铅酸蓄电池组在线监测与性能诊断系统文献综述

1. 调研报告（或文献综述）：

1 研究背景

在通信领域，阀控式铅酸蓄电池主要用于通信基站和中心机房的后备电源，总的采购金额约占固定资产投资的2%~3%。机房设备平时由市电经整流器供电，但市电中断时，蓄电池必须保证可以正常供电足够时间，支撑到市电恢复或者发电设备就位，否则将导致通信设备宕机和局部地区通信中断，造成重大损失，影响通信公司的品牌声誉。

然而传统的维护手段复杂低效，难以及时发现电池组中的落后电池。落后电池会影响到整组电池的性能，并且会直接导致蓄电池组放电能力的下降。当市电意外中断，需要电池组放电以维持重要设备运行时，落后电池的存在极有可能使得这一目标无法实现，对企业乃至社会造成不可估量的后果。因此，开发一套能够有效监测、诊断铅酸蓄电池组性能的系统具有极其重要的意义。目前相关研究主要集中在在线监测手段以及相关监控系统的开发上，本文将对相关文献中所报道的研究成果进行综合叙述。

2 内阻在线监测手段

对于在线运行的电池组而言，内阻是判断其容量以及是否为落后电池的依据之一，目前主要存在密度法、开路电压法、直流放电法和交流注入法等四种。文献[1]及文献[14]主要介绍了交流注入法以及其改进方法，文献[1]设计了一种应用交流注入法的电路以测量电池内阻，该电路基于锁相放大技术能有效抑制噪音，通过labview软件进行仿真分析，证明了此法的有效性和可行性；文献[14]设计了一种交流恒流源以应用交流注入法，该电源能够产生标准正弦波，以提高测量的精度并降低对电池的损害。并且该方法不像其他的交流注入法需要对采样和求解，简化了实验的复杂程度。文献[15]基于鉴相处理技术，并通过单片机以实现，文中也介绍了相应程序的设计方法。据其介绍，用该测量方法测量0～100范围内的内阻精度优于1％。如果考虑到使用更高精度的A／D和D／A，精度还可进一步的提高。

3 铅酸蓄电池组维护

虽然对于铅酸蓄电池的在线诊断手段依然欠缺，但是对于铅酸蓄电池组的失效原

因、寿命影响因素和维护手段都已经得到了充分的研究，并且有坚实的理论基础。尤其是文献[9]，从化学反应及电池内部结构上详细分析了铅酸蓄电池失效的原因，以及对电池充放电过程的外在表现进行了合理的解释。目前，文献中公认的铅酸蓄电池组失效的原因有：电池失水、负极板硫酸化、正极板腐蚀和热失控等。文献[7]、[9]和[12]都注重阐明影响到铅酸蓄电池寿命的因素，包括充电方式、放电深度、浮充电压和温度等。文献[3]、[4]、[5]和[6]则在原理上介绍了铅酸蓄电池失效的各种因素，包括结构以及化学反应机理，并从这些原因出发，给出许多关于蓄电池组维护的建议。

4 在线监测系统的开发

如前所述，铅酸蓄电池组的在线监测已经得到了不小的发展，目前有多种形式的监控系统问世，基本都能够对电池组内各电池的相应参数进行实时监测，有的还能够进行容量预测。根据文献[16]，1991 年第一台蓄电池在线监测系统在美国问世。系统的发展基本可按四代来划分：

第一代：分立元件，只报警不预报，误报、漏报比例高。

第二代：集成电路，仍然只报警不预报，可靠性有所提高。

第三代：带有智能化判断，可以预测和报警，傻瓜式操作。

第四代：在第三代的基础上，实现网络化，具有管理功能。可兼容其他监测系统。

国内，目前的蓄电池在线监测技术主要应用在监测蓄电池的电压、内阻。虽然设计和判断蓄电池性能的依据不尽一致，研究的侧重点亦有所不同，但是相同之处均是通过测量数据的分析来对蓄电池性能作出预判，提供告警功能。^[16]文献[2]中介绍的集中监控系统较简单，仅通过单片机和简单的数学模型对电池组的表现进行监视和预测，由于当时技术的限制，所具有的功能很有限。文献[10]介绍了一种能够监测电池放电容量的系统，DCE-2205C型。实际使用中, 根据变电站中蓄电池组的实际情况进行参数设置, 将需要测试的蓄电池组从运行母线上退出运行, 再接上该型的负载即可进行放电。通过无线中继模块可将蓝牙单体模块采集到的单体电池数据最终传送到主机中。但是由于该项测量仅能在放电时测量，电池在放电前后性能将会产生变化，并且放电过深将会严重影响到电池的性能，故该项功能的实用性有所局限。文献[8]介绍了一种分布式智能蓄电池组监测管理系统的设计方案，包括系统的硬件组成和软件设计。该系统与[2]中系统相比具有更复杂的结构以及更先进的功能，该系统不仅能够对包括内阻在内的各种参数进行测量，并且能在现场实时显示数据并存贮， 同时将电池信息通过GPRS 实时上传到远程监控计算机， 用计算机对数据进行分析整理并送入专家诊断模型， 即可诊断并提前预示电池性能趋势， 同时进行WEB 发布； 运维或管理人员可以在局域网中任意一台有权限的计算机上用IE 浏览器进行浏览， 查看各变电站的电池实时运行状态、历史数据及蓄电池性能变化趋势， 并生成报表等， 保证了直流系统的安全、可靠运行。

5 总结

目前，人们对于铅酸蓄电池组的失效原因以及寿命的影响因素都已经有了比较深入的了解。但是在如何更早的监测出落后电池，或者如何预判出落后电池等方面仍然有着很大的空白。随着各行各业智能化的不断发展，铅酸蓄电池组的在线监测系统也已经实现高效的全时段多参数的监视，相应的智能化，信息化水平也很高。一般地，目前的系统通过监视电池组内各电池充放电时的电压差异以及内阻变化来检查落后电池。但是电池组的充放电次数是有效的，放电也会对电池性能产生影响，有的正常电池可能经过一次放电后很快就退化为落后电池，需要等待下次放电实验时才可发现，这期间就存在极大的风险。并且，大多数电池处于浮充状态，此时正常电池与落后电池差异不明显，如何在浮充状态下发现落后电池也是一个仍未解决的问题。综上所述，对于铅酸蓄电池组的在线监测以及诊断系统的开发仍然存在很大的空间，需要相关工作者的继续努力。

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