LEM蓄電池智能傳感器的使用

一、蓄電池監(jiān)控的必要性

隨著我國(guó)通訊、電力、UpS等行業(yè)的迅猛發(fā)展，蓄電池的用量也在快速新增。就目前我們的蓄電池使用條件，常常會(huì)發(fā)生一些意想不到的狀況發(fā)生，比如看似正常的蓄電池放電時(shí)卻放不出電來(lái)。這種狀況的發(fā)生緊要原由在于蓄電池的運(yùn)行狀態(tài)沒(méi)有得到有效的監(jiān)測(cè)，一旦由多個(gè)蓄電池串聯(lián)構(gòu)成的蓄電池包中出現(xiàn)某一塊蓄電池失效，就會(huì)導(dǎo)致整個(gè)蓄電池包不能正常放電。蓄電池作為安全不間斷供電的最后一道保障措施，同時(shí)也是不間斷供電系統(tǒng)里面最不安全的因素。從系統(tǒng)理論我們了解，系統(tǒng)的安全程度取決于系統(tǒng)中最不安全的因素，也就是我們常常引用的“木桶理論”。

二、蓄電池監(jiān)控的現(xiàn)狀

1．計(jì)劃性維護(hù)

目前就蓄電池的維護(hù)而言最常規(guī)的做法是至少每年對(duì)蓄電池包進(jìn)行一次核對(duì)性放電探測(cè)。因?yàn)樘热粜铍姵匕?-4年都不進(jìn)行一次充/放電，蓄電池包電解液就會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即電解液會(huì)分析為酸溶液濃度各不相同的液體層，這會(huì)影響到蓄電池在斷電時(shí)的供電能力。這種現(xiàn)象會(huì)最終導(dǎo)致在硫酸濃度較高的區(qū)域出現(xiàn)極板腐蝕。

但是采取這種計(jì)劃性的維護(hù)，由于兩次維護(hù)間隔時(shí)間太長(zhǎng)而并不能繼續(xù)監(jiān)測(cè)蓄電池的狀態(tài)；同時(shí)用戶在進(jìn)行過(guò)放電探測(cè)后的第二天就不敢說(shuō)蓄電池包是不是將會(huì)正常運(yùn)行下去；另外，放電探測(cè)通常會(huì)消耗幾個(gè)小時(shí)甚至幾天的時(shí)間，這是一個(gè)高成本、對(duì)電池具有破壞性、不安全的過(guò)程（包括重新洋溢電）。

2．通過(guò)監(jiān)控電池電壓來(lái)監(jiān)測(cè)蓄電池針對(duì)蓄電池的運(yùn)行機(jī)理和失效模式，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)，在直流供電的場(chǎng)合安裝對(duì)蓄電池監(jiān)測(cè)的必要裝置，比如電壓巡檢儀等。但是依據(jù)后備蓄電池的工作條件，有可能長(zhǎng)期不放電，在兩次定期核對(duì)性放電探測(cè)期間，同樣有可能失效，而電池的端電壓是完全正常的。如下圖（摘自IEEE）：

由此可以看出僅測(cè)試電壓是完全不夠的，并且還容易誤導(dǎo)用戶，將壞電池作為好電池來(lái)使用，這種危害相當(dāng)大。那么有無(wú)好的方法能夠更加有效地監(jiān)測(cè)蓄電池的狀態(tài)，并且能夠在蓄電池性能下降到一定程度的時(shí)候給出預(yù)警信號(hào)，使我們能夠在蓄電池失效之前將電池更換或?qū)ｉT維護(hù)，從而戒備災(zāi)難性的斷電情況的發(fā)生呢？答案是肯定的，通過(guò)測(cè)量蓄電池的內(nèi)部電阻的狀態(tài)可以有效地預(yù)測(cè)蓄電池的劣化程度，也就是能夠準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)蓄電池的健康狀態(tài)SOH(StatusOfHealth)。如下圖：

黃色趨勢(shì)線顯示蓄電池的內(nèi)阻在十月到十一月期間因?yàn)楦鞣N原由急劇上升，因此可以判斷出蓄電池的狀態(tài)已經(jīng)嚴(yán)重劣化，經(jīng)過(guò)對(duì)電池的放電證實(shí)的確是電池已經(jīng)失效。

三、LEM蓄電池監(jiān)控模塊解析

從以上的分解中我們可以歸納出監(jiān)控蓄電池的幾個(gè)必備條件：

1）要進(jìn)行繼續(xù)監(jiān)控

2）要對(duì)單個(gè)蓄電池監(jiān)控

3）要監(jiān)控蓄電池的內(nèi)阻

LEM公司針對(duì)蓄電池的運(yùn)行機(jī)理以及失效模式開發(fā)出了世界上體積最小同時(shí)各種功能高度集成的智能蓄電池傳感器Sentinel，能夠準(zhǔn)確測(cè)量單體蓄電池的內(nèi)阻、溫度以及電壓等參數(shù)，通過(guò)串口通訊協(xié)議對(duì)其進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的繼續(xù)監(jiān)控。如圖：

該器件的常規(guī)參數(shù)如下：

1.測(cè)量電壓1.5V-15V，精度+/-0.5%

2.溫度誤差，+/-2℃

3.內(nèi)阻的測(cè)量重復(fù)度+/-2%

4.全部采用接插件，安裝極為快捷

5.省電模式下3mA

6.5年質(zhì)量保證

比較市場(chǎng)同類蓄電池監(jiān)控產(chǎn)品簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)緊要有以下4個(gè)優(yōu)勢(shì)：

1）分布式安裝，模塊與蓄電池一一對(duì)應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)布線簡(jiǎn)單且工程成本低

2）獨(dú)立的模塊使得監(jiān)控非常靈活，相有關(guān)聚集式監(jiān)控產(chǎn)品來(lái)說(shuō)在蓄電池?cái)?shù)量少的地方更凸顯優(yōu)點(diǎn)。

3）模塊采用脈沖電流放電法測(cè)量?jī)?nèi)阻（見(jiàn)上圖），放電電流小12v蓄電池放電電流小于2A），不但安全且對(duì)蓄電池不易造成傷害。

4)瑞士總部與RWTH亞琛大學(xué)合作多年潛心研究的測(cè)量算法，測(cè)量的阻值可靠（見(jiàn)下圖），抗干擾能力強(qiáng)，質(zhì)保期5年

說(shuō)明：瑞士LEM總部在德國(guó)AACHEN工業(yè)大學(xué)進(jìn)行了長(zhǎng)期探測(cè)，圖中經(jīng)由LEM模塊測(cè)量出的內(nèi)阻與試驗(yàn)室設(shè)備EISmeter分解儀測(cè)量出的阻值基本一致

四、LEM蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)解析

LEM的電池監(jiān)控處理辦法是一個(gè)完整的處理辦法，包括一系列組件，能夠簡(jiǎn)單快速的安裝，該辦法包括以下組件

?Sentinel：可以測(cè)量單個(gè)VRLA電池或富液式電池的電壓，溫度和內(nèi)阻，通過(guò)專屬總線S-bUS傳送給數(shù)據(jù)記錄器S-bOX。

?電流傳感器：電流傳感器測(cè)試電池包的狀態(tài)（充電，放電或者浮充狀態(tài)）。

?S-bUSConverter：該模塊將S-bUS協(xié)議轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的串行輸出協(xié)議。

?S-bOX：帶有Ethernet接口的數(shù)據(jù)記錄裝置，用來(lái)記錄每一個(gè)Sentinel的趨勢(shì)和報(bào)警。

?CellviewNet：和S-bOX配合使用的可視化軟件，用于圖形化顯示各種數(shù)據(jù)，報(bào)警以及生成各種報(bào)告。如下圖：

當(dāng)然OEM廠商也可以僅使用LEM供應(yīng)的Sentinel模塊，與其自身的系統(tǒng)配合形成具有自身特色的蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)。這些廠家既可以是UpS制造商，也可以是專門開發(fā)蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)的集成商。LEM的sentinel模塊目前已經(jīng)在國(guó)內(nèi)尤其是電力行業(yè)得到了很好的使用，如下圖：

總之，該套處理辦法非常適合目前的通訊、電力以及UpS后備蓄電池的監(jiān)控；相信LEM的蓄電池監(jiān)控產(chǎn)品必將對(duì)我國(guó)的安全用電系統(tǒng)做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。