后备VRLA电池运行中的检测与自动测试

1、后备VRLA电池运行中的检测与自动测试于雷 哈尔滨子木新能源技术公司摘要：讨论后备VRLA电池运行中影响性能的因素，并就目前蓄电池人工检测与在线监测的技术加以比较，提出蓄电池维护中以内阻在线监测为主的解决方案，该方案以智能化与网络化为方向，同时对于解决后备蓄电池的监测与维护，探讨其标准性的完善。前言：在现今这个以工业为主的社会中，后备直流电源的应用越来越广泛了，作为后备直流电源重要组成部分的蓄电池，其性能状况的优劣状态对于保证后备直流电源的正常运行就显得尤为重要。在蓄电池家族中，阀控铅酸蓄电池在直流后备电源中的应用越来越广泛了。但随着免维护蓄电池被广泛地使用，问题逐渐显现出来：大多数免维护蓄电

2、池使用寿命比预计的要短得多；个别电池失效导致整组电池失效；蓄电池安装后，缺乏科学、有效的监测管理手段，对蓄电池的合理使用不能及时作出准确的判断；由于使用现场条件限制，很难进行手工检测，并且测试数据分析需要运维人员具有很高的专业水准；类似于证券、银行等场合不具备定期放电检查的条件；电池放电测试的风险很高；电信、电力行业的无人职守站（所）的日常检查费用很高；突发性的电池故障的发现很难保证及时发现；系统的不和理共况对蓄电池的伤害未能及时发现并处理；具有“电池管理功能”的电源设备，如UPS等并没有真正的起到电池管理者的作用。有关资料表明，VRLAB在使用3-4年后，大部份电池组很难通过容量检测，只有少

3、数能超过6年。在实际使用中，只有很少用户定期检查蓄电池并对蓄电池作定期容量测试，很多情况下是在市电停电后才发现蓄电池放电容量达不到设计要求，甚至有的电池组的容量达不到额定容量的50%还在继续“工作”。蓄电池的现状一方面说明蓄电池的质量还有待提高，从设计和生产控制方面还需不断完善；另一方面，正确、科学地使用电池，加强日常维护和监测管理非常必要，从而及时发现落后电池，为维护与处理提供科学、准确的依据。这就说明，在蓄电池用户这里，是迫切需要能够实时在线监测阀控铅酸蓄电池性能状况的监测设备。另外，蓄电池在线监测设备的性能和检测方式对蓄电池的管理有很重要的意义，如何选用合适的检测设备直接关系到蓄电池用户

4、的安全效益和经济效益。本文着重讲解阀控铅酸蓄电池的失效机理、阀控铅酸蓄电池的使用状况，当前蓄电池监测的手段及其优、缺点，并基于内阻在线测量，提出针对蓄电池在线监测解决方案。1 影响蓄电池质量的技术问题和失效模式阀控铅酸蓄电池的充放电是一个复杂的电化学反应，引起蓄电池失效的原因很多，了解阀控铅酸蓄电池的工作原理和失效机理，科学、合理地对阀控铅酸蓄电池监测与维护，在安全生产和经济效益上有很重要的意义。1.1 影响VRLA蓄电池质量的几个重要技术问题 1）、电池构成 VRLA电池由正极板、负极板、AGM隔膜、正负汇流条、电解液、安全阀、盖和壳组成。其中正极板栅厚度和合金成份、AGM隔膜厚度均匀性、汇

5、流条合金、电解液量、安全阀开闭压力和壳盖材料、电池生产工艺等对电池寿命和容量均匀性具有重要影响。2）、板栅合金 VRLA电池负板栅合金一般为Pb-Ca系列合金，正板栅合金有PbCa系列（含Pb-Ca-Sn-Al）、Pb-Sb（低）系列和纯Pb等。其中Pb-Ca、Pb-Sb（低）合金正板栅电池浮充寿命相近，但循环寿命相差较大。对于经常停电地区选用低锑合金电池可靠性好。3）、板栅厚度极板的正板栅厚度决定电池的设计寿命。不要期望薄极板具有长寿命，也不要期望PbCa系列合金正板栅电池具有PbSb系列合金那样的循环寿命。4）、安全阀安全阀被认为是VRLA电池的一个关键部件，具有滤酸、防爆和单向开放功能，

6、 YDT7991 996规定安全开闭压力范围为149kPa，如果考虑氧复合效率需要，149kPa压力规定是合理的。但是，对于长寿命电池，必须考虑单向密封，防止空气进人电池内部，同时防止内部水蒸气在较高温度下跑掉。 5）、AGM隔膜对电池生产质量有直接影响的技术指标是隔膜孔隙率和厚度均匀性，这两个指标直接影响隔膜吸酸饱和度和装配压缩比，从而影响电池寿命和容量均匀性。 6）、壳盖材料VRLA电池壳盖材料有PP、ABS和PVC，PP材料相对较好。 7）、酸量和化成工艺分电池化成和槽化成两种，电池化成可以定量注酸并记录每个电池单体化成全过程数据，能准确判断每个出厂电池综合生产质量状况，但化成时间较长。

7、槽化成是对极板化成，化成时间短，极板化成较充分，但对电池组装质量不能通过化成过程数据记录判断。 8）、涂板工艺涂板工艺要保证极板厚度和每片极板活性物质的均匀性。9）、密封技术VRLA电池密封技术包括极柱密封、壳盖材料透水性、壳盖密封和安全阀密封。10）、氧复合效率AGM电池具有良好的氧复合效率，贫液状态下按有关标准测试氧复合效率一般大于98，因此具有良好的免维护性能；开口式电池氧复合效率10%，需要经常加酸、加水维护。1.2 影响蓄电池寿命的环境因素（1）、环境温度蓄电池正常运行的温度是2040，最佳运行温度是25。当温度每升高5，蓄电池的使用寿命降低10%。（2）、环境湿度蓄电池的运行湿度应

8、该在595%（不结露）之间，环境湿度过高，会在蓄电池表面结露，容易出现短路；环境湿度过低，容易产生静电。（3）、灰尘灰尘过多，容易使蓄电池短路，安全阀堵塞失效。1.3 VRLA蓄电池失效模式1）、电池失水铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高、导致电池正极栅板的腐蚀，使电池的活性物质减少，从而使电池的容量降低而失效。铅酸蓄电池密封的难点就是充电时水的电解。当充电达到一定电压时（一般在2.30V单体以上）在蓄电池的正极上放出氧气，负极上放出氢气。一方面释放气体带出酸雾污染环境，另一方面电解液中水份减少，必须隔一段时间进行补加水维护。阀控式铅酸蓄电池就是为克服这些缺点而研制的产品，其产品特点为：采用密

9、封式阀控滤酸结构，使酸雾不能逸出，达到安全、保护环境的目的。但密封蓄电池不逸出气体是有条件的，即：电池在存放期间内应无气体逸出；充电电压在2.35V单体（25）以下应无气体逸出；放电期间内应无气体逸出。但当充电电压超过2.35V单体时就有可能使气体逸出。因为此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体虽然经过滤酸垫滤掉了酸雾，但毕竟使电池损失了气体（也就是失水），所以阀控式密封铅酸蓄电池对充电电压的要求是非常严格的，不能过充电。2）、负极板硫酸化电池负极栅板的主要活性物质是海棉状铅，电池充电时负极栅板发生如下化学反应PbSO4 + 2

10、e = Pb + SO4-正极上发生氧化反应：PbSO4 + 2H2O = PbO2 + 4H+ + SO4- + 2e放电过程发生的化学反应是这一反应的逆反应，当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，在电池的正负极栅板上就有PbSO4 存在，PbSO4 长期存在会失去活性，不能再参与化学反应，这一现象称为活性物质的硫酸化，硫酸化使电池的活性物质减少，降低电池的有效容量，也影响电池的气体吸收能力，久之就会使电池失效。为防止硫酸化的形成，电池必须经常保持在充足电的状态。3）、正极板腐蚀由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀，防止极板腐蚀必须注意防止电池失水现象发生。4）、热

11、失控热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。从目前国内蓄电池使用的状况调查来看，热失控是蓄电池失效的主要原因之一。造成热失控的根本原因是： 普通富液型铅酸蓄电池由于在正负极板间充满了液体，无间隙，所以在充电过程中正极产生的氧气不能到达负极，从而负极未去极化，较易产生氢气，随同氧气逸出电池。因为不能通过失水的方式散发热量，VRLA电池过充电过程中产生的热量多于富液型铅酸蓄电池。浮充电压应合理选择。浮充电压是蓄电池长期使用的充电电压，是影响电池寿命至关重要的因素。一般情况下，浮充电压定为2.23 2.25V/单体（25）比较合适。如果不按此浮充范

12、围工作，而是采用2.35V单体（25），则连续充电4个月就可能出现热失控；或者采2.30V/单体（25），连续充电6 8个月就可能出现热失控；要是采用2.28V/单体（25），则连续12 18个月就会出现严重的容量下降，进而导致热失控。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气，电池容量下降，严重的还会引起极板形变，最后失效。2 铅酸蓄电池在后备电源运行中的问题我们所研究的蓄电池是作为后备电源使用的，平时处于充电状态，与充电装置的输出并联，一旦市电中断，蓄电池立即开始放电。与循环深度放电使用情况相比，由于蓄电池长期处于浮充状态，即使偶然放电，因放电深度与市电中断时间有关，因此很难获得蓄电池的保有

13、容量。在电池运行过程中检测蓄电池的劣化程度（SOH-State of health）是用户最为关心的问题，也是后备方式使用蓄电池的最大难题之一。目前后备蓄电池运行中存在的隐患：1） 蓄电池寿命无法达到设计要求 目前我们使用的蓄电池都存在这样的问题，在蓄电池安装时，蓄电池的厂家都称阀控铅酸蓄电池在浮充下的使用寿命可以达到10年以上。但在实际中，蓄电池往往在三年时就出现严重劣化，使用超过5年的蓄电池更是少之又少。这其中存在两个方面的问题，其一，个别蓄电池厂家夸大蓄电池的使用寿命；其二，在使用中对于蓄电池的管理以及维护，没有有效、合理地进行，造成蓄电池在早期就出现劣化，并且没有及时发现落后电池，致使

14、劣化积累、加剧，导致蓄电池过早报废。2） 对于蓄电池的运行情况、性能状况不明由于没有良好的手段以及管理，蓄电池的使用者对于蓄电池的运行情况缺乏足够的了解，特别是对于蓄电池历史数据的整理以及分析。对于蓄电池内部性能参数，如蓄电池的内阻、当前的剩余容量，无法十分清楚地了解。因为蓄电池组中如果有落后的蓄电池，可以通过一定深度的放电、充电循环，可以一定程度上减少落后的差别。但由于情况不明，所以相应的措施就无法实施。3） 对于单体电池而言，充电机制可靠性需要完善由于目前国内的直流系统的充电机制不是非常的完善，在实际中存在电压漂移的情况，为此蓄电池长期处于浮冲状态，如果浮冲电压偏离正常的范围，就会造成蓄电

15、池的过充或欠充，长期的过充或欠充对于蓄电池的性能影响非常大。4） 单体电池之间不均衡目前蓄电池组往往有数量很多的单体电池组成（如190只、108只、35只等），在实际运行中存在单体电池之间充电电压、或内阻等差异较大的情况，特别是在浮充下，这种不均衡现象显得非常严重。出现单体电池不平衡是一方面由于蓄电池在出厂配组中，没有进行一致性能的严格考核，在许多运行场合，新电池采购后，蓄电池在运行前就带着问题投入运行。另一方面目前蓄电池的充电机制不但无法消除单体电池的一致性问题，并且会加剧单体电池的不均衡。因为出现个别落后电池充电不完全，如果没有及时发现、或没有处理，这种落后就会加剧。如此反复，这种不均衡就

16、加重，致使落后电池失效，从而引起整组蓄电池的容量过早丧失。5） 无人值守站点的维护工作缺乏良好的管理监测手段对于许多无人值守的站点，由于没有网络管理监测的手段，对于蓄电池的维护更加薄弱，特别是对于蓄电池的运行情况以及性能状况，没有清楚的了解。大量的维护与管理工作由人工进行，同时对于维护人员有较强的专业知识要求，以便对于数据进行整理与分析。6）蓄电池终止寿命无法提前判断以及蓄电池的更换缺乏科学的依据我们对于蓄电池的寿命终止，希望能够提前作出判断，为蓄电池的更换赢得时间的提前量。但目前对于蓄电池的寿命的终止，没有一个可靠的手段，仅仅根据多年的经验来进行。所以在实际中，往往是蓄电池放电的容量低于最低

17、要求后，才在放电中发现蓄电池的寿命终止。3 目前蓄电池人工检测与在线监测现状目前在蓄电池监测与维护方面存在很多不足，其中各个部门、单位的监测与维护的手段不一，技术水平参差不齐，大体可以分为以按照检测与监测进行分类：定期或不定期维护用设备-检测设备实时在线监测的仪器-监测设备3.1人工检测方法与设备名 称作 用工作原理功 能在线与否备 注恒流负载保证蓄电池放电恒流输出直流法否放电使用容量测试仪在恒流负载发展而来测量电池容量直流法按照一定时率放电，记录电池放电情况否放电使用电导（内阻）测试仪测量蓄电池电导（内阻）交流法否手持仪 目前很多后备蓄电池的使用部门，仍然延续定期或不定期人工检测维护的方法来

18、完成蓄电池维护的工作。检测的方法与仪器设备有以下几类：放电测试放电测试需要恒流负载、容量测试仪等专用设备，按照蓄电池厂家要求，对蓄电池进行定期的放电测试，通过容量的计算来考察蓄电池的健康程度。目前相当多的用户仍然采用。恒流负载是实现放电容量测试的关键设备，用其完成放电的恒流设定，通过人工数据的测量与记录，计算蓄电池的容量；但由于人工测量与记录的诸多不便，而后产生了容量测试仪，即将大部分的人工完成的工作由装置自动完成。定期的放电测试可以发现蓄电池中问题，但需要提前加以准备：必须将蓄电池与直流系统断开（无法在线进行），同时由于放电测试的时间较长（大约20小时），为此需作好充分准备，避免在放电过程中

19、出现直流系统的停电情况出现，从而造成损失。必须完成深度放电，才能发现容量下降的电池。放电中监测每只电池的情况，防止容量小的电池过度放电而损坏。由于放电测试费时费力，不能经常进行，大约每一年进行一次即可。电导测量这是在考虑到日常工作中无法测量蓄电池的健康程度而开发的便携式装置。即用电导仪定期测量蓄电池组中各个电池的电导，并通过相近几次电导的比较，分析蓄电池失效的趋势，现在许多用户大都采用该方法。但是该方法存在以下几点不足：由于是人工完成（尤其是夹具），重复性不好；由于各厂家的具体实现的技术特点不同，有交流法、直流法的区别，其测量的准确度与抗干扰性相差较大，所以各个厂家不同仪器测量的数据无法比较；

20、即使交流法虽然可以在线测量，但由于是定期测量，不能实现实时在线测量。放电测试与电导测试混合使用由于以上的方法都存在各自的不足之处，所以目前有不少用户将以上两种方法混合使用，但无论怎样，这样的方法始终是被动的、非实时、非在线的，只能是检测手段而已，没有突破原来的检测限制。3.2 在线监测的方法与装置名称监测类别监测内容是否在线备注电池组电压巡检蓄电池运行参数监测电池组电压、充放电电流在线实时监测单电池电压巡检蓄电池运行参数监测单电池电压、充放电电流、温度在线实时监测有继电器式、全电子式内阻巡检蓄电池性能参数监测单电池内阻、电压、温度在线实时监测可以实现网络化管理智能监测蓄电池运行参数蓄电池性能参

21、数监测蓄电池剩余电量、蓄电池健康度在线实时监测可以实现网络化管理一些重要的部门，由于没有检修时间的安排，亦或由于空间的限制，无法进行以上的检测，这产生了蓄电池实时在线监测-巡检。目前市场上关于巡检装置有两类：单电池电压监测，单电池内阻监测与分析。电压巡检是以电池组中单电池电压为监测核心，辅以电池浮充电流、电池环境温度等，使这些参数始终保持在正常的数值范围内，一旦出现异常，监测就会报警。可以说这些参数正常与否是保证蓄电池运行的关键，为此电压巡检在目前的电力系统应用较为普遍，同时由于技术难度不是很大，目前很多的直流电源的生产厂家都可以生产电压型的巡检装置（又分为继电器式、全电子式两种）。电压型巡检

22、装置是比以往的人工检测较为可靠、准确，是蓄电池监测的第一代产品，但虽然电压巡检可以解决以前较为困难的问题，它仍然是从一个单一的方面监测蓄电池，即只能监测蓄电池的运行参数，对于用户十分关心的蓄电池健康度问题没有很好的解决，这样就在实际应用中带来诸多影响，例如新电池在投运时从电压巡检的角度看新电池没有差别，但利用其他方法测量就会发现一组蓄电池中电池之间的明显差异；在蓄电池运行一段时间后，进行蓄电池放电测试，发现已经有一些蓄电池的容量下降较为明显，但此前电压巡检却无法发现。其实出现以上情况是正常的，因为电池电压、电流、环境温度这些参数只是蓄电池能否正常运行的前提条件，或者只是蓄电池运行参数，因为蓄电

23、池的端电压并不能反映电池的容量特性，容量严重下降的电池，在整组浮充电的电池中，其浮充电压的区别不足以用来判断电池是否因因容量降低而失效。至于蓄电池的健康度等用户十分关心的问题，不是电压巡检所能够解决的（在实际中电压巡检也可以发现落后电池，但此时往往是蓄电池早已进入寿命后期；如果试图用电压巡检发现蓄电池健康问题，那么电压巡检所提供的信息是滞后的），为此如何提前发现落后电池、或提前预报蓄电池失效趋势，是众多后备蓄电池用户最为关注的。3.3目前蓄电池人工检测仪器与监测装置的比较3.3.1 人工检测在目前绝大部分的使用后备蓄电池的部门都采用人工检查的方法，来实现蓄电池的维护。该方法除了放电测试外，人工

24、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。其中电池组电压测量可以发现充电机的参数设置是否正确。由于蓄电池是串联运行，整组电池的电压由充电机的输出来决定，充电机的正确工作并不能等同于每个单电池的工作状态正常。单电池电压监测可以发现单电池浮充电压不正确，单电池是否被过充电、过放电等情况。 温度测量主要是发现电池的工作环境是否通风不良、温度过高。 电池内阻能够反映电池的容量下降和电池老化。不同厂家的内阻测试仪的准确度和抗干扰能力差别很大；由于采用的工作频率不同，其读数值也会有差别；尤其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。 人工测量存在众多不足：a、人工测量的准确度

25、会受到诸多因素的影响，即使是放电测试也会受人为因素的影响；b、由于人工测试大都为定期进行，无法及时发现落后、失效蓄电池；c、放电测试对蓄电池会造成无法恢复的伤害隐患；d、大量的人工测量费时费力，安全性差，周期长。3.3.2蓄电池运行的在线监测鉴于以前技术方面的限制，目前蓄电池监测技术基本处于初级阶段，在意识较强的重要部门，采用蓄电池电压等运行参数的监测，而缺乏这种意识的部门则仍然停留在人工维护的阶段，至于关于蓄电池运行参数、性能参数的双方面监测的实现，少之又少。但由于采用备用电池的场所都是十分重要的部门，而且VRLA蓄电池的运行要求比较严格，电池在偏离了正确的使用条件下运行将造成严重的后果，因

26、此铅酸蓄电池的运行参数监测变得十分重要，而且该部分的技术实现不是十分困难，所以现在较易实现。而且蓄电池容量下降到一定程度，电池组就起不到电源备份的作用，一旦主电源发生故障，就可能造成系统停机，导致巨大的损失，对于用户而言及时发现电池劣化、容量下降，并及时处理电池失效，是十分重要的。蓄电池在线监测管理是针对测量电池的运行条件和检测电池本身的状况而设计的，其发展大致经历了三个阶段：整组电压监测、单电池电压监测、单电池内阻巡检、蓄电池监测的智能化1） 整组电压监测 整组电池监测功能一般设计在整流电源内，测量电池组的电压，电流和温度，进行充电和放电管理，尤其是根据环境温度变化调整电池的浮充电压，在电池

27、放电时电池组电压低至某下限时报警。这是在人工维护的基础上发展的在线监测，就是最初级的在线监测。现在的UPS仍然采用该方法。 但是对于蓄电池而言,整组监测仍存在较大的不足, 如在蓄电池组放电时, 放电的截止电压是以N1.8V/只(N为蓄电池数量), 但是由于蓄电池组中蓄电池的一致性无法严格保证，因此在放电中当个别电池已经达到放电截止电压，但电池组没有达到N1.8V/只，这样就会出现个别电池过放。由于整组监测很难发现单电池的缓慢变化，包括单电池本身的老化和因单电池一致性问题而带来的积累效应。以一组220V电池来说，如果只有1个电池在变坏，其电压变化的信号会被其它电池淹没。所以即使在蓄电池组中出现个

28、别“坏电池”，但结果仍然被“好电池”。 2） 单电池电压监测由此发展到单电池的电压监测。前期通过继电器式实现蓄电池单电池电压的巡检，后来发展出全电子式的监测，这样对蓄电池的运行情况可以作到较为全面的监测与管理，如单电池电压、电池组电压、充放电电流、蓄电池的环境温度等。通过蓄电池运行参数的监测，从而保证了蓄电池可以在正常的条件下的运行与工作。但在实际应用中，尤其当蓄电池运行条件保障的前提下，蓄电池仍然无法在投运时提供充足的后备电源。这就涉及到蓄电池的健康程度的问题，而蓄电池运行参数的监测是无法反映其性能参数的。3） 单电池内阻监测单电池内阻监测是目前争议最多，也是最具革命性意义的进步。众所周知，

29、铅酸蓄电池的端电压并不能反映电池的容量特性，容量严重下降的电池，在整组浮充电的电池中，其浮充电压的区别不足以用来判断电池是否因容量降低而失效，一旦电池组进行放电，这些电池因为充电量少，端电压很快就会跌落，并妨碍电池组的放电性能，这时从电池的端电压上可以很容易的发现他们，但是已经太晚了，电池组在需要备份电源的时候已经起不到备份作用了。大量的现场数据表明老化电池的内阻和放电能力之间存在着一定的关系。3.4蓄电池内阻及内阻测试R极化R欧姆R隔膜R电解液R涂膏XCR板栅与涂膏间R板栅R汇流排R极柱为了便于问题的分析，我们将蓄电池的等效电路等效另一种形式： 根据国外及我们在实验中的情况表明：欧姆阻抗是电

30、池早期失效的最大隐患。而极化阻抗虽然影响蓄电池的容量和供电维持时间，但涂膏、电解液以及隔膜组成的极化阻抗，只是蓄电池放电后期才得以明显体现。电池总内阻是电荷转移电阻与各部件欧姆电阻的总和，由于一些部件的不一致性，初始内阻的值在20%之间呈一定的分布。随着电阻老化，某个部件的内阻变化可能由其它部件的变化所掩盖。当内阻变化足够大，并同电解液的减少和活性物质的使用有关时，内阻和电池容量的对应关系就比较明显。因板栅腐蚀和生长、电解质损失或再分布而引起的电池部件内阻增加都伴随有一个类似的平缓的指数曲线。电池容量的损失也与此类似。其中内阻的剧升同电池容量的减少有关，尤其是在电池寿命未到80%的时候更为明显

31、。高放电速率下的使用时间似乎对这些因素更为敏感，一般电池内阻增加2025%时就到了寿命期限。在低放电速率下，电池内阻一般增加2035%后寿命才结束。以下是最通常的影响内阻变化的因素：腐蚀 随栅板和汇流排的腐蚀，金属导电回路变化，使内阻增大。栅板 腐蚀和长年使用会导致活性物质从栅板上脱落，使内阻增大。硫化 随一部份活性物质硫化，涂膏的电阻亦增加。电池干涸 由于VRLA电池无法加水，失水可能使电池报废。制造 制造缺限，如铸铅和涂膏，都能导致高的金属电阻和容量问题。充电状态 从浮充状态到20%容量的放电，几乎不影响内阻。实验表明20%的放电对内阻的影响小于3%。温度 39以内的高温对电池内阻影响甚微

32、，低温有些影响，但需到18以下。影响电池性能的问题绝大部分都能检测出来，可分为金属的和电化学的两类。图1、图2、图3表明每类问题与电池性能的关系。 图1是一条典型放电曲线，放电同时出现电压跌落，即是受电池内阻影响，紧随电压的指数下降，继而出现向上恢复后达到稳定，电压稳定后的电压变化由电化学反应决定，是受活性物质和酸液的影响。图1 图2 图2是同样倍率的放电，电池具有较高的金属内阻（因为铸铅或单体之间连接问题）。 图中显示容量损失导致内阻增加，放电的电流超大，电压下降幅度越大，放电容量越低。图3 图3和图1是同样的电池，因为在电化学回路上的问题（涂膏、电解质和隔膜问题）导致放电容量下降，但在放电

33、初期差异很小。 金属电阻方面的问题是潜在的最大危险，极可能导致放电时单体的爆裂。这类问题导致母线电压急剧下降，在毫无准备的情况下造成直流系统的崩溃。 电化学的问题影响电池容量和供电维持时间，涂膏和电解质是整个电阻中很小的一部份，因此其变化可能难于察觉。 庆幸的是，涂膏和涂膏与栅板的电阻随电池的老化而增大，因此，老化的问题可以轻易检测出来。 我们在现场收集了一些数据，结果表明，内阻比基准值高出50%的电池，不能通过标准的容量测试，这一点是确实无疑的。结果亦表明，开口电池往往成组的损坏，而VRLA电池是一个接一个地失效。使用34年的电池组，各个内阻值分布高于基线值的0100%也是常事。用内阻测试来

34、考核电池的状况是一种相当可靠的方法。电池内阻与其失效有关，并且通过电池内阻能预测其放电性能。对于影响电源系统的电池变坏，内阻测试相当有效。现场测试的数据表明，个别电池的内阻偏离平均值的25%时，就应该做一次放电容量测试了。将温度传感器置于电池表面可以发现电池过热，从而及时发现电池运行过程的异常。3.5内阻测试方法以美国Midtronics为代表的电池监测设备厂商在近几年推出了对单电池进行内阻检测的监测产品，由此带来电池监测技术的质变，即由被动监测电压到主动测试电池内部状态。正是由于电压巡检在蓄电池健康度监测存在的不足，从而带来最近两年内阻巡检装置的发展飞速。内阻巡检一方面可以监测蓄电池的电压、

35、电流、温度等运行参数，另一方面可以通过内阻的监测及时发现蓄电池的健康程度。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，其内阻准确度和抗干扰能力差别也很大。内阻实时在线监测的方法归为两类：直流放电法、交流法。直流放电法是内阻测量方法的一种，在电池两端接入放电负载，测量电池在放电过程的电压变化。部分厂家的产品需要把电池从回路中断开，或关掉充电机，否则会受充电机和用电负载的影响。由于电池的内阻很小，放电时的电压变化幅值很小，需要较大的放电电流，直接测量的精度一般也很难提高。子木专利技术采用交流法，不需放电，采用先进的数字信号处理技术实现了微弱信号的准确测量，无需把电池从回路中断开，不受充电

36、机和用电负载的影响，在线测量电池的内阻，数据有效分辨率达到0.001毫欧。3.5.1直流放电法以美国Alber为代表的企业以直流放电的方法监测蓄电池的内阻，该方法是以在瞬间大电流放电（70A）测量电池电压降，由此得到蓄电池的内阻，并通过蓄电池内阻变化的情况分析蓄电池落后情况或失效趋势，较好地解决蓄电池失效的监测，同时并辅以电压、电流等运行参数的监测，是目前比较领先的监测技术。但该方法存在的不利之处是：a) 采用大电流的放电，对蓄电池性能会带来一定的损害；如果测量频度较大，则这种损害又会累积，从而严重影响蓄电池性能；b) 直流法只能测量蓄电池内阻中的欧姆阻抗，对于内阻中极化阻抗则无法测量。对于蓄

37、电池的失效、落后在判断上，至少是不充分的c)；同蓄电池的连线需10平方毫米以上，连线方式要求较高。放电器及连线的可靠性要求要高，否则对电源系统带来隐患。3.5.2交流法以子木(zeemoo)新能源为首等厂家采用交流法测量蓄电池的内阻。交流法测量蓄电池内阻是随着数字信号处理技术的发展而产生的，在九十年代以前由于数字信号处理技术的落后，充电机与外界噪音对信号的干扰无法彻底消除，一直没有得到广泛的应用，故一般只是在实验室、军事部门使用。近几年随着数字信号处理技术的发展，使得有效地消除了其他电磁信号干扰成为可能。子木科技在承担并完成国家863电池测试项目后，经过近十年的时间，突破性解决交流法在实际应用

38、中的难题，从而将该方法得以在实际工作中应用，并获得国家的专利技术，同时在加拿大等几个国家也得到了专利保护。交流法就是向蓄电池注入一定频率的交流信号，由于蓄电池内部存在的阻抗，然后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差异，从而测得蓄电池内阻。其原理可以用以下简单的公式表示：R=V/I由于蓄电池的内阻是毫欧级的数值，特别是大容量的蓄电池其内阻将是微欧级，对于信号处理精度要求非常严格，正是数字信号技术的发展，带来新技术的发展。 全新阀控铅酸蓄电池内阻阻值的数量级12V 阀控铅酸蓄电池1m2V 3001000Ah蓄电池110-1m2V 1000Ah以上蓄电池110-2m注：不同

39、厂家、不同生产工艺生产出的蓄电池会再次数量级上有一定的差异。相比较直流放电法，交流法得益于新技术的产生，将来势必会得到广泛应用，因为它避免了直流法的诸多不足：a）由于无需放电，避免了大电流放电对蓄电池性能的损害的可能。b）由于无需使蓄电池脱机或静态，避免了系统安全性的隐患；真正实现实时在线测量。c）交流法同时测量蓄电池的欧姆阻抗和极化阻抗，使对蓄电池健康度的分析更加真实、可靠。d）由于没有负载，其成本大大减少。正是基于以上几点，交流法在目前的实际中得到了越来越广泛的应用。4 蓄电池监测的智能化、网络化由于蓄电池在后备电源中的运行监测存在两类参数，一类是在线运行参数，一类是性能参数，这是两类完全

40、不同概念的参数，所以仅仅完成运行参数的在线监测，是远远无法达到蓄电池监测的要求与目的，这就产生了“蓄电池的智能监测”的概念。当我们对于蓄电池的在线运行有了充分的认识后，蓄电池监测的智能化就显得尤为重要。“蓄电池监测的智能化”概念基于对于蓄电池运行参数、性能参数的准确的检测，同时可以完成包含有测量、判断、保护、计算、存储和通讯六部分功能。测量功能：直接测量充放电流、电压、温度等运行参数，并转换为数字量。判断功能：可以完成对蓄电池健康程度的判断、分析。保护功能：在电池发生过充、过放、短路等情况时为保护电池而输出报警信号。计算功能：主要进行电量的计算，尤其是充满后放电剩余电量的计算。存储功能：将电池

41、使用过程的特殊数据存储。通讯动能：与充电器/用电负载通讯，提供充电参数和剩余电量信息。对于后备蓄电池，由于长期处于浮充状态，如何在改变其工作状态（即保持浮充状态下），能够及时、准确完成以上功能，特别是清楚地了解蓄电池的保有电量、健康程度，是目前用户尤为关注的。通过以上实际使用情况的分析，结合后备电源蓄电池的运行特点，在蓄电池管理与监测方面，我们认为后备电源的蓄电池监测，应该以实现智能化与网络化为目标。4.1蓄电池监测网络化的实际要求：1） 目前后备电源的蓄电池许多使用场合，大多是无人值守的地方，如电信公司、移动公司、联通公司的无人站点等，为此要求对于蓄电池的监测适应这一情况。2） 对于蓄电池的

42、人工检测手段，需要大量的人工，费时费力，而且对于测量人员的人身安全不利，对电源系统的安全性也存在诸多不利，特别是目前许多场合由于担心在蓄电池放电测试中出现外电供应中断，而迫切需要能够在线监测的技术手段。3） 目前我国在电力、通讯等领域，提出的信息化要求，也同样需要设备管理的网络化。4.2蓄电池监测智能化的要求：对于蓄电池智能化的要求，就是改变以往被动的设备管理方式，对于蓄电池做到实时、在线监测，对于可能发生的问题，作到提前判断，而不是当出现问题后的被动处理。1）为此需要对于蓄电池的运行过程中的运行参数进行24小时的全过程监测，如：蓄电池的充放电电流（以检测电流的异常），蓄电池的单只电压（防止蓄

43、电池出现过充或过放），蓄电池的工作温度（以便根据环境温度进行充电的补偿）2）对于蓄电池的早期劣化或蓄电池的性能健康状态，维护人员需要得到清楚的了解，并采取相应的措施，避免劣化的加剧。3）对于蓄电池监测的各项参数，需要专业人员的分析，但目前由于蓄电池应用的场合非常广泛，维护人员的专业知识缺乏，为此需要对于蓄电池监测的智能化要求较高，减少蓄电池维护对人员的专业素质的苛刻要求。综合以上分析，对于蓄电池维护应该坚持智能化与网络化的方向，为此，也需要相关行业对于蓄电池维护与检测的标准做出明确的要求。在这方面我们国家的国标或行业标准还依然使用九十年代中期制定的标准，这是目前我们较为薄弱的方面。5、蓄电池在

44、线监测解决方案的基本模型我们采用一个以蓄电池阻抗检测与分析为主的监测管理解决方案。该方案通过蓄电池阻抗的测量，以及蓄电池其他运行参数采集（单电池电压、充放电电流、异常工况等），在辅以计算机与网络传输技术，完成对数据分析与管理的多级处理，使得困扰最大的蓄电池智能化监测得到很好的解决。对于蓄电池的运行参数，由于其采集较为容易实现，我们不作较多说明。如何有效地对于蓄电池阻抗进行检测与分析，是一个较为关注的问题。我们知道反映蓄电池性能的参数有两类：阻抗与容量。目前的技术发展对于蓄电池容量的测量而言，不经过一定程度的放电，测量的精度将无法达到要求（这同样是一个国际性的难题）。而阻抗这一参数，通过交流法在

45、线蓄电池的内阻，其测量原理就是将一个低频的交流信号注入到蓄电池中，由于蓄电池中存在欧姆阻抗以及极化阻抗，测量蓄电池的反馈信号，得到蓄电池的阻抗，从而实现阻抗的在线测量。数据处理流程传输网络分析电压电流、内阻、温度蓄电池监控器异常工况超限报警报警异常性能超限报警报警数据库服务器数据分析及存储报警以及报告生成查 询放电时电池健康度与剩余容量的计算该方案的技术核心是建立在蓄电池阻抗的在线测量以及计算机对于数据的处理，对于各个站点的蓄电池运行参数以及蓄电池性能参数，实时采集，对于数据进行基本分析，超限时给出声光报警。将数据传输到中心监控中心站，通过数据库服务器，对数据进行终合分析处理，形成各个站点的各

46、组蓄电池的运行参数以及性能参数的历史曲线，对于报警事件以及报警数据进行存储以备查询。前端数据采集部分可以采集蓄电池组电压、充放电电流、单电池电压以及环境温度等蓄电池运行参数，直接上传并整理、分析，对于异常工况给出两级报警（现场以及监控中心），以便处理或调整。如何准确反映蓄电池的性能状况，我们采用阻抗与容量并行的分级处理。通过阻抗的实际测量，与基准值比较，对于阻抗增长异常的电池报警，同时对于一组电池中各个阻抗比较，对于超常电池给出报警，此为一级处理。同时在监控中心的软件，对于阻抗进行趋势变化分析，通过每只电池阻抗变化的曲线图，对于非正常趋势的变化给出报警。（对于阻抗分析处理较为复杂一些，对于阻抗的如何使用，存在不同