钜大LARGE | 点击量：1097次 | 2021年08月29日
LEM蓄电池在线监测处理方法
LEM蓄电池智能传感器的使用
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新增。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。这种状况的发生紧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
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
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。因为倘若蓄电池包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继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，从而戒备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十月到十一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）要进行继续监控
2）要对单个蓄电池监控
3）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，实现对蓄电池的继续监控。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
5.省电模式下3mA
6.5年质量保证
比较市场同类蓄电池监控产品简单来说紧要有以下4个优势：
1）分布式安装，模块与蓄电池一一对应，现场布线简单且工程成本低
2）独立的模块使得监控非常灵活，相有关聚集式监控产品来说在蓄电池数量少的地方更凸显优点。
3）模块采用脉冲电流放电法测量内阻（见上图），放电电流小12v蓄电池放电电流小于2A），不但安全且对蓄电池不易造成伤害。
4)瑞士总部与RWTH亚琛大学合作多年潜心研究的测量算法，测量的阻值可靠（见下图），抗干扰能力强，质保期5年
说明：瑞士LEM总部在德国AACHEN工业大学进行了长期探测，图中经由LEM模块测量出的内阻与试验室设备EISmeter分解仪测量出的阻值基本一致
四、LEM蓄电池监控系统解析
LEM的电池监控处理办法是一个完整的处理办法，包括一系列组件，能够简单快速的安装，该办法包括以下组件
•Sentinel：可以测量单个VRLA电池或富液式电池的电压，温度和内阻，通过专属总线S-bUS传送给数据记录器S-bOX。
•电流传感器：电流传感器测试电池包的状态（充电，放电或者浮充状态）。
•S-bUSConverter：该模块将S-bUS协议转换成标准的串行输出协议。
•S-bOX：带有Ethernet接口的数据记录装置，用来记录每一个Sentinel的趋势和报警。
•CellviewNet：和S-bOX配合使用的可视化软件，用于图形化显示各种数据，报警以及生成各种报告。如下图：
当然OEM厂商也可以仅使用LEM供应的Sentinel模块，与其自身的系统配合形成具有自身特色的蓄电池监控系统。这些厂家既可以是UpS制造商，也可以是专门开发蓄电池监控系统的集成商。LEM的sentinel模块目前已经在国内尤其是电力行业得到了很好的使用，如下图：
总之，该套处理办法非常适合目前的通讯、电力以及UpS后备蓄电池的监控；相信LEM的蓄电池监控产品必将对我国的安全用电系统做出应有的贡献。
