蓄电池在线监测系统在银行业的应用

蓄电池在线监测系统在银行业中的应用1.银行数据中心机房蓄电池在监测的必要性：可靠稳定的供电系统是银行稳定运行业务的基本要求，银行系统必须保证供电的连续性和供电系统的安全性，在银行的信息中心机房一般都会用到UPS不间断电源作为重要的安全保障。

UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成的稳压稳频的不间断电源，市电供电中断时，UPS能保证输出供电的连续性。

而蓄电池是UPS的关键组成部分，蓄电池作为动力提供的最后保障，无疑是UPS电源中的最后一道保险，其状态的好坏直接关系到UPS是否正常工作。

目前，UPS广泛使用密封铅酸蓄电池（VRLA ：Valve-Regulated Lead-Acid Battery）俗称“免维护电池”，而这种称谓也使得在蓄电池的使用过程中，人们往往错误的认为蓄电池是免维护的而不加重视，许多用户从安装上蓄电池后就基本没有进行过维护和管理。

由于在实际应用中，一般都是多个蓄电池串联组成电池组，在串联系统中，如果有一个蓄电池出现异常，则会影响整组蓄电池的正常使用，导致关键时刻，UPS不能正常供电，从而造成不可估量的损失。

目前市场上的铅酸蓄电池生产厂家良莠不齐，很多蓄电池厂家宣称阀控铅酸蓄电池使用寿命可以达到10年以上，但在实际中，很多蓄电池使用半年就可能出现异常，或者在2-3年左右出现劣化，以致使用不到5年的蓄电池就得淘汰。

有资料统计，因蓄电池故障而引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约占到30%以上。

为使数据中心机房稳定运行，必须对UPS蓄电池进行管理和维护。

2. 蓄电池工作中可能存在的问题分析蓄电池是化学电源，在使用过程中一些蓄电池会提前老化或损坏，从而严重影响整个蓄电池组的供电水平甚至无法供电。

UPS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蓄电池出现老化现象。

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为准。

若不及时检测，找出老化电池给予调整，电池组的容量将变小，电池寿命缩短，影响系统的高效安全运行。

如果不能及时发现存在问题的蓄电池，将影响系统安全供电，有可能带来灾难性后果。

所以让每一块蓄电池时刻处于完好状态是蓄电池监测管理的最主要的目的。

目前，蓄电池运行中存在的隐患主要有：1）蓄电池寿命无法达到设计要求目前我们使用的蓄电池或许存在这样的问题：在蓄电池安装时，蓄电池的厂家称阀控铅酸蓄电池在浮充下的使用寿命可以达到10年以上，但在实际中，蓄电池可能在2-3年左右就出现劣化，以致使用不到5年的蓄电池就得淘汰。

有的蓄电池甚至工作半年就出现异常。

2）蓄电池浮充下缺乏温度补偿由于蓄电池的工作环境比较复杂，而环境温度对于蓄电池的影响，特别是电压、电流的影响较大。

在25℃以上，每增加1℃，蓄电池充电电流将会增加10%，蓄电池失水将会增加1.5%。

3）对于蓄电池的运行情况、性能状况不明由于没有良好的手段以及管理，蓄电池的使用者对于蓄电池的运行情况缺乏足够的了解，特别是对于蓄电池历史数据的整理以及分析。

4）蓄电池管理维护的理念和方法需要改进很多蓄电池的维护人员，受到蓄电池厂家的误导，认为“免维护”就是无需维护，其实“免维护”仅仅是不需要定期对蓄电池进行加水。

或者是对蓄电池的监测仍然停留在人工定期监测的办法，耗费了大量的人力和实践，而且危险性较高。

另外，从经济效益和社会效益上讲，管理蓄电池可以延长整个电池组的使用寿命，减少蓄电池更换量，从而节省费用，也利于环境保护。

目前国内很多用户在电池使用一半寿命时就被全部更换掉，实际此时绝大部分电池还是完好的，这样被白白扔掉实在是严重的浪费。

3.阀控式铅酸蓄电池的失效模式造成蓄电池失效的主要模式包括：硫酸盐化、失水、正极板栅腐蚀、正极物质活性降低及隔膜收缩等。

其中硫酸盐化和失水是蓄电池最常见的失效模式。

保障蓄电池处于良好的运行环境，及时发现单体蓄电池的早期失效，是避免串连蓄电池组整体失效的最有效手段。

对蓄电池的运行参数和性能参数进行综合监控是避免蓄电池的早期失效，延长蓄电池的使用寿命。

蓄电池常见的失效模式分析：一类是阀控式铅酸蓄电池原理的固有因素，主要有：1）正极板腐蚀：对浮充电使用的电池，设计使用寿命主要取决于板栅腐蚀速率，它受栅板材料、电解液密度和环境温度的影响很大，然而这是一个缓慢的过程，由此引起的寿命终结可长达十几年。

但是在电池过充电状态下，通过氧复合通道，负极产生了水，降低了酸度，而正极反应产生H+，加速了正极板栅的腐蚀。

同样在高温环境下，正极板栅的腐蚀也会被加速，从而缩短电池的预期寿命。

2）失水：由于阀控式铅酸蓄电池是贫液式设计，电解液的吸储量非常有限，失水将直接导致电池容量损失。

据统计有70%以上的电池失效是由于失水造成的。

在充电过程中氧复合反应不完全及板栅腐蚀将引起水的损失，当每次充电时，由于产生气体的速率大于气体再化合速率，导致一部分气体逸出，损成水的损失。

正极栅的腐蚀也是造成水损失的因素之一。

3）负极板硫酸盐化：在充电过程中，一旦氧复合反应发生，几乎消耗了所有流入负极的电流，使得负极不可能被极化到开路电极电位以上，这样无论电池处于充电或放电状态，负板总有硫酸铅存在，使负极长期处于非完全充电状态，形成不可逆硫酸铅，使电池容量逐渐减少，导致电池失效。

4）热失控：在充电过程中，电池内的再化合反应将产生大量的热能，由于蓄电池的密封结构使热量不易散出，导致电池温升过高失效。

电池生产工艺质量的因素：在实际情况中，由于电池生产工艺质量的问题，如原材料成份不稳定，极板涂膏量不一致，极耳腐蚀断裂，壳体和壳盖间渗透漏液，阀盖开闭不灵等，都造成电池性能离散性大，也是电池早期失效的主要因素。

由于电池生产工艺、材料的离散性导致的电池性能离散性，将在电池使用中被反映，如浮充电压的离散性，不可避免带来单体电池的过充和欠充。

使用环境因素：1）不合理设置充电电压，过高的电压设置将导致过充，而过低的设置也将导致欠充，二者都会影响电池寿命。

2）过高的环境温度将加速电池栅板的腐蚀，影响电池寿命。

3）存在频繁停电使电池没有充足又被放电的状况，这将导致电池硫酸盐化而不可恢复。

通过以上的铅酸阀控蓄电池失效模式的分析，可以看出蓄电池的失效是逐渐的，并且都可以在内阻的变化上得到反映，并且目前还没有发现一只蓄电池性能丧失，而其内阻没有变化的实例。

这就为我们提供了一个监测蓄电池性能状况的便捷途径：即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、以及失效电池的情况，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。

铅酸蓄电池的端电压并不能反映电池的容量特性，实际使用中，能够直接测量的参数除电流、电压外，蓄电池内阻是可以直接测量的一个参数，在实际测量电池的内阻后，能够发现电池的许多问题，尤其是能够立即判断严重失效的电池或存在连接问题的电池。

电池的内阻已被公认为是一种迅速而又可靠的诊断电池健康状况的方法。

4.实时在线监测是蓄电池管理的有效手段如何测量管理蓄电池，这在不同的时期和不同的技术条件下是不同的：前些年主要是由人工进行检测的，也就是工作人员使用测量仪表定期对电池的端电压或内阻进行实地测量，然后根据测量值判断电池的状态。

这种测量方式由于不能在一个时点同时测量，所以误差较大，测量周期长，特别是目前数据中心中的电池数量很大，人工测量工作量太大。

现在UPS系统中也配有蓄电池监测功能，能够对蓄电池的充放电情况进行监测（充电电流、放电容量等），如果电池组出现异常情况将发出报警。

但是UPS系统只能对整个电池组进行监测，无法监测电池单元的状况，也就无法保证蓄电池组随时处于完好状态。

目前较好的办法，就是对蓄电池进行实时在线监测，随时了解其状态，尽早发现有问题的蓄电池单元，通过更换电池单元保证蓄电池随时可以投入工作。

UPS的许多用户认为UPS本身已带蓄电池监测功能，无需再安装另外的蓄电池监测系统。

确实，大部分UPS都带有一定的蓄电池监测功能，可以监测组压及记录放电曲线，但是对于准确掌握每节蓄电池的运行状况这些监测是远远不够的。

UPS一般只能监测组压，不能监测每节电池的电压，一旦某节电池失效，组压往往还是正常的，而对于串接的电池组来说，这是非常危险的。

另外对电池来说极其重要的一个参数电池内阻UPS是无法监测的。

对于许多失效电池来说，其电压仍然是正常的，但带载后电压就迅速下跌，原因是其内阻超出了正常范围。

这同样导致电池容量的下降，而电压是不能正确反映这些变化的。

由于电池组中电池彼此的差异是存在的，而蓄电池组的充电方式无法避免个别电池的热失控。

5.实时在线监测蓄电池的主要方法目前优化的方式是采用蓄电池在线监测方法，在蓄电池的运行过程中，实时监测蓄电池的内阻及其他运行参数，如电压、电流、温度、运行时间等，来实时监测蓄电池的工作状态。

在国际上，安装蓄电池在线检测系统已是各行各业普遍现象，IEEE 更在能源工程协会的《IEEE1188标准：固定地点使用的免维护铅蓄电池VRLA的维护、测试、替换推荐方法》中推荐采用蓄电池在线检测系统检测电池内阻，以此判断蓄电池的健康状况。

内阻测量方法分为直流放电法和交流测试法。

直流放电法在电池两端接入大电流放电负载，测量电池在放电过程的电压变化。

部分厂家的产品需要把电池从回路中断开，或关掉充电机，否则会受充电机和用电负载的影响。

由于电池的内阻很小，放电时的电压变化幅值很小，需要较大的放电电流，直接测量的精度一般也很难提高。

直流放电法每年可对电池的检测次数有限，直流放电法的优势是设计简单，成本低。

瑞雷特电子技术公司为代表的交流测试技术不需大电流放电，由于采用先进的数字信号处理技术实现了微弱信号的准确测量，也不需把电池从回路中断开，不受充电机和用电负载的影响，在线测量电池的内阻，数据有效分辨率高达0.001 毫欧。

在线交流内阻测试技术难度大，各厂家的具体实现技术各有特点，其内阻准确度和抗干扰能力差别也很大。

内阻数据的分析是另一方面的关键技术，瑞雷特根据近十年的电池测试经验，参考国外同行的统计数据，在系统中植入了有效的内阻分析算法，确保系统准确发现电池容量下降，同时最大限度地避免误报。

6.瑞雷特公司蓄电池在线监测系统BM1000在招商银行数据中心机房的成功应用RELAT瑞雷特公司蓄电池在线监测系统BM1000以优良的测试精度及稳定的产品性能成功在招商银行的机房中得到了应用。

瑞雷特蓄电池在线监测系统测试参数包括：蓄电池组的组电压、组电流、电池组温度、单电池电压值、电池组充电电流、电池组放电电流、设定电池组深度放电标准、单电池浮充电压上限、单电池浮充电压下限、单电池标准浮充电压、单电池容量、单电池内阻、强大的监控软件功能可以实现详细的参数测试及监测管理，实现实时监测和数据查询功能。