蓄电池组在线监测项目

可行性报告

深圳市普禄科智能检测设备有限公司

2007年10月

目录

引言.................................................................................. 2

一．重要意义.......................................................................... 2

二．可行性............................................................................ 2

三．技术方案.......................................................................... 2

1．分析常见的蓄电池失效模式........................................................ 2

2．阀控铅酸蓄电池内阻模型研究...................................................... 3

3．结语............................................................................ 8

四．蓄电池组在线监测系统国内外品牌市场调查报告........................................ 8

五．普禄科蓄电池在线监测技术方案介绍................................................. 14

1．概述........................................................................... 14

2．系统拓扑图..................................................................... 14

3．方案描述....................................................................... 14

4．方案特色....................................................................... 15

5．PITE3920蓄电池在线监测系统介绍................................................ 16

5．1功能特点................................................................... 16

5．2技术指标................................................................... 16

6．监测中心软件介绍............................................................... 17

6．1概述....................................................................... 17

6．2功能描述................................................................... 17

6．2．1 用户权限管理......................................................... 17

6．2．2 实时监控............................................................. 17

6．2．3 数据分析............................................................. 18

6．2．4 趋势分析............................................................. 18

6．2．5 报表分析............................................................. 19

6．2．6 用户管理............................................................. 19

6．2．7 设置组报警阀值....................................................... 19

六．设备配置清单..................................................................... 20

七．技术服务......................................................................... 20

7．1 总则.................................................................... 20

7．2 项目经理制.............................................................. 20

7．3 系统安装调试、投运时的技术服务.......................................... 20

7．4 保证期内的技术服务...................................................... 20

7．5 保证期后的技术服务...................................................... 21

八．公司简要介绍..................................................................... 21

九．联系方式......................................................................... 21

蓄电池组在线监测项目可行性报告

引言：

目前，阀控式铅酸蓄电池在电力操作电源、通信电源中广泛使用，由于阀控式铅酸蓄电池结构的特殊性，在运行中可靠地检测蓄电池的性能，并有针对性地对蓄电池进行维护变得困难但又很迫切。从电源系统运行的高可靠性要求，各类型电池监测系统也在广泛使用。但不同的测试模式对蓄电池的性能状况反映也不一样，多年的研究和运用表明，内阻检测是目前最为可靠的测试方式之一，而蓄电池的不同失效模式对内阻的反映情况也不一样，了解蓄电池的内阻和各种失效模式的关系，合理地分析阀控式铅酸蓄电池的内阻数据，有利于更好地对蓄电池进行检测和维护。

近年来，由于原材料的涨价，国内很多阀控式铅酸蓄电池厂家采用了很多新的生产工艺，由此而来对新工艺蓄电池内阻数据分析也发生了新的变化。合理地选择此类蓄电池内阻数据基准，对判断阀控式铅酸蓄电池性能有很大的帮助；合理地运用内阻数据维护蓄电池，对延长蓄电池的使用寿命有很大的作用，为获得最大的安全效益和经济效益有着很重要的意义。

一：重要意义：

1、  提高直流系统的可靠性，避免蓄电池的烧坏和爆炸的风险。

2、  保证直流系统所需要的电能

3、  延长蓄电池寿命

4、  减少现行的蓄电池维护作业量和维护成本

5、  使得维护工作和设备管理定量化，变被动监管为主动监管。

二：可行性：

1、  国外十五年的应用经验。

2、  国内厂家通过技术创新提高了功能。

3、  通过实际应用证明了系统的可靠性。

4、  成本是可以接受的。

三：技术方案：

目前，大小型电源中广泛使用的免维护密封铅酸蓄电池，VRLA 电池和电池组在运行过程中，随着使用时间的增加必然会有个别或部分电池因内阻变大，呈退行性老化现象，整组电池的容量是以状况最差的那一块电池的容量值为准，而不是以平均值或额定值( 初始值) 为准。当电池的实际容量下降到其本身额定容量的90%以下时，电池便进入衰退期；当电池容量下降到原来的80%以下时，电池便进入急剧衰退状况。衰退期很短，这时电池组已存在极大的事故隐患。

1、分析常见的蓄电池失效模式：

对于阀控式铅酸电池，通常的性能变坏原因有：电池失水、极板群的腐蚀、活性物质的脱落、深放电引起的钝化和深度放电后的恢复等，以下是几种性能变坏的情况。

l.1 电池失水

铅酸蓄电池失水会导致电解液比重增高或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。

阀控式铅酸蓄电池充电后期，正极释放的氧气与负极接触，发生反应，重新生成水，即

使负极由于氧气的作用处于欠充电状态，因而不产牛氢气。这种正极的氧气被负极铅吸收，再进一步化合成水的过程，即所谓阴极吸收。

在上述阴极吸收过程中，由于产生的水在密封情况下不能溢出，因此阀控式密封铅酸蓄电池可免除补加水维护，这也是阀控式密封铅酸蓄电池称为免维护电池 的由来。但在充电过程中，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，但必竟使电池损失了气体，也等于失水，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，绝对不能过充电。

1．2 负极板硫酸化

电池负极栅板的主要活性物质是海绵状铅，电池充电时负极栅板发生如下化学反应

 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，为防止硫酸化的形成，电池必须经常保持在充足电的状态，蓄电池绝对不能过放。

1．3 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。

1．4 热失控

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。造成热失控的根本原因是浮充电压过高。

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；或者采用230V/单体(25℃)，连续充电6～8个月就可能出现热失控；如果是采用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，最后失效。

2、阀控铅酸蓄电池内阻模型研究

阻抗分析是电化学研究中的常用方法，是电池件能研究和产品设汁的必要手段。

图l所示为常用的铅酸电池阻抗的等效电路。

文献研究中将Warburg阻抗表示为一个电阻和电容串联组成的阻抗ZW。

式中：λ为Warburg系数，表示反应物和生成物的扩散性质特性；
      ω为角频率。

电池的阻抗包括欧姆电阻和正负极阻抗，即

电池阻抗是一个复阻抗，在其它条件不变的情况下，与测试频率有关。

通常情况的内阻是指某一固定频率下的内阻值，对于一般的VRLA蓄电池，多数采用低于100 Hz的频率．在实际使用中常把复阻抗的模 称为内阻。

2．1 内阻在线测量方法

备用场合使用的VRLA电池一般容量很大，在几十到数千安时，电池的内阻值很小。由于阻值低，电池正负极输出感应的电压幅值很小，尤其是在线测量时电池端存在充电纹波和负载变动时的动态变化，要准确测量内阻是有一定难度的。常见的内阻测试方法有以下几种。

2.1.1 直流方法

直流方法是在电池组两端接入放电负载，根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1一U2)来计算内阻值，见图2所示。常采用式(3)计算。

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。实际测最中，直流方法所得数据的重复性较差，准确度很难达到10％以上。

2.1.2 交流方法

交流方法相对直流法要简单。

当使用受控电流时，△I=ImaxSinωt，产生的电压响应为

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

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。即

式中：Vav为检测到交流信号的平均值；

Iav为馈入的交流信号的平均值

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伏级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，受到的影响更大。

2.1.3直流方法与交流方法相结合：

采用直流方法与交流方法相结合的测试方法，结合直流测试方法的稳定性好与交流方法的精确度高优点与一体，采用基于数字滤波器的内阻测量技术和同步检波方法克服外界干扰，获得比较稳定精确的内阻数据。深圳普禄科的PITE3920蓄电池在线监测系统，成功应用了这一高新技术。

2.2 不同测量方法对内阻值的影响

由于测量方法的不同，蓄电池内阻数值有较大的差异。因此，在研究内阻变化时需要在同一方法下进行测量。

2.3 不同充电状态对内阻值的影响

蓄电池处于不同的状态．其内阻值也有很大的差异。放电容量达到80％后，内阻急剧上升。转入充电后，内阻很快恢复到正常数值。

2．4 不同的失效模式对内阻值的影响

蓄电池的不同失效模式反映在内阻变化的幅值并不一样。

图3是不同劣化模式下的电池放电曲线。与一般的腐蚀模式对比可以发现：同样的欧姆内阻变化幅度，失水模式能提供的输出容量比腐蚀模式的要低。

另外的电池劣化模式也从不同的角度影响电池的内阻，除腐蚀和失水外，活性物质的不同结晶状态也影响输出容量和内阻。对处于正常浮充电压一定时间后的电池，可以认为是在完全充电状态。温度对电池内阻影响甚微，低温有些影响。在运行条件较好的场合，可以不考虑温度的影响。

目前国内还没有相关的标准对蓄电池内阻数据进行解释说明，只有IEEE Std 1188—1996中对内阻测量和数据分析作了简单的说明，IEEE Std1188—1996指出：内阻受包括物理连接、电解液离子导电性和电极表而的活性物质的活性三方面因素的影响，内阻值与所采用的仪器和测量方法有关，内阻的变化可以当作电池性能或者说容量变化的指示。明显的内阻变化表明蓄电池有大的性能改变，超过30％的变化即可认为明显，但这个变化幅度可能跟不同厂家的电池有关。

分析发现，在蓄电池劣化时，采用新工艺的蓄电池内阻值明显小于采用老工艺的蓄电池，对于新工艺的蓄电池内阻预警值应更为严谨。

3 结语:

内阻与SOH(State of Health)的关系分析的结论如下。

(1)不能直接用内阻数据来计算SOH(State of Health)，而且建立标准亦很困难。内阻不能同容量进行量化表达，只是性能的反映；
   

(2)SOC(State of Charge)和SOH(State of Health)无疑影响电池内阻，劣化的蓄电池内阻都有很大的变化；
   

(3)大容量电池的欧姆内阻很小。其变化幅度就更小，需要相当精度的测试手段；
   

(4)部分电池的内阻变化明显，但此时的电池容量仍可能保持在良好水平；
   

(5)劣化严重的电池其内阻变化数伉将超过某范围；
   

(6)蓄电池的监测应是对蓄电池的运行参数、内阻变化、电压监测等的综合参数监测，对内阻的变化率的监测是很有意义的；
   

 (7)新工艺蓄电池的性能、寿命明显低于老的蓄电池，更需要严格监测其运行参数，定期的核对性放电不可缺少。

四、蓄电池组在线监测系统国内外品牌市场调查报告：

蓄电池组在线监测系统国内外品牌市场调查报告