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蓄电池在线监测方案
发布日期:2024-05-26 12:22:22

概述



由于阀控铅酸电池性能稳定、自放电少、密封、经济等优点而迅速代替其他类型电池。阀控铅酸电池销售承诺至少十年使用寿命,然而很多用户惊讶的发现电池在使用了三到四年后就会出现故障,很少有电池使用寿命超过八年的,这主要是由于阀控蓄电池长期浮充运行后出现电池失水、负极板硫酸化、正极板腐蚀、热失控等,导致容量衰退。厂商大力宣传“免维护”电池和用户维护麻痹,使得不少用户得到惨痛的教训。在今天也很少有电池用户对自己的后备电源系统有绝对的信心。

目前,对蓄电池组的管理主要采用定期维护的方式。一般定期人工对电池的电压、内阻进行测量,每一年或几年对电池组进行一次核对性放电。

这种维护方式主要存在下面的缺点:

· 维护工作量大,导致维护人员不堪重负

· 无法即时掌握蓄电池组运行真实数据及数据无法进行系统的分析

· 维护风险较高

为了能彻底解决以上问题,必须组建一个蓄电池在线监测系统,对蓄电池的单体电压、组压、单体内阻、电池内部温度等重要参数进行在线监测,一旦发现某个参数有异常或其变化趋势有异常时立即告警,使管理维护人员及时发现问题或潜在的隐患,及时进行处理,保证UPS系统的可靠性与安全性。

本方案实施后可以达到下面的效果:

- 及时发现电池着火的潜在风险并提前告警;

- 提前预警即将失效的蓄电池,排除潜在的隐患,确保UPS系统安全;

- 无需进行定期的内阻、电压手工测量,节约人力物力;

- 即时发现充电故障,延长蓄电池组寿命。

- 通过对数据的系统分析,积累不同品牌型号设备及蓄电池的实际运行经验

监控内容



在线监测蓄电池组,监测内容包括电池的单体电压、单体内阻、单体电池内部温度、组压、环境温度及充放电电流,并配置监测软件,远程读取并显示数据,同时数据可接入到动环监控系统中。

监控示意图



根据项目需求本方案采用技术方案: 蓄电池在线监测系统+蓄电池监测数据管理软件,方案的拓扑见下图。TA蓄电池在线监测系统具有技术先进,功能完善,配置齐全,稳定可靠,抗干扰性强等特点的系统。系统主要功能为:实时监测总电压、总电流、单体电池电压、单体电池内阻、单体电池温度、环境温度等,任何参数超出阀值后自动告警,并预警性能劣化的电池。

每个电池配置一个TA模块,监测电池的电压、内阻与温度,TA模块间通过一根通信总线相互连接后接到收敛模块上,收敛模块轮巡读取每个TA模块监测到的数据,并进行分析、处理、保存与显示,通过通信口上传到监控中心。

硬件实现的功能



1、  在线监测每节电池的电压、每节电池的极柱温度、每节电池的内阻;电池组组压、充放电电流、环境温度;在线热失控监测。

2、  具备电池热失控、单体内阻、单体电压、电池温度、组压、充放电电流、环境温度超限时自动告警功能,告警阀值可设置。告警发生时设备发出告警声音,红色告警灯亮,干接点闭合,可通过设备查询具体告警内容。

3、  能自动定期测量电池的内阻,无需人工干预。能自动获取每节电池的基准内阻值固化,通过自动内阻横向与纵向分析比较来判断电池的好坏。

4、  带LCD显示屏及设置按键,可以查询显示所有监测数据以及部分历史数据。能对设备运行参数进行修改,进入修改菜单有密码保护。

5、  蓄电池组处在放电时,能自动记录放电曲线及已放容量,可在LCD显示屏上查询。

6、  能记录设备运行过程中的各种事件,包括设备重启、发生告警、内阻自动测试等,可在LCD显示屏上查询。

7、  能保存一定量的数据,其中告警为100条、内阻为一年、组压电流为一个月、放电记录为每组一次。

8、  能直接在设备上修改运行参数。

9、  带RS485口、网络口及USB口,支持MODBUS/RTU、MODBUS/TCP、SNMP、TCP/IP协议。带有两个干接点,一个为设备故障接点,另一个为电池告警接点。

10、电池监测模块带有滤波电路,能够阻档UPS产生的2次、4次与6次等纹波,防止干扰模块正常工作。已经在Emerson、Schneider与Eaton等品牌的大型UPS系统上有实际应用实例。

11、能承受以下抗干扰试验,试验后产品能正常工作:

  (1)静电放电,严酷等级3级,执行标准GB/T17626.12;  

  (2)射频场感应的传导骚扰,严酷等级3级,执行标准GB/T17626.6;    

  (3)电快速瞬变脉冲群振荡波,严酷等级3级,执行标准GB/T17626.4;

  (4)工频磁场,严酷等级3级,执行标准GB/T17626.8;  

后台软件实现的功能



1、  采用B/S构架,通过IE浏览器即可查询监测数据。采用SQL-SERVER来存储数据,并通过数据波动保存技术,剔除无用的历史数据,提高数据的有效性。

2、  采用大数据并发处理技术,能在10秒内更新一次所有采集数据。

3、  采用可视化界面设计,利用曲线、柱状图等直观的展示出任何时间段的数据变化趋势,能完整的记录放电事件及整组与每节的放电曲线。

4、  能对多个电池数据曲线显示在同一图上进行相互比较。

5、  有告警时能自动产生告警记录并保存告警开始时间与结束时间,所有告警记录可以查询。

6、  后台软件能生成以下曲线:电池组的总电压电流变化曲线、所有电池的单体电压充放电曲线、电池内阻的相对变化曲线、电池温度与环境温度变化曲线。

7、  所有历史数据及报表可以按时间、类型等分类查询。

8、  所有数据及报告可以直接打印或以EXCEL的方式导出。

9、  能远程硬件设备进行运行参数的修改与同步。

10、带分级登录/权限控制功能。

11、带二次开发接口及协议,可集成至动环系统。

产品技术优势



1.1  高稳定性

产品的稳定性设计需要实际应用经验的积累,所以应用时间不长或应用不广的产品往往会不稳定。信朗拥有十多年数以万套设备的实际应用经验,在这一领域拥有二十多项专利技术,我们把这些经验与技术应用到产品中,从设计上确保了产品的高稳定性。

信朗还拥有完整的质量保证体系与ERP管理系统,确保产品在各个生产环节的质量得到有效的保证。

1.2  高安全性

(1)系统对充电系统和工作回路无任何干扰,电压采集线不与被监测电池直接连接,中间由欧姆电阻连接,彻底杜绝了测量电缆自身短路或模块的故障带来的电池自放电、现场出现火花、人员触电、蓄电池的伤害等危险;采集单元各检测通道应采用高阻抗输入方式,检测回路的电流小于微安级,对蓄电池无不良影响。

(2)系统能完全独立于被监测设备而正常工作,功耗低,对供电系统要求不高,不影响用户正常供电线路。

(3)具有防过压、过流、高频磁场干扰特性,要求系统工作电压范围宽,防过流、过压能力强,系统设计有防浪涌电路,可在高频强磁场工作环境下正常运行。

(4)系统采用模块化设计,模块间的独立性良好,在线可维护性强,在线维护时不影响被监测设备的正常工作。

(5)系统应采用阻燃特性良好的元器件,使得系统本身的短路过流等原因造成的故障不会引起明火燃烧。

1.3  抗干扰性强

目前大型UPS及高频UPS应用越来越普遍,在电池上出现很强的纹波干扰非常常见。在一个UPS系统中,逆变器在逆变过程中会产生2次、4次与6次等纹波电流,这种纹波电流会倒灌到蓄电池上,干扰蓄电池监测设备的正常工作。

我们专为此种应用设计了一个特殊的滤波电路,采用DSP+自动塌陷电

路,这种电路能够阻档UPS产生的2次、4次与6次等纹波,而几乎不影响有用的信号。这种产品已经在Emerson、Schneider与Eaton等品牌的大型UPS系统上有数以千计的应用。

1.4  在线自动内阻测试技术

信朗拥有多循环在线内阻测试技术的独家专利,此种技术可以实现完全自动在线测试内阻。

1.5  高精度电压采集技术

电压检测采用16位并行A/D转换技术,无开关或继电器切换,实现了高速及高稳定采集,精度可高达0.1%。采集单元前后级采用了光电隔离,避免前端对后端电路的干扰,保证系统安全可靠。

1.6  大容量数据存储空间

监测设备可以对保存电压、内阻、报警记录及分析报告等,一旦后台服务器出故障,也可确保关键数据不会丢失。

1.7  接入性好

监测设备可以完全独立运行,无需后台软件支持,并能直接对数据进行分析生成分析报告,这些数据通过通讯口可以直接上传给第三方监测系统,并提供RS485及网络口同时支持MODBUS、SNMP协议,使系统接入变得极为简单。