖2. 電池劣化過(guò)程中內(nèi)阻變化曲線

但這種方法的缺點(diǎn)也顯而易見(jiàn)：不能實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)電池的狀態(tài);花費(fèi)的時(shí)間長(zhǎng)，人力成本高;有些電池組由于空間的限制，并不便于人工操作;每次測(cè)試由于人員和儀器的不同數(shù)據(jù)會(huì)有較大的差異。這種測(cè)試方法也不再適應(yīng)現(xiàn)在的電池監(jiān)控系統(tǒng)的需求，取而代之的是在線式的內(nèi)阻監(jiān)控方式。下面我們就這種監(jiān)控方式作詳細(xì)的介紹。

2.在線電池內(nèi)阻監(jiān)控方式

從系統(tǒng)架構(gòu)來(lái)看這種監(jiān)控方式分為集中式和分布式。

2.1 集中式在線電池內(nèi)阻監(jiān)控系統(tǒng)

集中式監(jiān)控系統(tǒng)是指將一組甚至多組電池連接到同一臺(tái)設(shè)備上進(jìn)行測(cè)試，圖3是集中式監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)例子。

圖3.集中式電池監(jiān)控系統(tǒng)

集中式監(jiān)控系統(tǒng)測(cè)試電池內(nèi)阻大都采用交流注入法，即在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)一定頻率和幅度的交流(基本是正弦)信號(hào)注入到蓄電池兩端，然后通過(guò)探測(cè)并檢出蓄電池兩端同頻率的電壓波動(dòng)即可確定電池的內(nèi)阻。交流注入法也是大部分手持內(nèi)阻儀檢測(cè)內(nèi)阻的方法。交流注入法不需要從電池中取電，從而不會(huì)對(duì)電池本身的容量和壽命有影響。但交流注入法對(duì)電池注入的電流一般不能太大(1A以下)以避免對(duì)動(dòng)力環(huán)境系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，這么小的電流引起的電池電壓的波動(dòng)是非常難以精確測(cè)試的，很容易受到動(dòng)力環(huán)境系統(tǒng)中的噪聲的干擾，特別是在UPS系統(tǒng)里電池兩端存在大量的諧波干擾，如何濾除這些干擾是非常有挑戰(zhàn)性的一項(xiàng)工作。就目前的集中式設(shè)備測(cè)試內(nèi)阻的結(jié)果來(lái)看精度大都不太理想，距離分布式的采集模塊還是有差距的。集中式設(shè)備由于要采集多個(gè)電池單體的參數(shù)，這樣就需要從設(shè)備引出大量的連接線，而且由于電池?cái)[放的位置不同，這些連接線的長(zhǎng)度和走線都不一致，從而使得集中式監(jiān)控系統(tǒng)的施工和維護(hù)都較為麻煩。

雖然集中式的監(jiān)控方式有種種弊端，但由于其成本較低，所以在一些對(duì)內(nèi)阻精度要求不高的場(chǎng)合還是有相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)。生產(chǎn)集中式設(shè)備的廠家包括艾默生，杭州高特以及一些較小的廠商。

2.2 分布式在線電池內(nèi)阻監(jiān)控系統(tǒng)

相對(duì)集中式監(jiān)控方式，分布式系統(tǒng)的電池參數(shù)采集模塊和蓄電池一一對(duì)應(yīng)，采集模塊通過(guò)導(dǎo)軌或者雙面膠固定于電池表面，由于每一個(gè)電池單體配置一個(gè)傳感器，因此連接線短，這樣使得現(xiàn)場(chǎng)施工布線非常簡(jiǎn)單。圖4是分布式監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)例子。

圖4，分布式電池監(jiān)控系統(tǒng)

在分布式監(jiān)控系統(tǒng)中，電池參數(shù)采集模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)串行總線上報(bào)給現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)，再由現(xiàn)場(chǎng)主機(jī)上報(bào)給中心器，用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端訪問(wèn)器即可查看電池運(yùn)行的狀態(tài)參數(shù)。

分布式系統(tǒng)的電池參數(shù)采集模塊由于體積較小，不能自身內(nèi)部產(chǎn)生較大電流的信號(hào)，需從電池本身來(lái)取電，所以測(cè)試內(nèi)阻的方法一般采用直流或者交流放電法，即對(duì)電池拉取特定頻率和幅度的直流(脈沖)或者交流(正弦)電流，然后通過(guò)測(cè)試電池兩端的電壓波動(dòng)來(lái)確定電池的內(nèi)阻。由于脈沖信號(hào)里面包含的諧波分量較多，對(duì)于后期信號(hào)處理來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，從測(cè)試的內(nèi)阻結(jié)果精度來(lái)看也是交流放電法較好一些。采用直流放電法的有萊姆，華塑等公司，海偉辰電子等公司采用的是交流放電法。

3.電池參數(shù)采集模塊的性能指標(biāo)

衡量模塊內(nèi)阻測(cè)試的性能指標(biāo)包括測(cè)試的絕對(duì)精度，測(cè)試結(jié)果的重復(fù)度，模塊的靜態(tài)損耗以及模塊測(cè)試內(nèi)阻時(shí)的動(dòng)態(tài)損耗以及模塊的安全性能。