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汤浅铅酸蓄电池在线监测增强供电系统可用性

汤浅铅酸蓄电池在线监测增强供电系统可用性
汤浅铅酸蓄电池在线监测增强供电系统可用性
随着电力电子技能的发展,电源(通信电源、汤浅蓄电池)的可靠性和安全性现已大大进步,但作为供电体系中最终一道屏障的备用储能单元(铅酸蓄电池),因为其特性(化学反应)可靠性一向没有多大提升,因此科学有用的保护是保证蓄电池体系安稳运转的关键。
  现在关于蓄电池的保护作业普遍存在保护作业不到位;流程复杂、针对性差;保护手法匮乏等问题。蓄电池体系现已成为电源体系中最不可靠的部分。在重大的电源事端中,因为电源本身毛病引发的事端占10%、开关切换毛病引发事端占20%,而其余70%的事端都是与蓄电池毛病相关的(见图1)。有用地监控和科学地保护关于进步蓄电池组安稳性至关重要。发现和处理蓄电池体系中的隐患、进步蓄电池组的安全性是现在蓄电池保护作业的重点。也是进步数据中心供电体系可用性的有用手法之一。
  1阀控铅酸蓄电池保护测验办法
  (1)传统的蓄电池保护办法
  世界电工学会铅酸蓄电池检测和保护标准IEEE1188-1996中关于蓄电池保护规则,关于铅酸汤浅蓄电池的保护应做到以下4点:
  ①实时、精确的单体蓄电池电压、电池组电流和环境温度的监控;
  ②每月1~2次的单体蓄电池内阻测验并盯梢蓄电池内阻改变趋势;
  ③每年2次的核对性放电;
  ④对现场运用时间超越2年的汤浅蓄电池,应做到每3个月进行一次核对性放电。
  该标准在进步了蓄电池体系的安稳可靠性的一起,也大大进步了关于蓄电池日常保护的要求,很难在咱们的日常保护中得到充沛的执行。结合咱们本身的实践情况,大部分运转保护作业选用了相对简化的保护流程:
  ①现网电池浮充电压、浮充电流的日常巡检(每月1次);
  ②纽带机房蓄电池组核对性放电实验,放出容量的30%~40%(每年1次);
  ③基站电池全容量放电实验(每年1次);
  ④发电机发动电池(半年1次)。
  简化了的保护流程在降低了蓄电池保护作业量,也进步了汤浅蓄电池组的安全隐患。即便是按照简化后的流程执行,蓄电池的日常巡检和定时放电仍需求很多的人力、物力才能完结。一年一次的全容量放电的测验密度依然不能做到及时发现电池功能的劣化情况;进一步加大放电实验密度将使蓄电池保护所牵扯的人力、物力投入过大,缺乏可操作性;关于现网的数量巨大的蓄电池,缺乏体系性的运转功能核算、趋势剖析、预警和质量办理的支撑渠道,保护办理手法落后。保护作业缺乏主动性、预防性[3]。
  (2)蓄电池运转参数监控
  汤浅蓄电池运转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。现在,关于这些参数的丈量首要依靠人工定时巡检和在线式电压检测仪来完结。电压、电流和环境温度是蓄电池的运转参数指标,也是蓄电池安稳运转的最基本的保证。恶劣的运转环境将大大缩短蓄电池的运用寿命,加大蓄电池的安全隐患。环境温度过高,会加速蓄电池失水,形成蓄电池失效加速。在35℃时运转蓄电池的劣化将加速一倍;在55℃时,关于蓄电池浮充一个月所形成的劣化相当于在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到达100%,也直接体现为蓄电池放电容量缺乏。过放电关于蓄电池的危害是十分大的。关于串联运用的蓄电池组,因为蓄电池个别之间的差异,放电进程中不同蓄电池到达停止电压的时间差异很大。电池组中的某些劣化蓄电池到达放电停止电压的时间往往大大提早于其他蓄电池。以电池组电压为单位核算放电停止电压,易形成蓄电池组中部分劣化蓄电池过放电乃至是深度过放电,加速蓄电池组中毛病蓄电池的呈现。放电进程中,当电池组中呈现到达停止电压的单体汤浅蓄电池时应停止放电,而不是以电池组电压为参阅标准。
  可是,只是关于蓄电池的电压、电流和环境温度进行监测还无法到达有用保护蓄电池的意图。蓄电池运转环境参数监测的含义更多体现在关于蓄电池运转环境的合理性检测,而不是蓄电池毛病的排查。功能很差的蓄电池在浮充状况时,端电压的改变并不明显,乃至有“浮充电压正常但放电时呈现严峻毛病”的情况[1]。而等到蓄电池放电时发现异常,往往为时已晚。
  (3)蓄电池阻抗/电导在线监测
  蓄电池的阻抗/电导测验技能是现在世界公认的汤浅蓄电池毛病快速检测办法,也是蓄电池在线监测办理的发展方向。该技能在民用中现已得到了较好的普及,关于手机电池和汽车电瓶的毛病快速检测都是根据蓄电池的阻抗/电导进行判别的。
  在工业电源蓄电池检测领域中,除世界电工学会IEEE1188将蓄电池阻抗测验列为日常检测内容外,美国的TIA-92(数据中心通用基础设施建设标准2005年版)和我国的GB50174-2008(电子信息体系机房设计标准)也将蓄电池阻抗在线监测列为数据中心蓄电池的重要监测指标。
  现在选用的电池内阻测验设备首要分为在线式与离线式两种。在线式测验体系,能自动化的、继续的监测各单体蓄电池参数,完成关于蓄电池的生命周期全进程办理。离线式测验体系(如手持式仪表),偏重于电池筛选进程,可确保电池运用前的一致性。从完成手法看,分为直流放电法和沟通注入法。
  直流放电法(专利U.S.PatentNo:5,744,962)经过对蓄电池瞬时大电流放电,并测验蓄电池端电压下跌取得蓄电池内阻数据。如图2所示。
  直流放电法有以下几个首要的缺点:需求对电池进行大电流放电;不能丈量蓄电池的极化内阻即电化学内阻;与蓄电池接连放电容量相关性差。
  可是,直流放电法因为选用了瞬时大电流放电的办法,关于在实践运用中需求运用电池瞬时大电流放电的场合(如发电机发动电池),这种办法还是具有必定运用含义的。
  沟通注入法选用向汤浅蓄电池注入必定频率的沟通信号完成阻抗的测验。沟通法测验原理图如图3所示,将必定起伏的沟通电流信号注入到蓄电池中,一起捕捉蓄电池的电压反应。
  沟通法测验的蓄电池内阻,能在很大程度上体现出蓄电池的电化学特性,其测验办法的科学性较强。一起,因为选用沟通注入的办法,会对电池体系中的纹波形成必定影响。关于直流体系特别是关于纹波要求较高的场合,直接选用沟通法会对电源质量形成必定的影响。
  汤浅铅酸蓄电池在线监测增强供电系统可用性
脉动直流法,是介于沟通法和直流法之间的一种办法。该办法是现在世界上关于铅酸汤浅蓄电池内阻的干流测验办法。脉动直流法选用的电流鼓励信号为直流脉动信号,这样既克服了沟通鼓励中的纹波问题,一起也无需运用像直流法那样的大电流进行放电。选用脉动直流对蓄电池进行放电后,经过沟通监测回路对蓄电池端电压的反应进行丈量。此时,丈量的是蓄电池端电压关于脉动鼓励信号的沟通反应。或者说,关于蓄电池端电压中负荷鼓励频率的反应信号进行提取,然后取得蓄电池的沟通阻抗。脉动直流法,在技能完成上相关于前两种办法难度较大。脉动直流法测验作业原理如图4所示。
  关于蓄电池的阻抗和电导的区别一向以来有必定的争论。世界电工学会关于蓄电池的阻抗和电导的测验办法进行了如下的界说:将已知频率的恒定电流注入到蓄电池,经过对蓄电池端电压反应进行测验,取得的数据为蓄电池的阻抗;将已知频率和振幅的沟通电压加到蓄电池的两端,丈量所发生的电流,取得的数据为蓄电池的电导。即经过施加恒流信号,测验蓄电池电压反应的办法为阻抗测验法;经过施加恒压信号,测验蓄电池电流反应的办法为电导测验法。经过关于现在世界市场干流的蓄电池测验设备剖析和比较,以MIDTRONIC、BTECH、GRANDPOWER等为代表的干流蓄电池监控设备生产厂家均选用恒流办法进行蓄电池的阻抗测验。也就是说,市场上干流的蓄电池阻抗测验设备,不管显现的是蓄电池的阻抗或是电导,实践上都是根据世界电工学会界说的蓄电池阻抗测验办法完成的。因此,现在关于阻抗/电导的提法,首要针关于选用直流大电流放电法丈量蓄电池内阻而提出的。蓄电池的阻抗/电导测验的本质是针关于蓄电池在必定频率下复频阻抗的丈量,除了应体现蓄电池内阻的欧姆内阻之外,还要归纳考虑蓄电池的极化内阻等复频阻抗。在很多研讨办法中[3],选用图5作为电池阻抗剖析的等效电路。从等效电路,可以看出关于蓄电池进行复频阻抗归纳剖析而不是单纯的内阻剖析的必要性。
  阻抗测验技能尽管被大多数人认可,可是在产品化的进程中也存在一些缺乏。经过关于现在市场中的汤浅蓄电池阻抗的监测设备的归纳剖析。咱们也发现了一些问题:
  ①各厂家设备丈量出的参数不相同。因为各厂家选用的信号频率存在差异,选用不同厂家的设备丈量相同状况下的蓄电池时,显现的内阻值不相同,乃至存在较大的差异;
  ②阻抗数据十分抽象,需求运用者具有必定的专业知识才能进行判别。很少有厂家可以提供谨慎、完好的判别标准;
  ③部分厂家的测验结果与蓄电池实践容量劣化状况的相关性差。因为缺乏有用的界定标准,很难判别某些设备阻抗数据的真实性。
  针对以上问题,将在线阻抗测验与蓄电池运转数据结合在一起就可以有用地完成供电体系中备用储能单元的毛病猜测,然后完成进步供电体系可用性。
  ①将线阻抗测验与汤浅蓄电池运转数据结合作为毛病蓄电池的快速检测办法,有用的测验设备应该可以精确检知蓄电池组中的严峻劣化蓄电池;
  ②当蓄电池处于前期劣化状况时,其阻抗的改变率将大大进步。经过接连、有用地监控可以发现蓄电池组中的前期劣化蓄电池;
  ③蓄电池的阻抗和容量的联系是离散相关的。有用的阻抗测验设备提供的阻抗数据,关于前期劣化蓄电池辨认的精确性应该能到达80%以上;
  关于严峻劣化蓄电池或毛病蓄电池应到达95%以上;
  ④线阻抗测验与蓄电池运转数据结合能提出一套完好的蓄电池劣化判别标准,而不是简略提供阻抗数值。
  2蓄电池在线阻抗测验技能的价值
  电池单体阻抗/电压在线测验体系的经济性,是除安全性之外运维作业的第二项首要要求。经过有用的蓄电池阻抗监测的引入,可以大大降低蓄电池保护的作业量与本钱,也是进步供电体系可用性的有用手法之一。
  (1)电池单体内阻监测对运维本钱的节省在部分基站的测验中,初步测算,对蓄电池组选用在线内阻/电压检测体系后,可减少保护人工、物料本钱60%[4]。
  浙江移动的研讨[3]表明,电池电导在线监测体系,可以协助保护人员快速发现毛病电池,全面、及时掌控电池组的实践运转情况,然后彻底改变传统的电池保护测验模式,有用进步保护办理效率60%以上。
  (2)电池单体内阻监测对电池替换的本钱节省在传统的电池运维办法中,定时按标准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,通常采取汤浅蓄电池组整组替换的办法。而电池组放电容量下降首要的罪魁祸首是少量的弱化、落后电池,而整组电池的作废与替换,无疑浪费了“好”电池,增加了用户的本钱投入,导致全社会的浪费,也与当时节能减排作业背道而驰。有运营商对电池电导检测[3],可完成相对精确地掌控电池组中每个单体的容量范围,避免电池的盲目作废,估计可使电池作废数量降低30%以上,节能减排效益明显。
  (3)电池单体内阻监测体系的出资报答ROI
  办理者通常关注的是本钱报答或出资报答ROI(Returnofinvest)。
  前期的电池单体内阻监测体系贵重,今日仍有不少国外品牌价格昂扬,他们通常一套电池单体内阻监控体系,其价格远比被监测的电池组贵,所以出资报答ROI通常为5~8年(按简略回本期核算)[4],其经济性是比较差的。
  最新的电池单体内阻监测体系本钱大幅下降,当然不同厂家的不同体系的出资报答有必定差异,可是不少功能优异的厂家,其ROI现已降到1.5~3年(按简略回本期核算),部分体系现已降低到1.5~2年报答,已完全具备大规模应用的条件。
  3结束语
  在运转的通讯基站和数据中心等重要场所,电池单体内阻监测现已成为供电体系安全保证的一部分,在时间保证供电体系的安稳运转。随着新式锂电池、燃料汤浅蓄电池的逐步发展与应用,电池单体内阻监测将应用到愈加广泛的空间。
 

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