1、论通讯电源中蓄电池监测的智能化与网络化的实现张继军 （1） 于雷 （2） 张国珺 （2）摘要：结合目前铅酸蓄电池在通讯电源应用中的出现的问题，提出对于蓄电池监测智能化与网络化的技术标准；通过技术的产品化，以及实际的运行应用，对于技术实现的验证。Abstract: A technical criterion is put forward, on the intelligentization and network of detection of VRLA. Based on a study on the problem in application of VRLA in communicatio
2、n power. Its applicability in production and practical running verify the realization of this technology. 关键词：蓄电池，监测，网络化，智能化前言通信电源是通信行业的动力，在电信网络中发挥不可替代的作用，具有无可比拟的重要基础地位。通信电源的安全可靠是保证通信系统正常运行的重要条件，这其中蓄电池作为动力提动的最后保障，无疑是通信电源中的最后保险。但目前蓄电池是通信电源中事故发生率居高不下的一个环节，据统计由于蓄电池故障引起的通信电源事故达 30%以上，由此可见提高蓄电池运行的安全可靠的必要
3、性和迫切性。随着蓄电池的广泛应用，特别是备用电源中的应用，由于 VRLA 蓄电池的运行要求比较严格，电池在偏离了正确的使用条件下运行会影响电池使用寿命，甚至造成严重的后果，因此，铅酸电池的运行参数监测十分重要。采用备用电池的场所一般都是非常重要的部门，容量下降到一定程度电池组就起不到电源备份的作用，一旦主电源发生故障，就可能造成系统停机，导致巨大的损失，及时发现电池容量下降并处理电池失效同样十分重要。我们所研究的蓄电池是作为后备电源使用的，平时处于充电状态，与充电装置的输出并联，一旦市电中断，蓄电池立即开始放电。与循环深度放电使用情况相比，由于蓄电池长期处于浮充状态，即使偶然放电，因放电深度与
4、市电中断时间有关，因此很难获得蓄电池的保有容量。在电池运行过程中检测蓄电池的劣化程度（SOH-State of health）是用户最为关心的问题，也是后备方式使用蓄电池的最大难题之一。目前国际上主要有七个方面的蓄电池检测/监测技术研究内容：（1） 以检测浮充数据为主的被动方法；（2） 传统的深度放电测试；（3） 新的部分放电测试技术；（4） 放电状态剩余电量（SOC-State of charge ）估计；（5） 蓄电池阻抗检测和分析；（6） 智能电池技术；（7） 蓄电池寿命预测的研究。 结合十年的铅酸蓄电池运行的实际需要，我们提出：无论技术发展层面如何，对于通信电源的蓄电池监测管理应该坚持
5、以智能化、网络化为核心的技术方向。一、目前通信电源中蓄电池运行中存在的隐患1） 蓄电池寿命无法达到设计要求目前我们使用的蓄电池都存在这样的问题，在蓄电池安装时，蓄电池的厂家都宣称阀控嵌酸蓄电池在浮充下的使用寿命可以达到 10 年以上。但在实际中，蓄电池往往在三年时就出现严重劣化，使用超过 5 年的蓄电池更是少之又少。这其中存在两个方面的问题，其一，个别蓄电池厂家夸大蓄电池的使用寿命；其二，在使用中对于蓄电池的管理以及维护，没有有效的进行，造成蓄电池在劣化早期，没有及时发现落后电池，致使劣化积累、加剧，导致蓄电池过早报废。2） 对于蓄电池的运行情况不明由于没有良好的手段以及管理，蓄电池的使用者对
6、于蓄电池的运行情况缺乏足够的了解，特别是对于蓄电池历史数据的整理以及分析。3） 对于蓄电池的性能状况不明对于蓄电池内部性能，如蓄电池的内阻、当前的剩余容量，无法清楚地了解。因为如果蓄电池组中有落后的蓄电池，可以通过一定深度的放电、充电循环，可以一定程度上减少落后的差别。但由于情况不明，所以相应的措施就无法实施。4） 浮充电压偏离正常的范围由于目前国内的直流系统的充电机制不是非常的完善，在实际中存在电压漂移的情况，为此蓄电池长期处于浮冲状态，如果浮冲电压偏离正常的范围，就会造成蓄电池的过充或欠充，长期的过充或欠充对于蓄电池的性能影响非常大。长期的过充容易引起蓄电池负极硫酸化、正极腐蚀加剧、蓄电池
7、失水、蓄电池的热失控，严重损坏蓄电池的性能。而蓄电池的长期欠充易造成蓄电池荷电不足，影响蓄电池的容量。以下是一组蓄电池的浮充电压情况：5） 缺乏温度补偿由于蓄电池的工作环境比较复杂，而环境温度对于蓄电池的影响，特别是电压、电流的影响较大。在 25以上，每增加 1，蓄电池充电电流将会增加 20%；蓄电池失水将会增加 1.5%。所以各个厂家都在产品的说明书上写明：根据环境温度，对于浮冲电压进行相应的补偿，补偿系数大约在 3-5mv/。但在实际中能够作到温度补偿的很少，这是许多蓄电池无法达到设计寿命的原因之一。6） 无人值守站点的维护工作缺乏良好的管理监测手段对于许多无人值守的站点，由于没有网络管理
8、监测的手段，对于蓄电池的维护更加薄弱，特别是对于蓄电池的运行情况以及性能状况，没有清楚的了解。大量的维护与管理工作由人工进行，同时对于维护人员有较强的专业知识要求，以便对于数据进行整理与分析。同时由于蓄电池在工作时有二次下电的情况，为此如何明确知道蓄电池的剩余容量以及工作剩余时间，对于管理者是十分重要的，其实这完全可以通过智能化、网络化的手段进行。7） 蓄电池管理维护的理念需要改进目前在很多蓄电池的维护人员，受到蓄电池厂家的误导，认为“免维护”就是不需维护，其实恰恰相反， “免维护”仅仅是不需要定期对蓄电池进行加水，由于采用负极吸收的办法，以及安全阀的设计，减少了蓄电池的失水。但同时对于蓄电池
9、也无法象以往开口式蓄电池那样，通过测量蓄电池电解液的比重，了解蓄电池性能状况。为此对于“免维护”铅酸蓄电池应该将以往的维护观念以及手段加以更新、提高，以适应新技术带来的管理监测水平的要求。8） 蓄电池的初检缺乏手段在大多数地方，新电池采购后，对于蓄电池的检验，仅仅根据电池厂家的说明，进行蓄电池的初检。没有一个权威的第三方进行验证。9） 蓄电池终止寿命无法提前判断以及蓄电池的更换缺乏科学的依据我们对于蓄电池的寿命终止，希望能够提前作出判断，为蓄电池的更换赢得时间的提前量。但目前对于蓄电池的寿命的终止，没有一个可靠的手段，仅仅根据多年的经验来进行。所以在实际中，往往是蓄电池放电的容量无法达到最低要
10、求后，才发现蓄电池的寿命终止。二、通信电源蓄电池监测的智能化与网络化通过以上实际使用情况的分析，结合通信电源蓄电池的特点，在蓄电池管理与监测方面，我们认为通信电源的蓄电池监测，应该以实现智能化与网络化为目标。蓄电池监测网络化的实际要求1） 目前通讯电源的蓄电池许多使用场合，大多是无人值守的地方，如电信公司、移动公司、联通公司的无人站点等，为此要求对于蓄电池的监测适应这一情况。2） 对于蓄电池的人工检测手段，需要大量的人工，费时费力，而且对于测量人员的人身安全不利。3）目前我国在电力、通讯等领域，提出的信息化要求，也同样需要设备管理的网络化。蓄电池监测智能化的要求对于蓄电池智能化的要求，就是改变
11、以往被动的设备管理方式，对于蓄电池作到实时监测，对于可能发生的问题，作到提前判断，而不是当出现问题后的被动处理。1）为此需要对于蓄电池的运行过程中的运行参数进行 24 小时的全过程监测，如：蓄电池的充放电电流（以检测电流的异常） ，蓄电池的单只电压（防止蓄电池出现过充或过放） ，蓄电池的工作温度（以便根据环境温度进行充电的补偿）2）以上参数是保证蓄电池的运行机制良好，同时需要对蓄电池的性能健康状态进行诊断，以发现蓄电池劣化、失效的趋势。这对于蓄电池在线监测是非常关键，这也是目前困扰的最大难题。三、对监测技术与产品的客观要求以上是对于蓄电池在线监测智能化与网络化的宏观要求，具体到蓄电池的监测技术
12、与产品，为适应这样的需求，对于蓄电池的监测应该满足以下的基本要求所有蓄电池的监测技术与产品在监测过程中，不应增加蓄电池的动作，即保证不影响蓄电池原有的工作，因为任何增加蓄电池动作的测量对于动力的供应都是不利的，一旦在测量中出现问题，那将对于动力供是极其危险的。对于蓄电池的测量，不应增加任何不安全的因素，不能对于设备的运行以及人员的安全构成任何不利。需要对于蓄电池进行全面的监测与诊断，而不是单一某项参数。四、产品技术的实现蓄电池监测的解决方案，采用软硬件结合的办法，其中硬件采用子木科技的前段数据采集模块，软件以及传输部分由哈尔滨通信公司与哈尔滨子木新能源公司，共同研制开发。经过十年的开发与研究，
13、子木科技将数字信号处理技术与电化学知识进行交叉，已经解决了困扰用户在线监测的诸多难题，实现了蓄电池在线监测的智能化与网络化。智能化的实现1）对于蓄电池运行参数的全过程监测（电流、电压、温度）2）通过交流法，实现蓄电池内阻的在线测量，不需要蓄电池的任何动作，如放电等，通过内阻对于蓄电池的健康度进行诊断。3）在蓄电池为负载供电的过程中，准确测量蓄电池的剩余容量以及剩余工作时间。结合我们通讯电源的实际现场情况，我们采用通过现有的通讯资源，独立组网，实现集中监控与远程管理。 （还可以通过现有通讯资源，实现与其他监控平台的链接） 。系统构成：系统说明:1、 PC 机软件由运行监测管理模块及电池性能分析模
14、块两大部分组成，运行环境为 WIN98，WIN2000 。2、 通讯线路及中继视用户现有方式选择。集中监控 PC 机多 串 口 卡通讯中继通讯中继TRM240248 C11一组 24 只 2V 电池600Ah 以下RS-485光纤或其他通讯中继专线或其他通讯中继RS-485BM6500-048C21二组 24 只 2V 电池600Ah 以上通讯中继共线或其他通讯中继RS-485TRM2402-48 C21二组 24 只 2V 电池600Ah 以下常用的通讯资源： PSTN MODEM PSTN 方式 64K 通道 DDN ISDN ATM PSPDN 2M 及 2M 时隙插入 专线/共线 其他
15、资源3、 多串口卡是否采用视用户环境，须采用时须采用 MOXA 及其兼容类。系统功能：1、在线检测单电池电压、内阻，通过内阻参数，对新电池前期检验、以及浮充下失效蓄电池进行准确测量与预测2、在线监测蓄电池运行参数，完成对蓄电池全方面的管理。 通过蓄电池组电压、单电池电压的检测，及时发现浮充下各个电池的浮充情况是否合理，对于异常给出警告； 通过浮充、均充电流大小的分析，判断不同充电状态下充电电流是否合适； 通过温度的检测，为充电电流、充电电压是否应随环境温度变化作出调整提供依据； 监测放电电流的大小； 通过单电池电压的监测，避免个别电池的过放而造成电池的损坏。4、对报警事件的提示、记录明了可靠。
16、5、可显示打印各类运行报表。6、软件提供单电池放电性能分析模块，系统界面明了，分析功能强大。对于远程进行电池维护提供更多的便利。产品特性（1） 测量功能：直接测量充放电流、电压、温度等运行参数，并转换为数字量。（2） 判断功能：可以完成对蓄电池健康程度的判断、分析。（3） 保护功能：在电池过充、过放、短路时为切断电池动作提供输出信号。（4） 计算功能：主要进行电量的计算，尤其是充满后放电剩余电量的计算。（5） 通讯功能：与充电器/用电负载通讯，提供充电参数和剩余电量信息。产品特点1、 通过蓄电池运行参数、性能参数的监测，完成对蓄电池全方面的管理。2、 检测蓄电池运行参数，保证蓄电池正常工作。3、 通过内阻参数，对新电池前期检验、以及浮充下失效蓄电池进行准确测量与预测。4、 通过 5%放电，精确测量每只电池的剩余电量与健康度。结论：对于通讯电源中蓄电池的监测，应该以智能化与网络化为方向，而且，我们已经在实际中进行实施，通过实践，得到验证。对于通讯电源的监控，应该在标准的制定中，对于蓄电池的监测，基本要求应该是网络化与智能化。（1） 中国网通黑龙江通信公司（2） 哈尔滨子木新能源技术有限公司
