智能蓄电池组监测系统

智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0杭州高特电子设备有限公司智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0第1页一、概述随着社会的进步和信息化、自动化程度的不断提高，人们对电力、通信、金融、交通等行业的依赖程度进一步加深，也就对供电系统的可靠性提出了更高的要求。无论在电力变电站、电信机房、移动基站还是UPS系统中，蓄电池作为备用电源在系统中起着极其重要的作用。平时蓄电池处于浮充电备用状态，由交流市电经整流设备变换成直流向负荷供电，而在交流电失电或其它事故状态下，蓄电池是负荷的唯一能源供给者，一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。阀控式铅酸蓄电池俗称“免维护”蓄电池，它的应用大大减少了开口式铅酸蓄电池繁琐复杂的维护工作，然而，其“免维护”的优点，正是运行管理的缺点和难点。除了正常的使用寿命周期外，由于电池本身的质量如材料、结构、工艺的缺陷及使用不当等问题导致一些蓄电池早期失效的现象时有发生。所谓“免维护”仅仅指无需加水、加酸、换液等维护，日常维护仍是必不可少的，而开口式铅酸蓄电池运行检测维护方法已不再适用于阀控式铅酸蓄电池，这就对蓄电池测试设备提出了新的要求。因此在提高蓄电池性能、减少维护工作量的同时，如何快捷有效地检测出早期失效电池、预测蓄电池性能变化趋势已成为蓄电池运行管理的重中之重，这对无人值守变电站、通信机房、移动基站及UPS系统尤为重要。杭州高特电子设备有限公司生产的DJX8.0系列智能蓄电池组监测系统，适用于各种蓄电池的性能监测，是直流系统不可缺省的理想保障设备。本系统采用微机控制，自动化程度高，现场操作灵活简便，可在线监测单体电池的内阻、电压，蓄电池组组端电压、充放电电流和温度，静态放电测试电池容量，综合测量判定电池性能及其变化趋势，对失效电池予以显示和报警，并对电池进行有效的活化维护。本系统具有网络通讯功能，通过远程服务器经以太网可对各变电站的蓄电池组监测系统进行实时监控与数据管理，实现遥测、遥信、遥控，使蓄电池得以及时的维护，保证直流系统的安全运行，提高供电系统的可靠性。二、系统特点本系统集电池测量、电子、计算机控制等多项技术的综合成果。具有如下特点：系统组成：监控主机、蓄电池组监护模块、放电模块、服务器（网络版）。在线自动监测单体电池的内阻、电压，蓄电池组组端电压、充放电电流和温度，数据采集快速准确，可记录蓄电池充放电过程每一瞬间的变化，保证对蓄电池性能的准确判别。静态放电（核对性放电）测量蓄电池组容量，放电过程各项参数、曲线全程显示。可在线实现对单体电池电压均衡调节功能，对单体电池进行充放电活化维护，延长蓄电池的使用寿命。放电保护：出现单体电池电压低于设定值，放电时间、容量到达设定值，交流失电等情况之一，设备自动停止放电。多种故障报警功能：内阻超限、电压超限、温度超限、电压均差值超限等，报警阀值自由设定。自动存储报警信息及单体电池内阻、电压、充放电电流、温度、核对性放电数据等。系统具有自检功能，当系统出现故障时，除给出故障信号报警提示外，不影响直流系统的正常运行，保证系统的可靠性。支持多种程序升级方式：远程升级、现场USB升级等。模块化构架，组合模式灵活，可满足对任意数量蓄电池监控的要求。设备安装、调试、维护简便，各蓄电池组监护模块前后采用隔离技术，安全性、可靠性程度高。A0智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0第2页具有多种通讯方式：LAN、RS232、RS485等，以适合不同系统的通讯要求。配备完善的计算机管理分析监控软件，具有强大的数据处理功能，采用先进的蓄电池专家诊断数学模型，对蓄电池的多项测量结果进行综合计算分析，准确判别蓄电池性能。实时数据查询功能、历史数据查询功能、报警数据查询功能、运行参数设置功能。用户可自由设定月报、季报、年报时间间隔。输出报表格式包括：数据表格方式（分类显示电压、内阻）、曲线方式、柱状图方式等。三、主要技术性能及参数CPU采用Davinci平台，ARM9+DSP操作系统Linux数据内存64M工作电源AC/DC220V、DC110V/48V静态放电电流5A～30A(220V直流屏)10A～50A(110V直流屏)注：可根据要求整定或扩展内阻测量精度±(2.5%+25μΩ)电压检测精度±0.2%电流检测精度±1%温度检测精度±0.5℃可检测电池数≤400节×4组数据记录间隔15s（在线运行监测/静态放电检测状态）人机界面7寸触摸屏800×480TFT真彩接口LAN(RJ45)、RS485、RS232、USB、SD输出接点干接点2个查询方式控制方式现场面板查询方式、远端计算机查询方式微机自动控制，也可手动控制或远端计算机控制报警方式现场：声光报警，并显示报警内容，故障输出节点闭合远端计算机：报警并显示报警内容绝缘电阻500M1000VDC工频耐压2000VAC工作环境环境温度：-10～+50℃相对湿度：85%（无凝露）环境磁场：400A/m周围不允许有易腐蚀易燃易爆气体外形尺寸主机：290×81×130mm蓄电池组监护模块：483×252×44mm放电模块：510×408×156mm重量监控主机：1.5Kg蓄电池组监护模块：2.5Kg放电模块：10Kg四、系统工作原理（一）蓄电池测量原理由于蓄电池电化学反应的复杂性，以及各种材料、结构、制造工艺及使用环境的不同，致使蓄电池的特性相互间存在较大差异，迄今为止，世界上尚没有一种简单的方法能够对电池性能进行快速准确的判定。蓄电池性能的检测和失效预测，仍是一个很复杂的电化学测量难题。A0智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0第3页目前，常用的检测方法为测量蓄电池的端电压、内阻和核对性放电容量测试。而蓄电池的端电压与容量无对应关系。平时处于浮充状态下的端电压是难以真实反映蓄电池性能的，即使性能很差的蓄电池在浮充状态下也可能测得合格的电压。而一旦停电，需蓄电池组放电时，该蓄电池组就可能无法保证事故状态下放电要求，从而扩大事故范围。经过分析，蓄电池具有如下放电曲线：uΔV0.1C0.5C3.0Ct0由此放电曲线，可以得出以下结论：相同的放电曲线反映了相同的电池性能。t用恒定的电流对蓄电池放电，可在短时间得到明显的下跌曲线，进而测得蓄电池内阻，对同一厂家、同规格的蓄电池测得的内阻值将反映出蓄电池性能的差异。对同一蓄电池，随着循环次数和使用时间的增加，放电曲线也将明显发生变化，可作为蓄电池性能及使用寿命的评估依据。采用先进的数学模型，对蓄电池浮充电压、放电曲线和内阻值等多项测量结果进行综合计算分析，即可对蓄电池的性能作出判断。针对电力系统的使用要求，直流系统中的蓄电池必须能够提供足够大的瞬时电流和长时间的小电流放电，即要求有较小的内阻和较大的容量。结合我们对放电曲线的分析，本系统采用以下多项检测方法：（1）实时检测每节蓄电池电压、蓄电池组充放电电流、温度。（2）恒流放电，在短时间内得到蓄电池瞬间的放电曲线，测得内阻：蓄电池内阻=蓄电池电压变化÷\u25918X电电流（3）静态恒流放电，测得蓄电池容量：蓄电池容量=放电电流×\u26102X间（4）运用先进的数学模型对以上诸参数通过计算机进行综合计算分析，即可得出对电池性能好坏的准确评估。显然，我们的测量方法不但得到了蓄电池的内阻、容量等相关参数，而且符合电力系统对蓄电池负荷的实际要求，真实反映了蓄电池的负荷承受能力和使用性能。在直流屏中，蓄电池长期处于浮充电状态。对阀控式铅酸蓄电池，长期浮充电将造成极板硫化、失水等，导致性能下降。因而，静态放电功能可用于蓄电池组的日常活化维护，有利于电池容量的恢复和保持，延长电池使用寿命。(二)电路原理框图：A0智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0第4页(三)系统各部分原理简述1、蓄电池组监护模块（以下简称BMM）（1）BMM原理框图A/D放电负载电压均衡电流采集CPU温度采集通讯电源在框图中我们可以看到，通过开关切换，可以实现单电池电压测量，单电池直流负载放电测试蓄电池内阻，也可以对单电池予以充电进行电压均衡调节。（2）BMM内阻测试原理BMM采用了直流内阻测试方法，即给电池增加一个负载，测量由此产生的变化电压和电流，可以通过电压变化值除以电流变化值计算得到电池的内阻。内阻测试采用了四线制的方法，如图：A0智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0第5页UUR=1−I2由于在电路中采用了软硬件的滤波措施，可有效的滤除充电机纹波对内阻测试的影响，保证了蓄电池在线内阻测试的准确性、一致性和重复性。（3）BMM电压均衡调节充放电原理在蓄电池组实际运行时，充电机并不是对每个电池单独控制充电的，而是控制整组电池的充电电压。如要求单体浮充电压为2.25V时，对通信电源的24节电池组，则整组电池电压设为：24×2.25＝54V；对电力电源108节电池组，则整组电池电压设为：108×2.25＝243V。这时，问题就产生了——由于电池生产过程中材料、工艺等非一致性，导致了单体电池性能参数的非一致性，每个单体电池并没有按理想设定的浮充电压（2.25V）在充电！在实际运行中，我们经常可以看到在一组蓄电池中单体电池浮充电压波动有可能很大，运行规程中给出了蓄电池浮充电压的限值是±50mV，尽管某些蓄电池的单体电压没有超过限值，但却长期偏离设定电压运行，这就为蓄电池的失效埋下了种子。通过对蓄电池运行数据分析可以发现：过高的浮充电压意味着对电池的过充，长期处于过充状态，将加速正极板腐蚀，并影响电池寿命；同样，过低的浮充电压意味着对电池的欠充，长期处于欠充状态，将加速负极板腐蚀，也将影响电池寿命；电池组中各单体电池电压会相互影响，产生更大的波动，加强了过充和欠充现象。由于阀控电池平时一直处于浮充电状态，所以只有三种可能，即正常浮充状态、过充状态、欠充状态。这一状态的判别，并不是简单的在某一时刻去测量单体电池浮充电压，而是应该通过一段时间的电压数据分析，如自身离散度的变化、相对整组离散度的变化等，再辅以内阻的变化，才能较为准确的获得浮充电状态。在BMM设备的CPU中，内嵌了电池分析的数学模型，通过对电池电压及电压离散度和内阻的变化分析，判断目前蓄电池处于的状态，当得出蓄电池处于欠充或过充状态时，设备将自动启动维护程序，在线对蓄电池进行电压均衡调节充电或活化。维护程序也可通过网络远程下达指令执行。1、对确认过充的电池，予以在线活化。当电池处于长期过充电状态，将加速正极板的腐蚀，影响电池容量。过充的电池会在浮充电压中得到表现，在BMM中的分析程序得出过充判断后，通过在线对过充电池适当调整浮充电压（轻微的放电），和充放电维护活化，可改善过充对电池造成的损害，并使电池恢复到正常浮充电状态。A0智能蓄电池组监测系统用户手册V8.0第6页2、对确认欠充的电池，予以在线补充电。长期充电不足或是在放电后没有及时完全充电，将导致负极板的硫酸盐化，使原本处于欠充的负极板PbSO4无法得到还原，并影响电池容量。欠充的电池会在浮充电压中得到表现，在BMM中的分析程序得出欠充判断后，及时予以在线补充电，改善可能出现的硫化现象，使电池恢复到正常浮充电状态。电压均衡调节充电原理如图：（4）蓄电池性能分析数学模型大量的电池运行数据统计表明，电池电压的变化与电池性能变化有相关性。经验告诉我们，随着电池使用时间的增加，电池性能不断劣化，电池容量不断下降，而此时电池电压的离散性也会变得愈来愈大。这是不容置疑的，也是有理论依据的。找出其中规律，并以一种可用的数学模型表达，即可成为可用的电池测试分析手段。基于以上经验，我们对大量的电池组运行数据进行了长时间的跟踪分析，证明了这一规律的存在，并在此基础上我们建立了分析的数学模型。电池失效数学模型的判定依据有以下几点：伴随着电池性能的劣化，该电池相对于自身的电池电压离散度将逐步变大；伴随着电池性能的劣化，该电池相对于整组电池的电池电压离散度将逐步变大；伴随着电池性能的劣化，该电池相对于自身的内阻值将逐步变大；伴随着电池性能的劣化，该电池的充放电曲线电压之差相对于电池组其它电池的值将逐步变大。显然，面对不断采集到的大量电池电压数据，要快速分析这些数据，理出有用的