基于交流注入法后備VRLA電池在線監測方案

一、后備電池監測必要性

隨著蓄電池的廣泛應用，特別是備用電源中的應用，由于VRLA蓄電池的運行要求比較嚴格，電池在偏離了正確的使用條件下運行會影響電池使用壽命，甚至造成嚴重的后果，因此，2009年6月1日開始執行新的《電子信息系統機房設計規范》GB50174—2008，對蓄電池的管理提出了明確的要求，特別是對A級機房的蓄電池要求監測到每一塊電池，這對于提高機房應對供電災難的水平意義重大。

二、電池內阻在線監測技術

連續監測蓄電池的運行參數（單電池電壓、充放電電流、溫度）以及內阻的變化，對于蓄電池進行全監測，通過蓄電池失效早期的特征，及時發現單體電池的不均衡性、以及失效、落后電池等情況，并進行及時有效的處理，就可以防止蓄電池劣化加劇，延長蓄電池的使用壽命。

1 人工檢查

除了放電測試外，人工測量主要測量電池組電壓、單電池電壓、溫度和單電池內阻。

2 在線監測

通常內阻的測量方式有以下兩種：

1）直流方法

由于內阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對較小，給準確測量帶來困難，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩定區域計算電壓變化幅值。實際測量中，直流方法所得數據的重復性較差、準確度很難達到10%以上。

目前很多采用直流測試法的內阻測試設備都采用大電流放電，這樣，需用使用大的放電器和大截面的導線同蓄電池連接，這在實際使用中會帶來一定的安全隱患。同時由于需要對蓄電池進行動作（放電），在測量過程中，對于在線測量以及兩次測量的時間間隔有一定的限制。

2）交流方法

相對直流法，通過交流法測量蓄電池內阻就要簡單一些。

當使用受控電流時，ΔI = Imax Sin(2πft),產生的電壓響應為：

ΔV = Vmax Sin(2πft + φ)

若使用受控電壓激勵，ΔV = Vmax Sin(2πft),產生的電流響應為：

ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)　

兩種情況的阻抗均為：

即阻抗是與頻率有關的復阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax, 相角為φ。

一般情況下激勵引起的電壓幅值變化小于10mV，這樣能保證阻抗測量的線性。使用方波在技術實現上更為簡單，通過改變方波的頻率可以測試電池的阻抗譜。

從理論上講，向電池饋入一個交流電流信號，測量由此信號產生的電壓變化即可測得電池的內阻。

R = Vav / Iav

式中　Vav----為檢測到交流信號的平均值；

Iav ---- 為饋入交流信號的平均值

在實際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內阻在微歐或毫歐級，因此，產生的電壓變化幅值也在微歐級，信號容易受到干擾。尤其是在線測量時，會受到充電機或用電負載的影響。工頻和射頻干擾也影響讀數。

而采用數字信號處理技術就可以有效克服外界干擾，獲得比較穩定的內阻數據，同時該方法不需要增加蓄電池的任何動作，因而在在線測量、網絡化方面具有很大的技術優勢。目前該測量技術正被學術界、以及市場廣泛接受。

三、基于交流注入法電池內阻監測解決方案

阻抗與容量是反映蓄電池性能的參數。阻抗這一參數，通過交流法在線蓄電池的內阻，其測量原理就是將一個低頻的交流信號注入到蓄電池中，由于蓄電池中存在歐姆阻抗以及極化阻抗，測量蓄電池的反饋信號，得到蓄電池的阻抗，從而實現阻抗的在線測量。

（1）WB7880QA-08B蓄電池內阻在線監測模塊

WB7880QA-08B蓄電池內阻在線監測模塊采用小電流注入法測量蓄電池內阻，完成電池內阻、溫度、端電壓的參數監測，通過RS-485接口按MODBUS—RTU協議實現組網，方便用戶對鉛酸蓄電池進行綜合判斷。

（2）電池內阻監測技術指標

電池的容量：2V或12V容量為50AH以下的電池

監測電池數：8節

內阻 量程1mΩ～100mΩ，分辨率50μΩ，誤差 2%

電壓 量程1.5V-15V 誤差0.2% 分辨率3mV

溫度 量程－20℃～＋70℃ 誤差±1℃ 分辨率0.1℃

響應時間 單節電池測量時間≤0.5s

通信方式 RS485,波特率:9600bps,校驗方式：無校驗1個停止位

產品尺寸 216*94*36(mm)

工作溫度 0℃～＋70℃

（3）監測系統構成

監測中心軟件采用基于B/S結構的模式，B/S（Browser/Server）結構即瀏覽器/服務器結構，它是隨著 Internet技術的興起，對C/S結構（客戶/服務器結構）的一種改進的結構。在這種結構下，用戶工作界面是通過WWW瀏覽器來實現，極少部分事務邏輯在前端（Browser）實現，但是主要事務邏輯在服務器端（Server）實現，形成所謂三層3-tier結構。這樣就大大簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量，降低了用戶的總體成本。

監測中心采用B/S結構模式后，系統管理員可以給各相關人員分配用戶名、密碼與訪問權限，這些相關人員作為IE用戶，在規定的權限內通過 Internet/Intranet瀏覽蓄電池的數據與報表，隨時可了解蓄電池組的情況。

監測中心采用數據庫管理，采用SQL-SERVER商用數據庫，方便對各蓄電池組的數據進行管理、查詢與調用。

四　應用效果

通過在通信領域、電力系統以及大型生產企業的UPS等行業的應用，有力地證明該方案可以很好解決目前后備電源中蓄電池監測與管理的諸多問題，通過智能化與網絡化的實現，對于提高蓄電池的使用性能，及時發現蓄電池故障，提前判斷蓄電池劣化，延長蓄電池的使用壽命，具有非常重要的意義。