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电池人工检测与在线监测技术的比较-山克UPS电源











 
 
目前大多采用人工检查的方法来维护电池。除了放电测试,手动测量主要是测量电池组电压、单电池电压、温度和单电池内阻。
 
电池电压测量可以发现充电器的参数设置是否正确。由于电池串联运行,整个电池的电压由充电机的输出决定。
 
单电池电压监测可以发现单电池浮动充电电压不正确,单电池是否过充或过放电。
测温可以发现电池的工作环境是否通风不良,温度过高。
 
电池内阻可以反映电池容量下降和电池老化。不同厂家的内阻测试仪精度和抗干扰能力差别很大;由于工作频率不同,读数值也会不同;特别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。
 
人工测量存在许多不足:
 
A.人工测量的准确性会受到很多因素的影响;
b、由于大部分人工测试都是定期进行的,不能及时发现落后,电池失效;
c、放电测试会对电池造成不可恢复的隐患;
d、大量人工测量费时费力,安全性差,周期长。
 
二、电池在线监测。
 
电池在线监测管理是根据测量电池的运行条件和检测电池本身的情况而设计的。其发展大致经历了三个阶段:①整组电压监测;②单电池电压监测;③单电池内阻巡检。
 
1)监测整组电压。
 
整个电池的监测功能一般设计在整流电源中,测量电池组的电压、电流和温度,进行充放电管理,特别是根据环境温度的变化调整电池的浮充电压,当电池放电时,电池组的电压低到一定的下限时,现在UPS仍然采用这种方法。
然而,整组监测存在很大的不足。例如,当电池组放电时,电池组放电的截止电压为N×1.8V/(N为电池数量)。然而,由于电池组中电池的一致性无法严格保证,当个别电池在放电过程中达到放电截止电压时,电池组没有达到N×1.8V/会出现个别电池的过放电。
 
二是单电池电压监测。
 
全电子监控可以全面监控和管理电池的运行,如单电池电压、电池组电压、充放电电流、电池环境温度等。通过监测电池运行参数,可以保证电池在正常条件下的运行和工作。但是,在电池运行条件不能保证的前提下,电池运行参数的监测不能反映其性能参数。
 
三、监测单电池内阻。
 
电池总内阻是电荷转移电阻和各部件欧姆电阻的总和。实验表明,欧姆阻抗是电池早期失效的最大隐患。
以下是影响内阻变化最常见的因素:
随着栅板和汇流排的腐蚀,金属导电电路发生变化,内阻增大。
栅板腐蚀和长期使用会导致活性物质从栅板上脱落,增加内阻。
随着一些活性物质的硫化,涂抹的电阻也增加了。
由于VRLA电池不能加水,失水可能会导致电池报废。
制造缺陷,如铸铅和涂膏,会导致金属电阻和容量高的问题。
充电状态从浮充状态到20%容量放电,几乎不影响内阻。实验表明,20%的放电对内阻的影响小于3%。
 
39℃以下的高温对电池内阻影响不大,低温有一定影响,但需要在18℃以下。
实验表明,内阻比基准值高50%的电池无法通过标准容量测试,VRLA电池一个接一个失效。使用3~4年的电池组,每个内阻值分布高于基线值的0~100%也很常见。高放电率下的使用时间似乎对这些因素更加敏感,当电池内阻增加20~25%时,寿命就到了。在低放电率下,电池内阻通常在使用寿命增加20~35%后结束。
现场测试数据显示,当个别电池的内阻偏离平均值的25%时,应进行放电容量测试。将温度传感器放在电池表面可以发现电池过热,从而及时发现电池运行过程中的异常。
 
四、内阻测试方法。
 
近年来,电池监测设备制造商纷纷推出单电池内阻监测产品,导致电池监测技术的质变,即从被动监测电压到主动测试电池内部状态。一方面,内阻面可以监测电池的电压、电流、温度等运行参数,另一方面可以通过内阻监测及时发现电池的健康状况。
 
在线内阻测试技术难度大,各厂家的具体实现技术各有特点,其内阻精度和抗干扰能力也有很大差异。实时在线内阻监测有两种方法:DC放电和交流。
 
A.DC放电法。
 
DC法是通过瞬时大电流放电(70A)来测量电池的电压降,从而获得电池的内阻,并通过电池内阻的变化来分析电池的落后或失效趋势辅以电压、电流等运行参数的监测,是目前领先的监测技术。
 
DC法存在的不足之处:
 
a)大电流放电会给电池性能带来一定的损害;如果测量频率较高,损坏会再次积累;
b)直流法只能测量电池内阻中的欧姆阻抗,不能测量极化阻抗。判断电池故障,落后不足;
c)与电池的连接应在10平方毫米以上,连接方式要求较高。放电器和连接的可靠性要求很高。
 
近年来,随着数字信号处理技术的发展,有可能有效消除其他电磁信号干扰,突破性地解决交流法在实际应用中的问题,从而使该方法在实际工作中得到应用。
交流法是将一定频率的交流信号注入电池。由于电池内部存在阻抗,测量其反馈的电流信号,进行信号处理,比较注入信号与反馈信号的区别,从而测量电池内阻。
交流法的特点:
 
a)避免了大电流放电对电池性能的损害,因为不需要放电。
b)由于电池不需要离线或静态,避免了系统安全隐患,实现了实时在线测量。
C)交流法同时测量电池的欧姆阻抗和极化阻抗,使电池健康分析更加真实可靠。
d)由于没有负载,成本大大降低。
 

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