随着电力电子技术的发展,电源(通信电源、UPS)的可靠性和安全性已经大大提高,但作为供电系统中后一道屏障的备用储能单元(铅酸蓄电池),由于其特性(化学反应)可靠性一直没有多大提升,因此科学有效的维护是保障蓄电池系统稳定运行的关键。
目前对于蓄电池的维护工作普遍存在维护工作不到位;流程复杂、针对性差;维护手段匮乏等问题。蓄电池系统已经成为电源系统中不可靠的部分。在重大的电源事故中,由于电源自身故障引发的事故占10%、开关切换故障引发事故占20%,而其余70%的事故都是与蓄电池故障相关的(见图1)。有效地监控和科学地维护对于提高蓄电池组稳定性至关重要。发现和解决蓄电池系统中的隐患、提高蓄电池组的安全性是目前蓄电池维护工作的重点。也是提高数据中心供电系统可用性的有效手段之一。
阻抗测试技术虽然被大多数人认可,但是在产品化的过程中也存在一些不足。通过对于目前市场中的蓄电池阻抗的监测设备的综合分析。我们也发现了一些问题:
①各厂家设备测量出的参数不相同。由于各厂家采用的信号频率存在差异,采用不同厂家的设备测量相同状态下的蓄电池时,显示的内阻值不相同,甚至存在较大的差异;
②阻抗数据非常抽象,需要使用者具有一定的专业知识才能进行判断。很少有厂家能够提供严谨、完整的判断标准;
③部分厂家的测试结果与蓄电池实际容量劣化状态的相关性差。由于缺乏有效的界定标准,很难判断某些设备阻抗数据的真实性。
针对以上问题,将在线阻抗测试与蓄电池运行数据结合在一起就可以有效地实现供电系统中备用储能单元的故障预测,从而实现提高供电系统可用性。
①将线阻抗测试与蓄电池运行数据结合作为故障蓄电池的快速检测方法,有效的测试设备应该能够准确检知蓄电池组中的严重劣化蓄电池;
②当蓄电池处于早期劣化状态时,其阻抗的变化率将大大提高。通过连续、有效地监控能够发现蓄电池组中的早期劣化蓄电池;
③蓄电池的阻抗和容量的关系是离散相关的。有效的阻抗测试设备提供的阻抗数据,对于早期劣化蓄电池识别的准确性应该能达到80%以上;
对于严重劣化蓄电池或故障蓄电池应达到95%以上;
九华蓄电池阀控式密封免维护铅酸蓄电池规格型号参数：
型号
电压（V）
容量（AH）
重量（KG）
外型尺寸（mm）
长
宽
高
总高
6-CNF-7
12
7
2.7
151
65
94
101
6-CNF-17
17
5.6
180
77
167
167
6-CNF-24
24
7.5
165
125
175
180
6-CNF-38
38
14.5
197
6-CNF-65
65
21
350
166
175
6-CNF-100
100
30
407
173
210
236
6-CNF-150
150
42
483
170
239
240
6-CNF-200
200
55
522
240
219
244
蓄电池运行参数监控
蓄电池运行参数包括蓄电池的单体电压、电池组电压、电流和环境温度等参数。目前,对于这些参数的测量主要依靠人工定期巡检和在线式电压检测仪来完成。电压、电流和环境温度是蓄电池的运行参数指标,也是蓄电池稳定运行的基本的保障。恶劣的运行环境将大大缩短蓄电池的使用寿命,加大蓄电池的安全隐患。环境温度过高,会加速蓄电池失水,造成蓄电池失效加速。在35℃时运行蓄电池的劣化将加速一倍;在55℃时,对于蓄电池浮充一个月所造成的劣化相当于在25℃时浮充一年的等级。同样,过高的充电电压也将大大加速蓄电池的劣化速度。当充电电压或环境温度过低时,蓄电池的容量饱和度很难达到,也直接体现为蓄电池放电容量不足。过放电对于蓄电池的损害是非常大的。对于串联使用的蓄电池组,由于蓄电池个体之间的差异,放电过程中不同蓄电池达到终止电压的时间差异很大。电池组中的某些劣化蓄电池达到放电终止电压的时间往往大大提前于其他蓄电池。以电池组电压为单位计算放电终止电压,易造成蓄电池组中部分劣化蓄电池过放电甚至是深度过放电,加速蓄电池组中故障蓄电池的出现。放电过程中,当电池组中出现达到终止电压的单体蓄电池时应停止放电,而不是以电池组电压为参考标准。
但是,仅仅对于蓄电池的电压、电流和环境温度进行监测还无法达到有效维护蓄电池的目的。蓄电池运行环境参数监测的意义更多体现在对于蓄电池运行环境的合理性检测,而不是蓄电池故障的排查。性能很差的蓄电池在浮充状态时,端电压的变化并不明显,甚至有“浮充电压正常但放电时出现严重故障”的情况[1]。而等到蓄电池放电时发现异常,往往为时已晚。
对于严重劣化蓄电池或故障蓄电池应达到95%以上;
④线阻抗测试与蓄电池运行数据结合能提出一套完整的蓄电池劣化判断标准,而不是简单提供阻抗数值。
2蓄电池在线阻抗测试技术的价值
电池单体阻抗/电压在线测试系统的经济性,是除安全性之外运维工作的第二项主要要求。通过有效的蓄电池阻抗监测的引入,能够大大降低蓄电池维护的工作量与成本,也是提高供电系统可用性的有效手段之一。
(1)电池单体内阻监测对运维成本的节省在部分基站的测试中,初步测算,对蓄电池组采用在线内阻/电压检测系统后,可减少维护人工、物料成本60%[4]。
浙江移动的研究[3]表明,电池电导在线监测系统,能够帮助维护人员快速发现故障电池,全面、及时掌控电池组的实际运行状况,从而彻底改变传统的电池维护测试模式,有效提高维护管理效率60%以上。
(2)电池单体内阻监测对电池更换的成本节省在传统的电池运维方法中,定期按规范对电池组进行放电以核对容量。当放电容量小于设计容量的80%时候,通常采取电池组整组更换的方法。而电池组放电容量下降主要的罪魁祸首是少数的弱化、落后电池,而整组电池的报废与更换,无疑浪费了“好”电池,增加了用户的成本投入,导致全社会的浪费,也与当前节能减排工作背道而驰。有运营商对电池电导检测[3],可实现相对准确地掌控电池组中每个单体的容量范围,避免电池的盲目报废,预计可使电池报废数量降低30%以上,节能减排效益明显。