一、 概述

　　目前，蓄电池监测模块大多都是电压巡检仪，在线监测电池的浮充电压，在超出设定值时给出报警。相对以前的整组电压监测方式来说，单体电压监测是前进了一大步，但对于电池的长期运行过程中的容量衰减以至失效的监测，电压能反映的问题非常有限:100Ah的电池和衰减至10Ah的电池在浮充电压上的差异很难区别开来。因此，需要从蓄电池的失效模式进行探讨，从而解决蓄电池的监测问题。

　　二、阀控铅酸蓄电池的失效模式

　　对于阀控式铅酸电池，通常的性能变坏机制有以下几种情况:

　　1、 热量的积累

　　开口式铅酸电池在充电时，除了活性物质再生外，还有硫酸电解质中的水逐步电解生成*气和氧气。当气体从电池盖出气孔通向大气时，每18克水分解产生11.7千卡的热。

　　而对于阀控式铅酸电池来说，充电时内部产生的氧气流向负极，氧气在负极板处使活性物质海绵状铅氧化，并有效低补充了电解而失去的水。由于氧循环抑制了*气的析出，而且氧气参与反应又生成水。这样虽然消除了爆炸性的气体混合物的排出问题，但是这种密封式使热扩散减少了一种重要途径，而只能通过电池壳壁的热传导作为放热的一途径。因此，阀控铅酸电池的热失控问题成为一个经常遇到的问题。

　　阀控铅酸电池依赖于电壳壁的热传导来散热，电池安装时良好的通风和较低的室温是很重要的条件。为了进一步降低热失控的危险性，浮充电压通常具体视不同的生产者和不同室温而定。厂家一般都给出电池的浮充电压和温度补偿系数。

　　2、硫酸化

　　阀控式比开口式电池更易产生的问题是负极板的硫酸化。这是由于:

　　1）氧的循环引起的负极板较低的电位；

　　2）在强酸电解质汇集的电池底部形成的酸的分层，在这种不流动，非循环的电解质系统中是很难避免的。

　　这两个都可能在浮充条件下产生一定数量的残留硫酸盐，然后转变成永久性的硫酸盐形式。因此，当极板加速去活化时，可用的放电安时容量就会减小。随着负极板温度的升高，这种状况会更加恶化。由于氧循环反应的发生，负极板表面被氧化，相当数量的热释放出来。

　　3、 正极板群的腐蚀和脱落

　　阀控式铅酸电池中，这种形式的性能变坏本来就更加严重。由于氧循环反应，负极活性物质被持续氧化生成硫酸铅，有效地维持了放电状态，因此降低了负极板的电位。而对于给定的浮充电压正极板群的电位则相应较高。因而氧化气氛加剧了，引起了更多的氧气的析出，使活性物质的腐蚀与脱落加剧。

　　4、 电池的干涸

　　在使用期间气体再复合机制的有效率不是100%，水被电解生成*气和氧气的速度虽然低于相同大小的富液式电池的电解速率的2%，但水还是会逐渐失去。

　　当失水是主要的失效原因时，电解质的比重将会增加，当比重由最初的1.30增至1.36时，表示失水度约达到25%。在失水度达到25%时，酸的高浓度加速了硫酸化，电解质比重又开始下降。电池电压直接正比于电解质比重，因此电池电压并不是电池健康状况的可靠显示。

　　5、 负极上部铅的腐蚀

　　正极板栅和极群的腐蚀性在铅酸电池的各个设计中都是本来就有的。与之形成明显对比的是负极板位于高度还原气氛，在开口式电池中位于极群汇流现货 一级优秀代理商 一级最新报价 代理商报价 总代理商 代理商 报价 所少钱 授权代理 指定代理 专卖 现货 批发零售代理商 批发 一级分销商 经销商 厂家供应 促销 热卖 清仓大处理 简介 介绍 性能 型号 规格 尺寸 参数 价格 售后服务 承诺 原装进口排通常浸在电解液液面以下，这样就避免了由于正极板群上冒出的氧气而产生的侵蚀。但是阀控电池的许多设计没有保护极板板耳、极群和汇流排，特别是两者之间的焊接接头。因此，它们暴露在从氧循环中逃溢出来、在电池板群上部的连续的氧气气流中。依赖于板栅（板耳）和极群所选铅合金的一致性和生产质量（需要板栅部分完全溶化焊接和汇流排的低孔隙率），迅速氧化可能就会发生。

　　三、蓄电池监测系统的研制

　　为了给蓄电池提供良好的运行环境，在线监测电池的工作状况，电池管理系统（BMS-BatteryManagement System）应运而生，成为高可靠电源系统的关键一部分。

　　1、电池单体的内阻测量

　　内阻R反比于传输电流的横截面积A。活性物质的脱落、极板板栅和汇流排的硫酸化和腐蚀、干涸都可降低有效的横截面积A，所以可通过测量内阻来检测电池的失效。

　　内阻和电池状态的相关程度可变性很大。从报导的相关性来看，变化范围从0%到100%。英国电子协会（ERA）对用阻抗监测的实验室设计和商用设计两种产品进行了大量的电池调查，发现二者的准确性在50%以上。一个基本的困难是测量小变化数值的精度问题。正常的300安时备用电流的电阻仅在0.25×10-3欧姆的数量级。因此，很小而且有意义的电阻变化可能观察不到。在下面的操作环境下，问题更加严重。

　　1）在线测量期间存在的变压器的“噪音”和浮充电压波动引起的干扰。

　　2）腐蚀裂纹对内阻的影响是有高度方向性的，内阻数值对平行于电流方向的裂隙是相对不敏感的。

　　3）电解质浓度的变化，继而电池的变化使得结果很难解释。

　　虽然内阻测量法很难准确测量电池的容量，内阻/容量的对应关系很难复现，但对于BMS来说，内阻测试只是用于电池单体之间的比较，而且计算机可以对内阻的变化进行记录和数据处理来预告电池容量衰减和失效，因此，内阻测试对于BMS而言是关键技术之一。

　　对于离线或电池开路情况下测量内阻而言，测量时可方便地将激励电流回路与电压测量回路以4端子方式与电池组中的单体相连接，但对于在线测量，很难解决激励和测量的问题。

　　目前大多采用在电池组两端并联放电器，因为有充电器和电池组并联，需要将充电器停止工作，而且要实时同步测量电池的电流变化和电压变化，很难处理采样干扰。

　　采用中点抽头的激励装置，与目前采用的在电池组正负极两端施加激励的内阻测试装置相比，由于连接了中点抽头，激励装置的电流通过中点抽头后经上部电池组和下部电池组到达电池组的正极和负极，消除了电池组外部充电器和用电负载的并联影响，在电池上产生了稳定的电流激励，能够准确测试电池的内阻。

　　东洋蓄电池的性能特点:

　　1)采用独特的生产工艺和特殊的结构设计，保证电池使用的安全性和密封性。

　　2)免维护:独特气体再化合系统能将产生的气体再化合成成水，吸附式下班纤维隔板，在寿命期内无需补偿电液。

　　3)自放电低:使用耐腐蚀性好的特殊铅钙合金制成的板栅，把自放电控制在最小，室温25℃下储存，可半年之内不需要补充电。

　　4)温度:-10℃-40℃

　　5)安装:可根据用户的要求立放、卧放方式进行安装。

　　6)长寿设计:采用耐腐蚀结构的重型铅钙合金极板，保证了电池的浮充寿命。

　　其典型电路是单相桥式二极管整流,直流输出侧由直流电容滤波。此类整流器的输入特性在通信用UPS标准中称为非线性负载(必须注意:不是指其他的非线性负载):

　　(1)输入电流波形的时间范围(波形宽度)

　　稳定运行时,输入的正弦波电压瞬时值增大到其峰值电压附近时,二极管才通过正向电流向电容器充电,二极管每一次的导通时间通常约占半周期的1/3(约60°)。

　　(2)输入电流的峰值

　　在较短的时间内,要使电容器充入足够的电荷,需要相对很大的电流瞬时值,例如,约为输入电流有效值的3倍。

　　(3)输入电流的相位

　　由于电流出现在电压的峰值附近,所以此电流的基波基本上与电压同相位。

　　(4)整流器输入侧的功率因数

　　由于以上分析的电流波形,可用频谱分析,含有基波、3次、5次、7次等谐波,总电流的有效值明显大于基波电流的有效值,两者数值之比的临界值取为1:0.7,这两个电流分别乘以同一个正弦电压有效值,就可得到视在功率和有功功率,相对应的功率因数也为0.7。这是通信用UPS标准中选定的临界值。实际上,较高电压(如220V)输入的整流器,其等效串联内阻明显相对较小,电流的峰值相对较大,功率因数明显较小(

　　1.2 有源功率因数校正的整流器

　　(1)市电供电系统在现有供电设备额定容量(额定视在功率)的条件下,为了输出尽可能大的有功功率,要求负载(用户)有较高的功率因数。

　　由于大功率半导体器件和电子电路的发展,通信用整流器的设计生产单位,设计和制造出有源功率因数校正的单相整流器。其输入电流接近于正弦波,基波相位与电源电压近于同相位。谐波含量很小,使输入功率因数很高,很接近于极限值1,如:0.98、0.99、大于0.99等。此特性非常接近于(线性的)阻性负载。

　　(2)谐波含量很小,对输入电压波形畸变的不良影响极小

　　。

　　(3)输出直流电压标称值为48V、24V的(有源功率因数校正的)通信用(单相)整流器,在通信系统生产中可靠运行,技术成熟。其产品可直接选用,其技术便于推广到各种规格的产品。

　　2 通信用UPS输出端适应的负载功率因数范围与额定输出功率

　　电源设备与负载是相辅相成的。交流电源提供稳定的交流电压有效值、频率和波形,而电流和功率因数与负载阻抗相关。但电源设备要对其所能承担的各参数的变化范围作出规定,UPS输出端与功率因数有关的特性,对负载的工作范围至关重要。若负载在运行时的相应参数超出电源设备规定的范围,而进入不安全区域时,电源设备应有相应措施,如:告警、限流、转旁路、停机等,以保护电源设备自身的安全。各种UPS输出端口的参数范围关系到它的使用范围和经济性。

　　2.1 功率因数有其复杂性

　　(1)针对UPS输出端与负载的不同,例如:普通(无输入功率因数校正)输出侧电容滤波的整流器的功率因数以0.7为分界线,也就是说,UPS输出额定容量时,若某UPS设计在输出端能承受功率因数为0.7的负载。实际的UPS不但要能承受功率因数为0.7和

　　负载的视在功率增大到UPS的额定容量时,功率因数应不超过0.7,负载的功率因数若低一些,即≤0.7,是安全的。

　　只有同时满足上述两方面的条件下,才能保证UPS中逆变器的功率半导体开关器件的功率损耗、发热、温升不进入危险状态。

　　(2)此UPS能否向高功率因数的负载供电呢?

　　此UPS能否向功率因数=1(或近于1)的负载供电呢?1远大于0.7,是不好办了吗?退一步讲,负载功率因数若是0.9、0.8又如何呢?实际上,无论功率因数多大,只要将对应于该功率因数时的允许电流值作相应的调整(例如:相应减小),都能找到安全的工作范围。因此,要用许多数据(如用表格、曲线等方式)来表示,才能表达清楚。

　　2.2 额定输出功率

　　(1)额定输出功率作为技术指标,甚为直观

　　对于通信用UPS来说,目前标准中采用额定输出功率作为技术指标。这就是,不论功率因数大小,只要在运行时同时注意:视在功率不超出该UPS的额定容量,输出的有功功率不超出该型号的通信用UPS所规定的额定输出功率,就可以了。

　　(2)额定输出功率的确定

　　额定输出功率应在输出有功功率规定的范围内确定:在通信用UPS标准中,具有输出有功功率指标,也可用不等式表示为

　　输出有功功率≥额定容量×0.7(kW/kVA)

　　此式若改变形式,将“额定容量”移到不等式的左下方,得到(输出有功功率/额定容量)≥0.7(kW/kVA)

　　可见,不等式的左边就是功率因数的计算关系(其中:输出有功功率含有其单位kW,额定容量含有其单位kVA),不等式的右边就是功率因数的最小值和功率因数的单位(即输出有功功率的单位kW与额定容量的单位kVA之比)。

　　电源又称EPS、EPS应急电源、消防应急电源，全称EmergencyPowerSupply(紧急电力供给)。EPS是以解决应急照明、事故照明、消防设施等一级负荷供电设备为主要目标，提供一种符合消防规范的具有独立回路的应急供电系统，该系统能够在应急状态下提供紧急供电，用来解决照明用电或只有一路市电缺少第二路电源，或代替发电机组构成第二电源，或做为需要第三电源的场合使用。

　　UPS电源及不间断电源，全称:uninterruptedpowersupply，是指当正常交流供电中断时，将蓄电池输出的直流变换成交流持续供电的电源设备。

　　EPS电源是在UPS电源的基础上衍生出来的不同行业产品，应用的使用时间相对较晚。

　　EPS电源与UPS电源两者均具有市电旁路及逆变电路，其功能区别是:EPS仅具有持续供电功能，一般对逆变切换时间要求不高，可有多路输出且对各路输出及单个蓄电池具有监控检测功能，日常着重旁路供电，市电停电时才转为逆变供电，电能利用率高。而UPS(在线式)仅有一路总输出，一般强调其三大功能:(A)稳压稳频(B)对切换时间要求极高的不间断供电(C)净化市电，日常着重整流/逆变的双变换电路供电，逆变器故障或超载时才转为旁路供电，电能利用率不高(一般为80%-90%)。不过在欧美电网及供电比较完善的国家，为了节能，部分UPS的使用场所已被逆变切换时间极短(小于10毫秒)的EPS取代。