閥控鉛酸蓄電池智能監(jiān)測(cè)技術(shù)研究.pdf

1、本論文主要研究后備方式使用的閥控鉛酸蓄電池的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，包括在線(xiàn)檢測(cè)失效電池、預(yù)測(cè)電池劣化程度和計(jì)算放電剩余電量3個(gè)主要方面的技術(shù)研究和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　閥控鉛酸蓄電池是目前備用電源系統(tǒng)中廣泛使用的后備電池，其可靠性關(guān)系到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、電信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、石油化工反應(yīng)裝置等很多重要場(chǎng)合的安全與穩(wěn)定。如何及時(shí)、可靠地發(fā)現(xiàn)失效電池是電源系統(tǒng)維護(hù)工作中最重要的問(wèn)題，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)處于正常到失效過(guò)渡階段的電池的劣化程度則是確保電源系統(tǒng)在市電

2、停電后提供所需電能的關(guān)鍵，在放電過(guò)程準(zhǔn)確提供剩余電量信息是設(shè)備起、停操作和其它應(yīng)急處理工作的重要依據(jù)。
　　閥控鉛酸蓄電池是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，電池采用密封技術(shù)，無(wú)法通過(guò)觀察極板和測(cè)量電解液等直接的方法進(jìn)行測(cè)量，也很難用其它常規(guī)的測(cè)量方法來(lái)檢測(cè)電池的性能。國(guó)內(nèi)外對(duì)于閥控鉛酸蓄電池在線(xiàn)監(jiān)測(cè)還沒(méi)有形成有效和系統(tǒng)的解決方案，隨著電力電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，智能化高頻電源和先進(jìn)UPS產(chǎn)品已經(jīng)達(dá)到很高的可靠性，電池性能的監(jiān)測(cè)技術(shù)落后已

3、經(jīng)成為制約電源系統(tǒng)可靠性繼續(xù)提高的瓶頸。
　　針對(duì)失效電池的在線(xiàn)檢測(cè)問(wèn)題，提出了采用單電池內(nèi)阻在線(xiàn)測(cè)量的方法。由于采用新的激勵(lì)方法和抗干擾數(shù)字濾波算法，能夠在線(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量大容量電池的微歐級(jí)內(nèi)阻。根據(jù)對(duì)不同測(cè)試方法和不同充電狀態(tài)下實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，研究了內(nèi)阻數(shù)據(jù)的使用條件，在此條件下計(jì)算內(nèi)阻的變化幅度，達(dá)到可靠檢測(cè)失效電池的目的。
　　對(duì)處于正常到失效過(guò)渡階段的電池，從內(nèi)阻數(shù)據(jù)的變化規(guī)律研究了內(nèi)阻與劣化程度的相關(guān)性。由于電池劣化機(jī)

4、理的復(fù)雜性和現(xiàn)場(chǎng)劣化模式的隨機(jī)性，很難用內(nèi)阻數(shù)據(jù)來(lái)直接計(jì)算電池的劣化程度，通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，提出了劣化程度預(yù)測(cè)的技術(shù)路線(xiàn)，即把內(nèi)阻的小幅變化作為容量下降的信號(hào)，采取進(jìn)一步測(cè)試來(lái)確認(rèn)容量下降。
　　進(jìn)一步測(cè)試采用了對(duì)電池部分放電的方法。通過(guò)對(duì)放電性能的分析，確定了采用短時(shí)部分放電的數(shù)據(jù)進(jìn)行蓄電池劣化程度預(yù)測(cè)的可行性。根據(jù)電池劣化機(jī)理的復(fù)雜性和多因素影響放電數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，提出了采用自適應(yīng)神經(jīng)模糊系統(tǒng)進(jìn)行電池劣化程度預(yù)測(cè)的建模方法，選

5、擇輸出電量和放電深度作為模型的輸入，通過(guò)樣本的學(xué)習(xí)建立了劣化程度預(yù)測(cè)模型，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明模型具有優(yōu)于10％的準(zhǔn)確度，達(dá)到實(shí)用程度。
　　為提高蓄電池放電剩余電量計(jì)算的可靠性，研究了基于放電電壓和放電實(shí)際輸出電量的剩余電量計(jì)算方法的適應(yīng)性和局限性，研究對(duì)內(nèi)阻、電壓、電流數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，采用自適應(yīng)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立剩余電量監(jiān)測(cè)模型，提高了蓄電池放電剩余電量計(jì)算的準(zhǔn)確度和適應(yīng)變電流放電的能力，保證了放電末期容量信息的可靠性，為需要在放電末

6、期關(guān)機(jī)的計(jì)算機(jī)類(lèi)設(shè)備提供了安全保障。
　　在監(jiān)測(cè)方案的研究上，根據(jù)劣化程度預(yù)測(cè)需要部分放電的特點(diǎn)，提出了以測(cè)量裝置與智能充電機(jī)互動(dòng)的系統(tǒng)方案，設(shè)計(jì)了閥控鉛酸蓄電池的監(jiān)測(cè)管理流程，通過(guò)對(duì)在線(xiàn)內(nèi)阻測(cè)量、劣化程度預(yù)測(cè)和剩余電量計(jì)算等技術(shù)的綜合應(yīng)用，完成對(duì)蓄電池的連續(xù)、可靠監(jiān)測(cè)。
　　在課題的開(kāi)展過(guò)程中，研究設(shè)計(jì)了代號(hào)為BM6500的電池監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，由控制模塊、測(cè)量模塊、內(nèi)阻模塊構(gòu)成。系統(tǒng)可以在線(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)量每個(gè)電

7、池的內(nèi)阻及電壓、電流和溫度等參數(shù)，經(jīng)過(guò)分析比較，在線(xiàn)監(jiān)測(cè)蓄電池工作狀態(tài)、檢測(cè)失效電池。在檢測(cè)到內(nèi)阻變化達(dá)到設(shè)定幅度后，充電機(jī)調(diào)低輸出電壓使電池部分放電，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集放電數(shù)據(jù)后通過(guò)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)劣化程度預(yù)測(cè)。在放電期間連續(xù)測(cè)量電池內(nèi)阻，通過(guò)SOC模型計(jì)算剩余電量。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明了系統(tǒng)的先進(jìn)性和實(shí)用性。
　　電信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是使用閥控鉛酸蓄電池最多的場(chǎng)合，本論文研究了利用其已有的網(wǎng)絡(luò)對(duì)蓄電池進(jìn)行遠(yuǎn)程和集中監(jiān)控的方案。