主要性能特點(diǎn) 

高可靠性
· 采用開關(guān)電源的模塊化設(shè)計(jì)，N+1熱備份。
· 充電模塊可以帶電熱插拔，平均維護(hù)時(shí)間大幅度減少。
· 動(dòng)力母線和控制母線可以由充電模塊單獨(dú)直接供電，可以通過 降壓裝置熱備份。
· 硬件低差自主均流技術(shù)，模塊間輸出電源最大不平衡度優(yōu)于5%。
· 可靠的防雷和電氣絕緣措施，選配的絕緣監(jiān)測裝置能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測系統(tǒng)絕緣情況，確保系統(tǒng)和人身安全。
· 系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用IEC（國際電工委員會(huì)），UL等國際標(biāo)準(zhǔn)，可靠性與安全性有充分保證。
高智能化
· 監(jiān)控模塊采用大屏幕液晶漢字顯示，聲光告警。
· 可通過監(jiān)控模塊進(jìn)行系統(tǒng)各個(gè)部分的參數(shù)設(shè)置。模塊具有平滑調(diào)節(jié)輸出電壓和電流的功能，具備電池充電溫度補(bǔ)償功能。
· 具有多個(gè)擴(kuò)展通訊口，可以接入多種外部智能設(shè)備（如電池測試儀、絕緣監(jiān)測裝置等）。
· 現(xiàn)代電力電子與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合，提供對電源系統(tǒng)的 “遙測、遙控、遙信、遙調(diào)”的支持，實(shí)現(xiàn)無人值守。
· 蓄電池自支管理及保護(hù)，實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測蓄電池的端電壓、充電放電電流，并對蓄電池的均浮充電進(jìn)行智能控制，設(shè)有電池過欠壓和充電過流聲光告

警

摘要：分析VRLA蓄電池運(yùn)行中影響其性能的諸多因素，并就蓄電池人工檢測與在線監(jiān)測的技術(shù)加以比較，提出蓄電池維護(hù)中以內(nèi)阻在線監(jiān)測為主的解決方案。

 前言: 分析VRLA隨著我國通訊、電力、UPS等行業(yè)的迅猛發(fā)展，免維護(hù)蓄電池的用量也在快速增加，其性能狀況的優(yōu)劣對于保證后備直流電源的正常運(yùn)行尤為重要，但同時(shí)各種問題也逐漸顯現(xiàn)：

·使用壽命比預(yù)計(jì)的要短；

·個(gè)別電池失效導(dǎo)致整組電池失效；

·突發(fā)性的電池故障很難保證及時(shí)發(fā)現(xiàn)；

·電池放電測試的風(fēng)險(xiǎn)很高；

·由于現(xiàn)場條件限制，很難進(jìn)行手工檢測，測試數(shù)據(jù)分析需要運(yùn)維人員具有很高的專業(yè)水準(zhǔn)；

·無人職守站（所）的日常檢查費(fèi)用很高；

·缺乏科學(xué)、有效的監(jiān)測管理手段，對蓄電池的合理使用不能及時(shí)作出準(zhǔn)確的判斷；

·具有“電池管理功能”的電源設(shè)備，沒有真正起到電池管理者的作用。

有關(guān)資料表明，蓄電池使用3--4年后，大部分很難通過容量檢測，只有少數(shù)能超過6年。而實(shí)際使用中，只有很少用戶定期檢查蓄電池并對蓄電池作定期容量測試，很多情況是在停電后才發(fā)現(xiàn)蓄電池放電容量達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，甚至有的電池組的容量達(dá)不到額定容量的50%還在繼續(xù)“工作”。

這就說明，蓄電池用戶迫切需要能夠?qū)崟r(shí)在線監(jiān)測蓄電池性能狀況，蓄電池在線監(jiān)測設(shè)備對蓄電池的管理有重要的意義。

一、影響蓄電池性能的因素

1.影響蓄電池質(zhì)量的技術(shù)問題

1）電池構(gòu)成

VRLA電池由正極板、負(fù)極板、AGM隔膜、正負(fù)匯流條、電解液、安全閥、蓋和殼組成。其中正極板柵厚度、合金成份、AGM隔膜厚度均勻性、匯流條合金、電解液量、安全閥開閉壓力、殼蓋材料、電池生產(chǎn)工藝等對電池壽命和容量均勻性具有重要影響。

2）板柵合金

VRLA電池負(fù)板柵合金一般為Pb-Ca系列合金，正板柵合金有Pb－Ca系列、Pb-Sb（低）系列和純Pb等，其中Pb-Ca、Pb-Sb（低）合金正板柵電池浮充壽命相近，但循環(huán)壽命相差較大，對于經(jīng)常停電地區(qū)選用低銻合金電池可靠性好。

3）板柵厚度

極板的正板柵厚度決定電池的設(shè)計(jì)壽命。

4）安全閥

安全閥是電池的一個(gè)關(guān)鍵部件，具有濾酸、防爆和單向開放功能，YD／T7991996規(guī)定安全開閉壓力范圍為1－49kPa，但是，對于長壽命電池，必須考慮單向密封，防止空氣進(jìn)人電池內(nèi)部，同時(shí)防止內(nèi)部水蒸氣在較高溫度下跑掉。

5）AGM隔膜

隔膜孔隙率和厚度均勻性，直接影響隔膜吸酸飽和度和裝配壓縮比，從而影響電池壽命和容量均勻性。

6）殼蓋材料

VRLA電池殼蓋材料有PP、ABS和PVC，PP材料相對較好。

7）酸量和化成工藝

分為電池化成和槽化成兩種，電池化成可以定量注酸并記錄每個(gè)電池單體化成全過程數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確判斷每個(gè)出廠電池綜合生產(chǎn)質(zhì)量狀況，但化成時(shí)間較長。槽化成是對極板化成，化成時(shí)間短，極板化成較充分，但對電池組裝質(zhì)量不能通過化成過程數(shù)據(jù)記錄判斷。

8）涂板工藝

涂板工藝要保證極板厚度和每片極板活性物質(zhì)的均勻性。

9）密封技術(shù)

VRLA電池密封技術(shù)包括極柱密封、殼蓋材料透水性、殼蓋密封和安全閥密封。

10）氧復(fù)合效率

AGM電池具有良好的 會(huì)引起極板形變，最后失效。浮充電壓是蓄電池長期使用的充電電壓，是影響電池壽命至關(guān)重要的因素。一般情況下，浮充電壓定為2.23~2.25V/單體（25℃）比較合適。

4.蓄電池在后備電源運(yùn)行中存在問題

1）蓄電池壽命無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求

在實(shí)際中，蓄電池在三年時(shí)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重劣化，使用超過5年的蓄電池很少。原因是在使用中對蓄電池沒有有效、合理地進(jìn)行管理以及維護(hù)，造成蓄電池在早期出現(xiàn)劣化，并且沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后電池，致使劣化積累、加劇，導(dǎo)致蓄電池過早報(bào)廢。

2）對蓄電池的運(yùn)行情況、性能狀況不明

蓄電池組中如果有落后的蓄電池，可以通過一定深度的放電、充電循環(huán)，在一定程度上減少落后的差別。但由于沒有良好的管理手段，對于蓄電池內(nèi)部性能參數(shù)，如蓄電池的內(nèi)阻、當(dāng)前的剩余容量，無法十分清楚地了解，所以相應(yīng)的措施就無法實(shí)施。

3）對于單體電池而言，充電機(jī)制可靠性需要完善

由于目前國內(nèi)直流系統(tǒng)的充電機(jī)制不是非常的完善，在實(shí)際中存在電壓漂移的情況，蓄電池長期處于浮沖狀態(tài)，如果浮沖電壓偏離正常的范圍，就會(huì)造成蓄電池的過充或欠充，長期的過充或欠充對于蓄電池的性能影響非常大。

4）單體電池之間不均衡

目前蓄電池組由數(shù)量很多的單體電池組成，實(shí)際運(yùn)行中存在單體電池之間充電電壓、內(nèi)阻等差異較大的情況，特別是在浮充下，這種不均衡現(xiàn)象顯得非常嚴(yán)重。個(gè)別落后電池充電不完全，如果沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理，這種落后就會(huì)加劇。如此反復(fù)，這種不均衡就加重，致使落后電池失效，從而引起整組蓄電池的容量過早喪失。

5）無人值守站點(diǎn)的維護(hù)工作缺乏良好的管理監(jiān)測手段

對于許多無人值守的站點(diǎn)，由于沒有網(wǎng)絡(luò)管理監(jiān)測的手段，對于蓄電池的維護(hù)更加薄弱，特別是對于蓄電池的運(yùn)行情況以及性能狀況，不能清楚的了解。大量的維護(hù)與管理工作由人工進(jìn)行，同時(shí)數(shù)據(jù)的整理與分析需要維護(hù)人員有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)。

6）蓄電池終止壽命無法提前判斷以及蓄電池的更換缺乏科學(xué)的依據(jù)

我們對于蓄電池的壽命終止，希望能夠提前作出判斷，為蓄電池的更換贏得時(shí)間。但目前對于蓄電池壽命的終止，沒有一個(gè)可靠的手段，僅僅根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行。所以在實(shí)際中，往往是蓄電池放電的容量低于最低要求后，才在放電中發(fā)現(xiàn)蓄電池的壽命終止。

二、蓄電池人工檢測與在線監(jiān)測的技術(shù)比較

 1．人工檢測

目前大部分都采用人工檢查的方法，來實(shí)現(xiàn)蓄電池的維護(hù)。該方法除了放電測試外，人工測量主要是測量電池組電壓、單電池電壓、溫度和單電池內(nèi)阻。

電池組電壓測量可以發(fā)現(xiàn)充電機(jī)的參數(shù)設(shè)置是否正確。由于蓄電池是串聯(lián)運(yùn)行，整組電池的電壓由充電機(jī)的輸出來決定。

單電池電壓監(jiān)測可以發(fā)現(xiàn)單電池浮充電壓不正確，單電池是否被過充電、過放電等情況。

溫度測量可以發(fā)現(xiàn)電池的工作環(huán)境是否通風(fēng)不良、溫度過高。

電池內(nèi)阻能夠反映電池的容量下降和電池老化。不同廠家的內(nèi)阻測試儀的準(zhǔn)確度和抗干擾能力差別很大；由于采用的工作頻率不同，其讀數(shù)值也會(huì)有差別；尤其是測量夾具很難與電池端子直接接觸，測量值往往包括連接電阻。

人工測量存在眾多不足：

a、人工測量的準(zhǔn)確度會(huì)受到諸多因素的影響；

b、由于人工測試大都為定期進(jìn)行，無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后、失效蓄電池；

c、放電測試對蓄電池會(huì)造成無法恢復(fù)的傷害隱患；

d、大量的人工測量費(fèi)時(shí)費(fèi)力，安全性差，周期長。

 2．蓄電池的在線監(jiān)測

蓄電池在線監(jiān)測管理是針對測量電池的運(yùn)行條件和檢測電池本身的狀況而設(shè)計(jì)的，其發(fā)展大致經(jīng)歷了三個(gè)階段：①整組電壓監(jiān)測、②單電池電壓監(jiān)測、③單電池內(nèi)阻巡檢

1）整組電壓監(jiān)測

整組電池監(jiān)測功能一般設(shè)計(jì)在整流電源內(nèi)，測量電池組的電壓，電流和溫度，進(jìn)行充電和放電管理，尤其是根據(jù)環(huán)境溫度變化調(diào)整電池的浮充電壓，在電池放電時(shí)電池組電壓低至某下限時(shí)報(bào)警，現(xiàn)在的UPS仍然采用該方法。

但是整組監(jiān)測存在較大的不足,如在蓄電池組放電時(shí),放電的截止電壓是N×1.8V/只（N為蓄電池?cái)?shù)量）,但是由于蓄電池組中蓄電池的一致性無法嚴(yán)格保證，因此在放電中當(dāng)個(gè)別電池已經(jīng)達(dá)到放電截止電壓，但電池組并沒有達(dá)到N×1.8V/只，這樣就會(huì)出現(xiàn)個(gè)別電池過放電。

2）單電池電壓監(jiān)測

全電子式的監(jiān)測，對蓄電池的運(yùn)行情況可以作到較為全面的監(jiān)測與管理，如單電池電壓、電池組電壓、充放電電流、蓄電池的環(huán)境溫度等。通過蓄電池運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測，可以保證蓄電池在正常條件下的運(yùn)行與工作。但當(dāng)蓄電池運(yùn)行條件無法保障的前提下，蓄電池運(yùn)行參數(shù)的監(jiān)測是無法反映其性能參數(shù)的。

3）單電池內(nèi)阻監(jiān)測

電池總內(nèi)阻是電荷轉(zhuǎn)移電阻與各部件歐姆電阻的總和，實(shí)驗(yàn)表明：歐姆阻抗是電池早期失效的最大隱患。

以下是最通常的影響內(nèi)阻變化的因素：

腐蝕隨柵板和匯流排的腐蝕，金屬導(dǎo)電回路變化，使內(nèi)阻增大。

柵板腐蝕和長年使用會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)從柵板上脫落，使內(nèi)阻增大。

硫化隨一部分活性物質(zhì)硫化，涂膏的電阻亦增加。

電池干涸由于VRLA電池?zé)o法加水，失水可能使電池報(bào)廢。

制造制造缺限，如鑄鉛和涂膏，都能導(dǎo)致高的金屬電阻和容量問題。

充電狀態(tài)從浮充狀態(tài)到20%容量的放電，幾乎不影響內(nèi)阻。實(shí)驗(yàn)表明20%的放電對內(nèi)阻的影響小于3%。

溫度39℃以內(nèi)的高溫對電池內(nèi)阻影響甚微，低溫有些影響，但需到18℃以下。

實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)阻比基準(zhǔn)值高出50%的電池，不能通過標(biāo)準(zhǔn)的容量測試，VRLA電池是一個(gè)接一個(gè)地失效。使用3~4年的電池組，各個(gè)內(nèi)阻值分布高于基線值的0~100%也是常事。高放電速率下的使用時(shí)間似乎對這些因素更為敏感，一般電池內(nèi)阻增加20~25%時(shí)就到了壽命期限。在低放電速率下，電池內(nèi)阻一般增加20~35%后壽命才結(jié)束。

現(xiàn)場測試的數(shù)據(jù)表明，個(gè)別電池的內(nèi)阻偏離平均值的25%時(shí)，就應(yīng)該做一次放電容量測試了。將溫度傳感器置于電池表面可以發(fā)現(xiàn)電池過熱，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)電池運(yùn)行過程的異常。