基于交流注入法后备VRLA电池在线监测方案

一、后备电池监测必要性

随着蓄电池的广泛应用，特别是备用电源中的应用，由于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会影响电池使用寿命，甚至造成严重的后果，因此，2009年6月1日开始执行新的《电子信息系统机房设计规范》GB50174—2008，对蓄电池的管理提出了明确的要求，特别是对A级机房的蓄电池要求监测到每一块电池，这对于提高机房应对供电灾难的水平意义重大。

二、电池内阻在线监测技术

连续监测蓄电池的运行参数（单电池电压、充放电电流、温度）以及内阻的变化，对于蓄电池进行全监测，通过蓄电池失效早期的特征，及时发现单体电池的不均衡性、以及失效、落后电池等情况，并进行及时有效的处理，就可以防止蓄电池劣化加剧，延长蓄电池的使用寿命。

1 人工检查

除了放电测试外，人工测量主要测量电池组电压、单电池电压、温度和单电池内阻。

2 在线监测

通常内阻的测量方式有以下两种：

1）直流方法

由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给准确测量带来困难，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测量中，直流方法所得数据的重复性较差、准确度很难达到10%以上。

目前很多采用直流测试法的内阻测试设备都采用大电流放电，这样，需用使用大的放电器和大截面的导线同蓄电池连接，这在实际使用中会带来一定的安全隐患。同时由于需要对蓄电池进行动作（放电），在测量过程中，对于在线测量以及两次测量的时间间隔有一定的限制。

2）交流方法

相对直流法，通过交流法测量蓄电池内阻就要简单一些。

当使用受控电流时，ΔI = Imax Sin(2πft),产生的电压响应为：

ΔV = Vmax Sin(2πft + φ)

若使用受控电压激励，ΔV = Vmax Sin(2πft),产生的电流响应为：

ΔI = Vmax Sin(2πft - φ)　

两种情况的阻抗均为：

即阻抗是与频率有关的复阻抗，其模 |Z|= Vmax/Imax, 相角为φ。

一般情况下激励引起的电压幅值变化小于10mV，这样能保证阻抗测量的线性。使用方波在技术实现上更为简单，通过改变方波的频率可以测试电池的阻抗谱。

从理论上讲，向电池馈入一个交流电流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。

R = Vav / Iav

式中　Vav----为检测到交流信号的平均值；

      Iav ---- 为馈入交流信号的平均值

在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微欧级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，会受到充电机或用电负载的影响。工频和射频干扰也影响读数。

而采用数字信号处理技术就可以有效克服外界干扰，获得比较稳定的内阻数据，同时该方法不需要增加蓄电池的任何动作，因而在在线测量、网络化方面具有很大的技术优势。目前该测量技术正被学术界、以及市场广泛接受。

三、基于交流注入法电池内阻监测解决方案

阻抗与容量是反映蓄电池性能的参数。阻抗这一参数，通过交流法在线蓄电池的内阻，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。

（1）WB7880QA-08B蓄电池内阻在线监测模块

WB7880QA-08B蓄电池内阻在线监测模块采用小电流注入法测量蓄电池内阻，完成电池内阻、温度、端电压的参数监测，通过RS-485接口按MODBUS—RTU协议实现组网，方便用户对铅酸蓄电池进行综合判断。

（2）电池内阻监测技术指标

电池的容量：2V或12V容量为50AH以下的电池

监测电池数：8节

内阻      量程1mΩ～100mΩ，分辨率50μΩ，误差 2%

电压          量程1.5V-15V        误差0.2%    分辨率3mV

温度          量程－20℃～＋70℃  误差±1℃   分辨率0.1℃

响应时间      单节电池测量时间≤0.5s

通信方式      RS485,波特率:9600bps,校验方式：无校验1个停止位

产品尺寸     216*94*36(mm)

工作温度     0℃～＋70℃

（3）监测系统构成

监测中心软件采用基于B/S结构的模式，B/S（Browser/Server）结构即浏览器/服务器结构，它是随着 Internet技术的兴起，对C/S结构（客户/服务器结构）的一种改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（Browser）实现，但是主要事务逻辑在服务器端（Server）实现，形成所谓三层3-tier结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。

监测中心采用B/S结构模式后，系统管理员可以给各相关人员分配用户名、密码与访问权限，这些相关人员作为IE用户，在规定的权限内通过 Internet/Intranet浏览蓄电池的数据与报表，随时可了解蓄电池组的情况。

监测中心采用数据库管理，采用SQL-SERVER商用数据库，方便对各蓄电池组的数据进行管理、查询与调用。

四　应用效果

通过在通信领域、电力系统以及大型生产企业的UPS等行业的应用，有力地证明该方案可以很好解决目前后备电源中蓄电池监测与管理的诸多问题，通过智能化与网络化的实现，对于提高蓄电池的使用性能，及时发现蓄电池故障，提前判断蓄电池劣化，延长蓄电池的使用寿命，具有非常重要的意义。