1前言

　　可靠的供電是穩(wěn)定業(yè)務(wù)運(yùn)行的基本條件之一，在保證供電的連續(xù)性，保證供電系統(tǒng)的安全性方面，UPS電源時(shí)刻發(fā)揮著重要的安全保障作用。UPS是一種含有儲能裝置，以逆變器為主要組成的穩(wěn)壓穩(wěn)頻的不間斷電源，市電供電中斷時(shí)，UPS能保證輸出供電的連續(xù)性。供電時(shí)間的長短是UPS的重要技術(shù)指標(biāo)，因此蓄電池是UPS的重要組成部分，蓄電池作為動(dòng)力提供的最后保障，無疑是UPS電源中的道保險(xiǎn)，其狀態(tài)的好壞直接關(guān)系到UPS是否正常工作。

　　目前，UPS廣泛使用著免維護(hù)密封鉛酸蓄電池。在使用過程中，人們往往錯(cuò)誤的認(rèn)為蓄電池是免維護(hù)的而不加重視，許多用戶從裝上電池后就基本沒有進(jìn)行過維護(hù)和管理。有資料統(tǒng)計(jì)，因蓄電池故障而引起UPS主機(jī)故障或工作不正常的比例大約為1/3。為使UPS充分發(fā)揮功能，必須對UPS蓄電池進(jìn)行管理和維護(hù)。

　　2蓄電池管理是UPS不間斷供電系統(tǒng)維護(hù)的重要工作

　　由于蓄電池是化學(xué)電源，其在使用過程中一些蓄電池會(huì)提前老化或損壞，從而嚴(yán)重影響整個(gè)蓄電池組的供電水平甚至無法供電。UPS電池組在運(yùn)行過程中，隨著使用時(shí)間的增加必然會(huì)有個(gè)別或部分電池呈老化現(xiàn)象。整組電池的容量是以狀況最差的那一塊電池的容量值為準(zhǔn)，而不是以平均值或額定值為準(zhǔn)。若不及時(shí)檢測，找出老化電池給予調(diào)整，電池組的容量將變小，電池壽命縮短，影響系統(tǒng)的高效安全運(yùn)行。

　　其實(shí)從蓄電池產(chǎn)生的時(shí)候起，對蓄電池的管理就已經(jīng)開始了，只不過那時(shí)管理的目的是進(jìn)行出廠或投入使用前的檢驗(yàn)，保證投入使用的蓄電池都是合格產(chǎn)品。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在蓄電池使用到壽命的三分之一時(shí)個(gè)別電池便會(huì)出現(xiàn)問題，而且今后每年都將會(huì)發(fā)現(xiàn)有問題的電池，而如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些有問題的電池，將影響蓄電池供電，有可能帶來災(zāi)難性后果。所以讓每一塊蓄電池時(shí)刻處于完好狀態(tài)是蓄電池管理的最主要的目的。蓄電池壽命無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求，在實(shí)際應(yīng)用中，幾乎很少能夠達(dá)到標(biāo)稱容量。

　　目前，蓄電池運(yùn)行中存在的隱患主要有：

　　(1) 蓄電池壽命無法達(dá)到設(shè)計(jì)要求

　　目前我們使用的蓄電池或許存在這樣的問題：在蓄電池安裝時(shí)，蓄電池的廠家稱閥控鉛酸蓄電池在浮充下的使用壽命可以達(dá)到10年以上，但在實(shí)際中，蓄電池可能在3年時(shí)就出現(xiàn)劣化，以致使用不到5年的蓄電池就得淘汰。

　　(2)單體電池之間不均衡

　　目前蓄電池組往往有數(shù)量很多的單體電池組成(如64只、32只等)，在實(shí)際運(yùn)行中存在單體電池之間充電電壓或內(nèi)阻等差異較大的情況，特別是在浮充下，這種不均衡現(xiàn)象顯得非常嚴(yán)重。

　　(3)蓄電池浮充下缺乏溫度補(bǔ)償

　　由于蓄電池的工作環(huán)境比較復(fù)雜，而環(huán)境溫度對于蓄電池的影響，特別是電壓、電流的影響較大。在25℃以上，每增加1℃，蓄電池充電電流將會(huì)增加10%，蓄電池失水將會(huì)增加1.5%。

　　(4)對于蓄電池的運(yùn)行情況、性能狀況不明

　　由于沒有良好的手段以及管理，蓄電池的使用者對于蓄電池的運(yùn)行情況缺乏足夠的了解，特別是對于蓄電池歷史數(shù)據(jù)的整理以及分析。

　　(5)蓄電池管理維護(hù)的理念需要改進(jìn)

　　目前在很多蓄電池的維護(hù)人員，受到蓄電池廠家的誤導(dǎo)，認(rèn)為“免維護(hù)”就是無需維護(hù)，其實(shí)“免維護(hù)”僅僅是不需要定期對蓄電池進(jìn)行加水。但由于對蓄電池也無法像以往開口式蓄電池那樣，通過測量蓄電池電解液的比重等手段，了解蓄電池性能狀況。為此應(yīng)該將以往的維護(hù)觀念以及手段加以更新、提高，以適應(yīng)新技術(shù)帶來的管理監(jiān)測水平的要求。

　　(6)蓄電池終止壽命無法提前判斷以及蓄電池的更換缺乏科學(xué)的依據(jù)

　　我們對于蓄電池的壽命終止，希望能夠提前作出判斷，為蓄電池的更換贏得時(shí)間的提前量。但對于蓄電池的壽命的終止，沒有一個(gè)可靠的手段，僅僅根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)來進(jìn)行。所以在實(shí)際中，往往是蓄電池放電的容量低于要求后，才在放電中發(fā)現(xiàn)蓄電池的壽命終止。

　　如何提高UPS電源中蓄電池監(jiān)測管理手段和水平，降低或杜絕蓄電池事故發(fā)生率，無疑對于用戶具有很高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。提高UPS蓄電池運(yùn)行的安全可靠性是目前困擾用戶普遍存在的難題。

　　另外，從經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益上講，管理蓄電池可以延長整個(gè)電池組的使用壽命，減少蓄電池更換量，從而節(jié)省費(fèi)用，也利于環(huán)境保護(hù)。目前國內(nèi)很多用戶在電池使用一半壽命時(shí)就被全部更換掉，實(shí)際此時(shí)絕大部分電池還是完好的，這樣被白白扔掉實(shí)在是嚴(yán)重的浪費(fèi)。

3實(shí)時(shí)在線監(jiān)測是蓄電池管理的有效手段

　　如何測量管理蓄電池，這在不同的時(shí)期和不同的技術(shù)條件下是不同的：

　　前些年主要是由人工進(jìn)行檢測的，也就是工作人員使用測量儀表定期對電池的端電壓或內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)地測量，然后根據(jù)測量值判斷電池的狀態(tài)。這種測量方式由于不能在一個(gè)時(shí)點(diǎn)同時(shí)測量，所以誤差較大，測量周期長，特別是目前數(shù)據(jù)中心中的電池?cái)?shù)量很大，人工測量工作量太大。

　　現(xiàn)在UPS系統(tǒng)中也配有蓄電池監(jiān)測功能，能夠?qū)π铍姵氐某浞烹娗闆r進(jìn)行監(jiān)測(充電電流、放電容量等)，如果電池組出現(xiàn)異常情況將發(fā)出報(bào)警。但是UPS系統(tǒng)只能對整個(gè)電池組進(jìn)行監(jiān)測，無法監(jiān)測電池單元的狀況，也就無法保證蓄電池組隨時(shí)處于完好狀態(tài)。目前較好的辦法，就是對蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，隨時(shí)了解其狀態(tài)，盡早發(fā)現(xiàn)有問題的電池單元，通過更換電池單元保證蓄電池隨時(shí)可以投入工作。

　　UPS的許多用戶認(rèn)為UPS本身已帶蓄電池監(jiān)測功能，無需再安裝另外的蓄電池監(jiān)測系統(tǒng)。確實(shí)，大部分UPS都帶有一定的蓄電池監(jiān)測功能，可以監(jiān)測組壓及記錄放電曲線，但是對于準(zhǔn)確掌握每節(jié)蓄電池的運(yùn)行狀況這些監(jiān)測是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。UPS一般只能監(jiān)測組壓，不能監(jiān)測每節(jié)電池的電壓，一旦某節(jié)電池失效，組壓往往還是正常的，而對于串接的電池組來說，這是非常危險(xiǎn)的。

　　另外對電池來說極其重要的一個(gè)參數(shù)電池內(nèi)阻UPS是無法監(jiān)測的。對于許多失效電池來說，其電壓仍然是正常的，但帶載后電壓就迅速下跌，原因是其內(nèi)阻超出了正常范圍。這同樣導(dǎo)致電池容量的下降，而電壓是不能正確反映這些變化的。由于電池組中電池彼此的差異是存在的，而蓄電池組的充電方式無法避免個(gè)別電池的熱失控。

　　造成蓄電池失效的主要模式包括：硫酸鹽化、失水、正極板柵腐蝕、正極物質(zhì)活性降低及隔膜收縮等。其中硫酸鹽化和失水是蓄電池見的失效模式。保障蓄電池處于良好的運(yùn)行環(huán)境，及時(shí)發(fā)現(xiàn)單體蓄電池的早期失效，是避免串連蓄電池組整體失效的手段。對蓄電池的運(yùn)行參數(shù)和性能參數(shù)進(jìn)行綜合監(jiān)控是避免蓄電池的早期失效，延長蓄電池的使用壽命。

　　4實(shí)時(shí)在線監(jiān)測蓄電池的主要方法

　　我們所監(jiān)測的蓄電池是作為UPS電源使用的，平時(shí)處于充電狀態(tài)，與整流器的輸出相聯(lián)，一旦市電中斷，蓄電池立即開始放電。與深度循環(huán)放電的蓄電池相比，由于UPS電池長期處于浮充狀態(tài)，即使偶然放電，因放電深度較小(與市電中斷時(shí)間有關(guān))，因此很難獲得蓄電池的準(zhǔn)確保有容量。

　　對于蓄電池的實(shí)際放電容量參數(shù)，由于其采集較為容易實(shí)現(xiàn)，我們不作較多說明。如何有效地對于蓄電池在正常狀態(tài)進(jìn)行檢測與分析，預(yù)知它在放電狀態(tài)下的實(shí)際容量，是一個(gè)大家較為關(guān)注的問題。反映蓄電池性能的參數(shù)有兩類：阻抗與容量。目前的技術(shù)發(fā)展對于蓄電池容量的測量而言，不經(jīng)過一定程度的放電，測量的精度將無法達(dá)到要求(這同樣是一個(gè)國際性的難題)。

　　通過以上的鉛酸閥控蓄電池失效模式的分析，可以看出蓄電池的失效是逐漸的，并且都可以在內(nèi)阻的變化上得到反映，并且目前還沒有發(fā)現(xiàn)一只蓄電池性能喪失，而其內(nèi)阻沒有變化的實(shí)例。這就為我們提供了一個(gè)監(jiān)測蓄電池性能狀況的便捷途徑：即連續(xù)監(jiān)測蓄電池的運(yùn)行參數(shù)(單電池電壓、充放電電流、溫度)以及內(nèi)阻的變化，對于蓄電池進(jìn)行全監(jiān)測，通過蓄電池失效早期的特征，及時(shí)發(fā)現(xiàn)單體電池的不均衡性、以及失效、落后電池等情況，并進(jìn)行及時(shí)有效的處理，就可以防止蓄電池劣化加劇，延長蓄電池的使用壽命。

　　鉛酸蓄電池的端電壓并不能反映電池的容量特性，實(shí)際使用中，能夠直接測量的參數(shù)除電流、電壓外，蓄電池內(nèi)阻(或電導(dǎo))是可以直接測量的一個(gè)參數(shù)，內(nèi)阻(或電導(dǎo))測試儀是一種普遍應(yīng)用的測量工具。在實(shí)際測量電池的內(nèi)阻后，能夠發(fā)現(xiàn)電池的許多問題，尤其是能夠立即判斷嚴(yán)重失效的電池或存在連接問題的電池。電池的內(nèi)阻已被為是一種迅速而又可靠的診斷電池健康狀況的方法。

　　通常內(nèi)阻的測量方式有以下兩種目前：

　　(1)直流方法

　　直流方法是在電池組兩端接入放電負(fù)載，測量電壓的變化(U1-U2)和電流值(I)計(jì)算電池的內(nèi)阻(R)。蓄電池從浮充狀態(tài)切換到放電狀態(tài)，即停止充電后，電池回落到某平衡電位，接入放電負(fù)載后，電壓發(fā)生階躍變化。這樣，根據(jù)在不同電流(I1、I2)下的電壓變化(U1-U2)來計(jì)算內(nèi)阻值。由于內(nèi)阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對較小，給準(zhǔn)確測量帶來困難，由于放電過程電壓的變化，需要選擇穩(wěn)定區(qū)域計(jì)算電壓變化幅值。實(shí)際測量中，直流方法所得數(shù)據(jù)的重復(fù)性較差、準(zhǔn)確度很難達(dá)到10%以上。

　　目前很多采用直流測試法的內(nèi)阻測試設(shè)備都采用大電流放電，這樣，需要大的放電器和大截面的導(dǎo)線同蓄電池連接，這在實(shí)際使用中會(huì)帶來安全隱患。同時(shí)由于需要對蓄電池進(jìn)行動(dòng)作(放電)，在測量過程中，對于在線測量以及兩次測量的時(shí)間間隔有一定的限制。

　　(2)交流方法

　　相對直流法，通過交流法測量蓄電池內(nèi)阻就要簡單一些。從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號，測量由此信號產(chǎn)生的電壓變化即可測得電池的內(nèi)阻。當(dāng)使用受控電流時(shí)，ΔI=ImaxSin(2πft)，產(chǎn)生的電

　　壓響應(yīng)為：

　　ΔV=VmaxSin(2πft+φ)

　　若使用受控電壓激勵(lì)，ΔV=VmaxSin(2πft)，產(chǎn)生的電流響應(yīng)為：

　　ΔI=VmaxSin(2πft-φ)

　　兩種情況的阻抗均為：

　　即阻抗是與頻率有關(guān)的復(fù)阻抗，其模|Z|=Vmax/Imax，相角為φ。

　　R=Vav/Iav

　　式中：Vav——檢測到交流信號的平均值;

　　Iav——饋入交流信號的平均值。

　　在實(shí)際使用中，由于饋入信號的幅值有限，電池的內(nèi)阻在微歐或毫歐級，因此，產(chǎn)生的電壓變化幅值也在微歐級，信號容易受到干擾。尤其是在線測量時(shí)，會(huì)受到整流器(充電器)充電或負(fù)載用電的影響。工頻和射頻干擾也影響讀數(shù)。而采用數(shù)字信號處理技術(shù)就可以有效克服外界干擾，獲得比較穩(wěn)定的內(nèi)阻數(shù)據(jù)，同時(shí)該方法不需要增加蓄電池的任何動(dòng)作，因而在在線測量、網(wǎng)絡(luò)化方面具有很大的技術(shù)優(yōu)勢。