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理士蓄电池监控技术的应用与发展
摘要：阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）由于具有电压平稳，成本低，使用和维护方便等优点使得其得到了广泛的应用，虽然现在各种新型的电池材料不断出现，但目前甚至是可预见的未来一段时间
阀控式密封铅酸蓄电池（VRLA）由于具有电压平稳，成本低，使用和维护方便等优点使得其得到了广泛的应用，虽然现在各种新型的电池材料不断出现，但目前甚至是可预见的未来一段时间，VRLA蓄电池仍然会在通讯，电力，轨道交通等领域作为后备电源和储能设备的主力军。
虽然VRLA蓄电池号称是“免维护”的，但现在市场上电池厂家众多，鱼龙混杂，质量参差不齐，而且在实际使用中，由于蓄电池本身的劣化，蓄电池的容量也是在不断下降的，特别是在实际使用中，通常是多个蓄电池串联使用，这就使得一个蓄电池的性能劣化会拖累整组电池的性能，从而让电池组达不到设计容量，一旦停电，事故发生的可能性就大大增加，所以日常对电池组的监控和维护是必不可少的，从而避免电池故障给用电客户带来损失。本文就VRLA蓄电池的监控技术的发展和现状做一个全面的介绍和分析。
1.传统的电池监控方式
长期以来，蓄电池的维护单位都是以人工维护，最常见的是以下几种方式：1.1.核对性放电这种方法是最准确知道蓄电池容量的方法。具体的操作是将浮充状态的电池组脱离负载，然后以电池标称容量的0.1C的速度放电（即100Ah的电池以10A的放电速度放电），并记录电池到达规定的终止电压的时间以确定电池的实际容量。这种方法最大的优点是准确，但缺点也显而易见：这种方法需人工操作，有一定的危险性；需要脱离负载操作，所以放电过程中如果发生停电，系统就没有后备电源的保障；这种方法其实测试的电池组里面最差电池单体的容量，其他电池单体的容量仍然没有掌握的；另外对电池容量本身也有一定的损害，所以不能频繁的对电池进行核对性放电，一般的用电单位进行这种测试的频率是一年1-2次，而电池劣化的过程经常是在几周内发生的，这样在两次测试间隔时期电池的状态仍然是未知的，事故隐患仍然存在。
1.2.在线或者人工监测电池电压
这是长期以来监测电池状态最常用的方法。但从下图可以看出，在浮充状态下，容量不同的电池的浮充电压几乎是一致的，通过放电测试可以看到容量异常的电池很快就会下降到截止电压，从而说明通过这种方法来判断电池的容量是无效的。
1.3.人工测量电池内阻
这种方法通常与方法2共同使用来判别电池好坏。即维护人员利用内阻仪手工测试电池单体的内阻。到目前为止，虽然大量的文献指出蓄电池的内阻和容量状态并没有一个明确的数学对应关系，但业界里公认内阻的变化是和容量的变化相关的。在图2里面黄色趋势线显示蓄电池的内阻在10月到11月期间因为各种原因急剧上升，因此可以判断出蓄电池的状态已经严重劣化，经过对电池的放电证实的确是电池已经失效。
但这种方法的缺点也显而易见：不能实时在线监测电池的状态；花费的时间长，人力成本高；有些电池组由于空间的限制，并不便于人工操作；每次测试由于人员和仪器的不同数据会有较大的差异。这种测试方法也不再适应现在的电池监控系统的需求，取而代之的是在线式的内阻监控方式。下面我们就这种监控方式作详细的介绍。
2.在线电池内阻监控方式
从系统架构来看这种监控方式分为集中式和分布式。
2.1集中式在线电池内阻监控系统
集中式监控系统是指将一组甚至多组电池连接到同一台设备上进行测试，图3是集中式监控系统的一个例子。
集中式监控系统测试电池内阻大都采用交流注入法，即在设备内部产生一个一定频率和幅度的交流（基本是正弦）信号注入到蓄电池两端，然后通过探测并检出蓄电池两端同频率的电压波动即可确定电池的内阻。交流注入法也是大部分手持内阻仪检测内阻的方法。交流注入法不需要从电池中取电，从而不会对电池本身的容量和寿命有影响。但交流注入法对电池注入的电流一般不能太大（1A以下）以避免对动力环境系统产生*，这么小的电流引起的电池电压的波动是非常难以精确测试的，很容易受到动力环境系统中的噪声的*，特别是在UPS系统里电池两端存在大量的谐波*，如何滤除这些*是非常有挑战性的一项工作。就目前的集中式设备测试内阻的结果来看精度大都不太理想，距离分布式的采集模块还是有差距的。集中式设备由于要采集多个电池单体的参数，这样就需要从设备引出大量的连接线，而且由于电池摆放的位置不同，这些连接线的长度和走线都不一致，从而使得集中式监控系统的施工和维护都较为麻烦。
虽然VRLA蓄电池号称是“免维护”的，但现在市场上电池厂家众多，鱼龙混杂，质量参差不齐，而且在实际使用中，由于蓄电池本身的劣化，蓄电池的容量也是在不断下降的，特别是在实际使用中，通常是多个蓄电池串联使用，这就使得一个蓄电池的性能劣化会拖累整组电池的性能，从而让电池组达不到设计容量，一旦停电，事故发生的可能性就大大增加，所以日常对电池组的监控和维护是必不可少的，从而避免电池故障给用电客户带来损失。本文就VRLA蓄电池的监控技术的发展和现状做一个全面的介绍和分析。
1.传统的电池监控方式
长期以来，蓄电池的维护单位都是以人工维护，最常见的是以下几种方式：1.1.核对性放电这种方法是最准确知道蓄电池容量的方法。具体的操作是将浮充状态的电池组脱离负载，然后以电池标称容量的0.1C的速度放电（即100Ah的电池以10A的放电速度放电），并记录电池到达规定的终止电压的时间以确定电池的实际容量。这种方法最大的优点是准确，但缺点也显而易见：这种方法需人工操作，有一定的危险性；需要脱离负载操作，所以放电过程中如果发生停电，系统就没有后备电源的保障；这种方法其实测试的电池组里面最差电池单体的容量，其他电池单体的容量仍然没有掌握的；另外对电池容量本身也有一定的损害，所以不能频繁的对电池进行核对性放电，一般的用电单位进行这种测试的频率是一年1-2次，而电池劣化的过程经常是在几周内发生的，这样在两次测试间隔时期电池的状态仍然是未知的，事故隐患仍然存在。
1.2.在线或者人工监测电池电压
这是长期以来监测电池状态最常用的方法。但从下图可以看出，在浮充状态下，容量不同的电池的浮充电压几乎是一致的，通过放电测试可以看到容量异常的电池很快就会下降到截止电压，从而说明通过这种方法来判断电池的容量是无效的。
1.3.人工测量电池内阻
这种方法通常与方法2共同使用来判别电池好坏。即维护人员利用内阻仪手工测试电池单体的内阻。到目前为止，虽然大量的文献指出蓄电池的内阻和容量状态并没有一个明确的数学对应关系，但业界里公认内阻的变化是和容量的变化相关的。在图2里面黄色趋势线显示蓄电池的内阻在10月到11月期间因为各种原因急剧上升，因此可以判断出蓄电池的状态已经严重劣化，经过对电池的放电证实的确是电池已经失效。
但这种方法的缺点也显而易见：不能实时在线监测电池的状态；花费的时间长，人力成本高；有些电池组由于空间的限制，并不便于人工操作；每次测试由于人员和仪器的不同数据会有较大的差异。这种测试方法也不再适应现在的电池监控系统的需求，取而代之的是在线式的内阻监控方式。下面我们就这种监控方式作详细的介绍。
2.在线电池内阻监控方式
从系统架构来看这种监控方式分为集中式和分布式。
2.1集中式在线电池内阻监控系统
集中式监控系统是指将一组甚至多组电池连接到同一台设备上进行测试，图3是集中式监控系统的一个例子。
集中式监控系统测试电池内阻大都采用交流注入法，即在设备内部产生一个一定频率和幅度的交流（基本是正弦）信号注入到蓄电池两端，然后通过探测并检出蓄电池两端同频率的电压波动即可确定电池的内阻。交流注入法也是大部分手持内阻仪检测内阻的方法。交流注入法不需要从电池中取电，从而不会对电池本身的容量和寿命有影响。但交流注入法对电池注入的电流一般不能太大（1A以下）以避免对动力环境系统产生*，这么小的电流引起的电池电压的波动是非常难以精确测试的，很容易受到动力环境系统中的噪声的*，特别是在UPS系统里电池两端存在大量的谐波*，如何滤除这些*是非常有挑战性的一项工作。就目前的集中式设备测试内阻的结果来看精度大都不太理想，距离分布式的采集模块还是有差距的。集中式设备由于要采集多个电池单体的参数，这样就需要从设备引出大量的连接线，而且由于电池摆放的位置不同，这些连接线的长度和走线都不一致，从而使得集中式监控系统的施工和维护都较为麻烦。