LEADER铅酸蓄电池在线监测增强供电系统可用性
2018-12-24 08:58

随着电力电子手艺的进行,电源(通信电源、UPS)的可靠性和平安性曾经大大提高,但作为供电琐屑中结尾一道樊篱的备用储能单元(铅酸蓄电池),由于其共性(化学反应)牢靠性一直没有多大汲引,因而科学有效的维护是保障蓄电池细碎稳定运转的关键。
  目前对于蓄电池的维护工作普遍具有维护任务不到位;流程复杂、针对性差;护卫手段匮乏等问题。蓄电池零碎已经成为电源零碎中最不行靠的一小块。在重大的电源事变中,由于电源自己拦阻激起的事变占10%、开珍爱换故障激起事变占20%,而其余70%的事项但凡与蓄电池拦阻相关的(见图1)。无效地监控与科学地护卫对于进步蓄电池组坚决性至关紧要。缔造与解决蓄电池琐细中的隐患、提高蓄电池组的保险性是目前蓄电池维护任务的重点。也是进步数据核心供电系统可用性的有效本事之一。
  1阀控铅酸蓄电池护卫测试方式
  (1)保守的蓄电池维护门径
  海内电工学会铅酸蓄电池检测与护卫规范IEEE1188-1996中对于蓄电池维护规则,对于铅酸蓄电池的维护应做到以下4点:
  ①实时、切确的单体蓄电池电压、电池组电流和状况温度的监控;
  ②每月1~2次的单体蓄电池内阻测试并跟踪蓄电池内阻更动趋向;
  ③每年2次的核查性放电;
  ④对现场使用光阴跨越2年的蓄电池,应做到每3个月进行一次核查性放电。
  该规范在进步了蓄电池零碎的执着牢靠性的同时,也大大进步了对于蓄电池日常护卫的申请,很难在我们的平日护卫中获得虚假的执行。结合咱们自己的现实情况,大有部分运行维护任务采用了相对于简化的护卫流程:
  ①现网电池浮充电压、浮充电流的平时巡检(每月1次);
  ②枢纽机房蓄电池组核对性放电试验,放出容量的30%~40%(每年1次);
  ③基站电池全容量放电试验(每一年1次);
  ④发机电带动电池(半年1次)。
  简化了的护卫流程在低沉了蓄电池护卫任务量,也前进了蓄电池组的安全隐患。即等于依照简化后的流程履行,蓄电池的素日巡检与定期放电仍需要大量的人力、物力才能完成。一年一次的全容量放电的测试密度依然不能做到实时发现电池性能的劣化状况;进一步加大放电试验密度将使蓄电池维护所纠葛的人力、物力投入过大,缺乏可行使性;对于现网的数目巨大的蓄电池,缺乏琐细性的运行性能统计、趋向解析、预警与质量企图的支撑平台,维护计划才略掉队。维护任务缺乏踊跃性、预防性[3]。
  (2)蓄电池运转参数监控
  蓄电池运行参数搜聚蓄电池的单体电压、电池组电压、电流和状况温度等参数。目前,对于这些参数的丈量首要寄托人工定期巡检与在线式电压检测仪来完成。电压、电流与环境温度是蓄电池的运行参数指标,也是蓄电池倔犟运行的最基本的保障。庸俗的运转环境将大大压缩蓄电池的使用寿命,加大蓄电池的平安隐患。状况温渡过高,会放慢蓄电池失水,组成蓄电池起效加快。在35℃时运行蓄电池的劣化将减速一倍;在55℃时,对于蓄电池浮充一个月所构成的劣化至关于在25℃时浮充一年的品级。同样,太高的充电电压也将大大减速蓄电池的劣化速率。当充电电压或环境温渡过低时,蓄电池的容量饱和度很难达到100%,也直接表现为蓄电池放电容量缺失。过放电对于蓄电池的损害是非常大的。对于串连使用的蓄电池组,由于蓄电池个别之间的差异,放电进程中差异蓄电池抵达终止电压的年华差异很大。电池组中的某些劣化蓄电池达到放电终止电压的年光常常大大提早于其他蓄电池。以电池组电压为单位合计放电终止电压,易构成蓄电池组中部门劣化蓄电池过放电致使是深度过放电,放慢蓄电池组中阴碍蓄电池的涌现。放电过程当中,当电池组中呈现抵达终止电压的单体蓄电池时应休止放电,而不是以电池组电压为参考尺度。
  然而,仅仅对于蓄电池的电压、电流与情况温度进行监测还没法抵达无效护卫蓄电池的方针。蓄电池运转环境参数监测的意义更多显那时对于蓄电池运转情况的合理性检测,而不是蓄电池阻挠的排查。性能很差的蓄电池在浮充外形时,端电压的变换其实不显明,致使有“浮充电压畸形但放电时泛起很有问题劝止”的情况[1]。而比及蓄电池放电时发明异常,常常为时已晚。
  (3)蓄电池阻抗/电导在线监测
  蓄电池的阻抗/电导测试技能是目前国际公认的蓄电池故障疾速检测法子,也是蓄电池在线监测希图的发展偏向。该技术在民用中也曾获得了较好的遍布,对于手机电池与汽车电瓶的阻挠极快检测但凡基于蓄电池的阻抗/电导进行判断的。
  在财富电源蓄电池检测领域中,除海内电工学会IEEE1188将蓄电池阻抗测试列为平常检测内容外,美国的TIA-92(数据中心普片根蒂设施创立规范2005年版)和我国的GB50174-2008(电子音讯琐细机房设计规范)也将蓄电池阻抗在线监测列为数据核心蓄电池的紧要监测指标。
  目前采取的电池内阻测试设备主要分为在线式与离线式两种。在线式测试体系,能自动化的、持续的监测各单体蓄电池参数,实现对于蓄电池的生命周期全历程治理。离线式测试体系(如手持式仪表),偏重于电池筛选过程,可确保电池使用前的一致性。从实现技巧看,分为直充军电法与交流注入法。
  直放逐电法(专利U.S.PatentNo:5,744,962)通过对蓄电池瞬间大电放逐电,并测试蓄电池端电压跌落获得蓄电池内阻数据。如图2所示。
  直充军电法有以下几个首要的缺欠:需要对电池进行大电充军电;不能测量蓄电池的极化内阻即电化学内阻;与蓄电池连气儿放电容量相关性差。
  可是,直充军电法由于采取了霎时大电放逐电的方式,对于在实践使用中需要使用电池瞬时大电放逐电的场所(如发电机动员电池),这类方式仍是具有未必使用寄义的。
  交流注入法接纳向蓄电池注入一定频次的交流旌旗灯号实现阻抗的测试。交流法测试道理图如图3所示,将一定幅度的交流电流旌旗灯号注入到蓄电池中,同时捉拿蓄电池的电压反响。
  交流法测试的蓄电池内阻,能在很大水准上表现出蓄电池的电化学本性,其测试方式的科学性较强。同时,由于采取交流注入的方式,会对电池零碎中的纹波组成未必影响。对于直流细碎额定是对于纹波申请较高的场合,直接接纳交流法会对电源风致形成一定的影响。
  脉动直流法,是介于交流法与直流法之间的一种方式。该方式是目前海外上对于铅酸蓄电池内阻的主流测试方式。脉动直流法接纳的电流鼓动勉励旌旗灯号为直流脉动旌旗灯号,如许既降服了交流鼓励中的纹波标题问题,同时也无需使用像直流法那样的大电流进行放电。采取脉动直流对蓄电池进行放电后,通过交流监测回路对蓄电池端电压的反应进行丈量。此时,丈量的是蓄电池端电压对于脉动扑打信号的交流反应。可以说,对于蓄电池端电压中负荷反攻频次的反馈旌旗灯号进行提取,从而获得蓄电池的交流阻抗。脉动直流法,在武艺实现上相对于于前两种方式难度较大。脉动直流法测试工作情理如图4所示。
  对于蓄电池的阻抗和电导的甄别一直以来有未必的争吵。外洋电工学会对于蓄电池的阻抗和电导的测试门径进行了如下的界说:将已知频次的恒定电流注入到蓄电池,通过对蓄电池端电压反馈进行测试,获得的数据为蓄电池的阻抗;将已知频次和振幅的交流电压加到蓄电池的两头,测量所制造生的电流,获得的数据为蓄电池的电导。即通过施加恒流信号,测试蓄电池电压反馈的办法为阻抗测试法;通过施加恒压旌旗灯号,测试蓄电池电流反应的方法为电导测试法。颠末对于目宿世界市场主流的蓄电池测试装备赏析与比较,以MIDTRONIC、BTECH、GRANDPOWER等为代表的支流蓄电池监控设施生出产厂家均接纳恒流方式进行蓄电池的阻抗测试。也就是说,市场上干流的蓄电池阻抗测试设备,岂论显示的是蓄电池的阻抗或是电导,实践上凡是基于国际电工学会界说的蓄电池阻抗测试办法完成的。是以,目前对于阻抗/电导的提法,主要针对于采取直流大电充军电法测量蓄电池内阻而提出的。蓄电池的阻抗/电导测试的性子是针对于蓄电池在未必频率下复频阻抗的测量,除了应表现蓄电池内阻的欧姆内阻之外,还要综合思考蓄电池的极化内阻等复频阻抗。在不少研究门径中[3],接纳图5作为电池阻抗解析的等效电路。从等效电路,能够看出对于蓄电池进行复频阻抗综合分析而不是清纯的内阻综合的必要性。
  阻抗测试技术尽管被大多半人狡赖,可是在出产品化的历程中也具有一些缺乏。通过对于目前市场中的蓄电池阻抗的监测装备的综合解析。咱们也创造了一些标题问题:
  ①各厂家设备测量出的参数不相同。由于各厂家采纳的旌旗灯号频次具备差异,接纳分歧厂家的设施丈量近似状态下的蓄电池时,显示的内阻值不雷同,乃至存在较大的差异;
  ②阻抗数据尤其抽象,需要使用者具有一定的专业知识才能进行果决。很少有厂家能够供应昌大、残破的果决规范;
  ③部份厂家的测试终究与蓄电池理论容量劣化形状的相关性差。由于缺乏无效的界定标准,很难果断某些配备阻抗数据的其实性。
  针对以上标题,将在线阻抗测试与蓄电池运转数据结合在共同便可以有效地完成供电零碎中备用储能单元的劝阻猜想,从而完成行进供电琐细可用性。
  ①将线阻抗测试与蓄电池运行数据结互助为妨碍蓄电池的极快检测方法,有效的测试设备理应能够精确检知蓄电池组中的很有问题劣化蓄电池;
  ②当蓄电池处于初期劣化形态时,其阻抗的更动率将大大行进。通过陆续、有用地监控能够发明蓄电池组中的晚期劣化蓄电池;
  ③蓄电池的阻抗与容量的相关是散漫相关的。无效的阻抗测试设备供应的阻抗数据,对于早期劣化蓄电池辨认的粗略性应该能达到80%以上;
  对于很有问题劣化蓄电池或故障蓄电池应达到95%以上;
  ④线阻抗测试与蓄电池运行数据结合能提出一套残破的蓄电池劣化判断规范,而不是容易提供阻抗数值。
  2蓄电池在线阻抗测试技术手段的价值
  电池单体阻抗/电压在线测试零碎的经济性,是除平安性之外运维工作的第二项首要要求。通过有效的蓄电池阻抗监测的引入,能够大大飞腾蓄电池维护的任务量与成本,也是前进供电琐细可用性的无效才力之一。
  (1)电池单体内阻监测对运维本钱的浪费在部分基站的测试中,最早测算,对蓄电池组接纳在线内阻/电压检测体系后,可减少护卫野生、物料老本60%[4]。
  浙江移动的研究[3]剖明,电池电导在线监测细碎,能够布施护卫人员快速创造阴碍电池,全面、及时主宰电池组的实际运转状况,从而纯粹扭转古板的电池维护测试内容,有用进步维护企图功用60%以上。
  (2)电池单体内阻监测对电池更换的资本浪费在激进的电池运维门径中,定期按规范对电池组进行放电以核查容量。当放电容量小于设计容量的80%时刻,一样平常采取电池组整组更换的方法。而电池组放电容量下降主要的元凶祸首是少数的弱化、后进电池,而整组电池的报废与更换,无疑浪费了“好”电池,增加了用户的资本投入,导致全社会的浪费,也与当前节能减排工作各走各路。有运营商对电池电导检测[3],可完成绝对正确地驾驭电池组中每一个单体的容量范围,防备电池的自觉报废,预计可以使电池报废数量飞扬30%以上,节能减排效益显然。
  (3)电池单体内阻监测细碎的投资回报ROI
  图谋者通常关注的是资本报答或投资报答ROI(Returnofinvest)。
  初期的电池单体内阻监测零碎卑下,本日仍有不少国外品牌价格高亢,他们通常一套电池单体内阻监控琐屑,其价钱远比被监测的电池组贵,以是投资报答ROI一般是5~8年(按容易回本期计较)[4],其经济性是比较差的。
  最新的电池单体内阻监测零碎成本大幅下降,当然分歧厂家的一致零碎的投资报答有不一定差异,然则不少性能优质的厂家,其ROI已经降到1.5~3年(按容易回本期共计),部门系统也曾低沉到1.5~2年报答,已完全具备大规模使用的前提。
  3结束语
  在运转的通讯基站与数据核心等紧要场所,电池单体内阻监测曾经成为供电琐屑平安包管的一一小部分,在时刻保障供电细碎的倔强运转。随着新型锂电池、燃料电池的逐渐进行与应用,电池单体内阻监测将应用到加倍广泛的空间。

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