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LEM蓄電池智能傳感器的應(yīng)用
一、蓄電池監(jiān)控的必要性
隨著我國通訊、電力、UPS等行業(yè)的迅猛發(fā)展，蓄電池的用量也在快速增加。就目前我們的蓄電池使用條件，經(jīng)常會發(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卻放不出電來。這種狀況的發(fā)生主要原因在于蓄電池的運行狀態(tài)沒有得到有效的監(jiān)測，一旦由多個蓄電池串聯(lián)構(gòu)成的蓄電池組中出現(xiàn)某一塊蓄電池失效，就會導(dǎo)致整個蓄電池組不能正常放電。
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)理論我們知道，系統(tǒng)的安全程度取決于系統(tǒng)中最不安全的因素，也就是我們經(jīng)常引用的“木桶理論”。
二、蓄電池監(jiān)控的現(xiàn)狀
1．計劃性維護
目前就蓄電池的維護而言最常規(guī)的做法是至少每年對蓄電池組進行一次核對性放電測試。因為如果蓄電池組3-4 年都不進行一次充/放電，蓄電池組電解液就會出現(xiàn)分層現(xiàn)象，即電解液會分解為酸溶液濃度各不相同的液體層，這會影響到蓄電池在斷電時的供電能力。這種現(xiàn)象會最終導(dǎo)致在硫酸濃度較高的區(qū)域出
現(xiàn)極板腐蝕。
但是采取這種計劃性的維護，由于兩次維護間隔時間太長而并不能連續(xù)監(jiān)測蓄電池的狀態(tài)；同時用戶在進行過放電測試后的第二天就不敢說蓄電池組是否將會正常運行下去；另外，放電測試通常會消耗幾個小時甚至幾天的時間，這是一個高成本、對電池具有破壞性、不安全的過程（包括重新充滿電）。
2．通過監(jiān)控電池電壓來監(jiān)測蓄電池
針對蓄電池的運行機理和失效模式，國內(nèi)已經(jīng)有相關(guān)的標準出臺，在直流供電的場合安裝對蓄電池監(jiān)測的必要裝置，比如電壓巡檢儀等。但是根據(jù)后備蓄電池的工作條件，有可能長期不放電，在兩次定期核對性放電測試期間，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）：
由此可以看出僅檢測電壓是完全不夠的，并且還容易誤導(dǎo)用戶，將壞電池作為好電池來使用，這種危害相當大。
那么有無好的辦法能夠更加有效地監(jiān)測蓄電池的狀態(tài)，并且能夠在蓄電池性能下降到一定程度的時候給出預(yù)警信號，使我們能夠在蓄電池失效之前將電池更換或?qū)ｉT維護，從而避免災(zāi)難性的斷電情況的發(fā)生呢？答案是肯定的，通過測量蓄電池的內(nèi)部電阻的狀態(tài)可以有效地預(yù)測蓄電池的劣化程度，也就是能夠準確的監(jiān)測蓄電池的健康狀態(tài)SOH(Status Of Health)。如下圖：
黃色趨勢線顯示蓄電池的內(nèi)阻在10月到11月期間因為各種原因急劇上升，因此可以判斷出蓄電池的狀態(tài)已經(jīng)嚴重劣化，經(jīng)過對電池的放電證實的確是電池已經(jīng)失效。
三、LEM蓄電池監(jiān)控模塊介紹
從以上的分析中我們可以歸納出監(jiān)控蓄電池的幾個必備條件：
1）需要進行連續(xù)監(jiān)控
2）需要對單個蓄電池監(jiān)控
3）需要監(jiān)控蓄電池的內(nèi)阻
LEM公司針對蓄電池的運行機理以及失效模式開發(fā)出了世界上體積最小同時各種功能高度集成的智能蓄電池傳感器Sentinel，能夠準確測量單體蓄電池的內(nèi)阻、溫度以及電壓等參數(shù)，通過串口通訊協(xié)議對其進行操作，實現(xiàn)對蓄電池的連續(xù)監(jiān)控。如圖：
該器件的常規(guī)參數(shù)如下：
1. 測量電壓1.5V-15V，精度+/- 0. 5%
2. 溫度誤差，+/- 2℃
3. 內(nèi)阻的測量重復(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
比較市場同類蓄電池監(jiān)控產(chǎn)品簡單來說主要有以下4個優(yōu)點：
1）分布式安裝，模塊與蓄電池一一對應(yīng)，現(xiàn)場布線簡單且工程成本低
2）獨立的模塊使得監(jiān)控非常靈活，相對于集中式監(jiān)控產(chǎn)品來說在蓄電池數(shù)量少的地方更凸顯優(yōu)勢。 3）模塊采用脈沖電流放電法測量內(nèi)阻（見下圖），放電電流小（12v蓄電池放電電流小于 2A），不但安全且對蓄電池不易造成傷害。
4) 瑞士總部與RWTH亞琛大學合作多年潛心研究的測量算法，測量的阻值可靠（見下圖），抗干擾能力強，質(zhì)保期5年
說明：瑞士LEM總部在德國AACHEN工業(yè)大學進行了長期測試，圖中經(jīng)由LEM模塊測量出的內(nèi)阻與實驗室設(shè)備EISmeter分析儀測量出的阻值基本一致
四、LEM蓄電池監(jiān)控系統(tǒng)介紹
LEM的電池監(jiān)控解決方案是一個完整的解決方案，包括一系列組件，能夠簡單快速的安裝，該方案包括以下組件：
•Sentinel：可以測量單個VRLA電池或富液式電池的電壓，溫度和內(nèi)阻，通過專屬總線S-BUS傳送給數(shù)據(jù)記錄器S-BOX。
•電流傳感器：電流傳感器檢測電池組的狀態(tài)（充電，放電或者浮充狀態(tài)）。
•S-BUS Converter：該模塊將S-BUS協(xié)議轉(zhuǎn)換成標準的串行輸出協(xié)議。
•S-BOX：帶有Ethernet接口的數(shù)據(jù)記錄裝置，用來記錄每一個Sentinel的趨勢和報警。
•Cellview Net：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)，報警以及生成各種報告。
如下圖：
當然OEM廠商也可以僅使用LEM提供的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)在國內(nèi)尤其是電力行業(yè)得到了很好的應(yīng)用，如下圖：
總之，該套解決方案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)品必將對我國的安全用電系統(tǒng)做出應(yīng)有的貢獻。
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