LEM蓄电池在线监测处理方案

2021-04-25 ryder

一、蓄电池监控的必要性

随着我国通讯、电力、UpS等行业的迅猛发展，蓄电池的用量也在快速增加。就目前我们的蓄电池使用条件，常常会发生一些意想不到的状况发生，比如看似正常的蓄电池放电时却放不出电来。这种状况的发生主要原由在于蓄电池的运行状态没有得到有效的监测，一旦由多个蓄电池串联构成的蓄电池包中出现某一块蓄电池失效，就会导致整个蓄电池包不能正常放电。蓄电池作为安全不间断供电的最后一道保障措施，同时也是不间断供电系统里面最不安全的因素。从系统理论我们了解，系统的安全程度取决于系统中最不安全的因素，也就是我们常常引用的“木桶理论”。

二、蓄电池监控的现状

1．计划性维护

目前就蓄电池的维护而言最常规的做法是至少每年对蓄电池包进行一次核对性放电探测。因为如果蓄电池包3-4年都不进行一次充/放电，蓄电池包电解液就会出现分层现象，即电解液会分析为酸溶液浓度各不相同的液体层，这会影响到蓄电池在断电时的供电能力。这种现象会最终导致在硫酸浓度较高的区域出现极板腐蚀。

但是采取这种计划性的维护，由于两次维护间隔时间太长而并不能连续监测蓄电池的状态；同时用户在进行过放电探测后的第二天就不敢说蓄电池包是不是将会正常运行下去；另外，放电探测通常会消耗几个小时甚至几天的时间，这是一个高成本、对电池具有破坏性、不安全的过程（包括重新洋溢电）。

2．通过监控电池电压来监测蓄电池针对蓄电池的运行机理和失效模式，国内已经有相关的标准出台，在直流供电的场合安装对蓄电池监测的必要装置，比如电压巡检仪等。但是依据后备蓄电池的工作条件，有可能长期不放电，在两次定期核对性放电探测期间，同样有可能失效，而电池的端电压是完全正常的。如下图（摘自IEEE）：

由此可以看出仅测试电压是完全不够的，并且还容易误导用户，将坏电池作为好电池来使用，这种危害相当大。那么有无好的方法能够更加有效地监测蓄电池的状态，并且能够在蓄电池性能下降到一定程度的时候给出预警信号，使我们能够在蓄电池失效之前将电池更换或专门维护，从而避免灾难性的断电情况的发生呢？答案是肯定的，通过测量蓄电池的内部电阻的状态可以有效地预测蓄电池的劣化程度，也就是能够准确的监测蓄电池的健康状态SOH(StatusOfHealth)。如下图：

黄色趋势线显示蓄电池的内阻在10月到11月期间因为各种原由急剧上升，因此可以判断出蓄电池的状态已经严重劣化，经过对电池的放电证实的确是电池已经失效。

三、LEM蓄电池监控模块解析

从以上的分解中我们可以归纳出监控蓄电池的几个必备条件：

1）需要进行连续监控

2）需要对单个蓄电池监控

3）需要监控蓄电池的内阻

LEM公司针对蓄电池的运行机理以及失效模式开发出了世界上体积最小同时各种功能高度集成的智能蓄电池传感器Sentinel，能够准确测量单体蓄电池的内阻、温度以及电压等参数，通过串口通讯协议对其进行操作，实现对蓄电池的连续监控。如图：

该器件的常规参数如下：

1.测量电压1.5V-15V，精度+/-0.5%

2.温度误差，+/-2℃

3.内阻的测量重复度+/-2%

4.全部采用接插件，安装极为快捷