基于多頻點(diǎn)技術(shù)的蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)及蓄電池內(nèi)阻與蓄電池容量相關(guān)度研究項(xiàng)目

技術(shù)總結(jié)報(bào)告

“基于多頻點(diǎn)技術(shù)的蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)及

蓄電池內(nèi)阻與蓄電池容量相關(guān)度研究項(xiàng)目”項(xiàng)目小組

2012年12月

目錄

1．引言.... 1

2．系統(tǒng)概論.... 1

2．1 概述.... 1

2．2 蓄電池維護(hù)管理目前存在的問(wèn)題.... 4

2．3 蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的作用.... 6

2．3．1 提高供電系統(tǒng)的安全性和可靠性.... 6

2．3．2 延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命.... 6

2．3．3 節(jié)約成本.... 6

3．閥控鉛酸蓄電池（VRLA蓄電池）. 7

3．1 鉛酸蓄電池的電極性質(zhì).... 7

3．1．1鉛電極電勢(shì).... 7

3．1．2氧化鉛電極電勢(shì).... 8

3．1．3鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì).... 8

3．2 鉛酸蓄電池的電極極化.... 8

3．2．1濃差極化.... 8

3．2．2電化學(xué)極化.... 11

3．2．3內(nèi)阻極化.... 12

3．3 鉛酸蓄電池氣體的產(chǎn)生.... 12

3．3．1 負(fù)極氫氣的產(chǎn)生.... 12

3．3．2 正極氧氣的產(chǎn)生.... 13

3．3．3  氫氧氣產(chǎn)生與電池端電壓的關(guān)系.... 13

3．4 VRLA蓄電池陰極吸收機(jī)理.... 13

3．5  蓄電池溫度升高及對(duì)蓄電池的影響.... 14

3．5．1  充放電過(guò)程放熱或吸熱現(xiàn)象.... 14

3．5．2  過(guò)充放電時(shí)放出的熱量.... 15

3．5．3  溫度對(duì)鉛酸蓄電池極化作用的影響.... 15

3．5．4  溫度對(duì)鉛酸蓄電池容量的影響.... 15

3．5．5  溫度對(duì)鉛酸蓄電池內(nèi)阻的影響.... 17

3．5．6  溫度對(duì)鉛酸蓄電池充電效率的影響.... 18

3．6  VRLA蓄電池的浮充工作特性.... 18

3．7  VRLA蓄電池的充電特性.... 20

3．8  蓄電池內(nèi)阻變化特性.... 22

3．8．1  蓄電池的等效電路.... 22

3．8．2  影響蓄電池內(nèi)阻的因素.... 24

3．9  蓄電池內(nèi)阻和容量的關(guān)系.... 26

3．10、蓄電池常見(jiàn)的失效模式.... 27

3．10．1電池失水.... 28

3．10．2 極板硫酸化.... 29

3．10．3 極板腐蝕.... 29

3．10．4 熱失控.... 29

4．本項(xiàng)目在線監(jiān)測(cè)不同技術(shù)的比較.... 30

4．1 蓄電池模型.... 30

4．2 測(cè)量浮充電壓法.... 31

4．3 直流放電法.... 32

4．4 交流注入法.... 36

4．5 交流放電法.... 37

5 充電機(jī)特性參數(shù)測(cè)試及充電程序測(cè)試.... 42

5.1充電裝置穩(wěn)壓精度.... 43

5.2充電裝置紋波系數(shù).... 44

5.3充電裝置穩(wěn)流精度.... 44

6．項(xiàng)目主要內(nèi)容及技術(shù)路線. 45

7 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn).... 57

8 系統(tǒng)特點(diǎn)、安全性.... 58

8．1 系統(tǒng)概述.... 58

8．2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則.... 58

8．3 系統(tǒng)描述.... 59

8．4 系統(tǒng)特色.... 60

8．5 特點(diǎn).... 62

8．6 安全性.... 63

9. 系統(tǒng)的主要功能和技術(shù)指標(biāo).... 65

9．1 主要功能.... 65

9．1．1 預(yù)警功能.... 65

9．1．2 管理決策功能.... 65

9．1．3 內(nèi)阻檢測(cè)功能.... 65

9．1．4 連線電阻檢測(cè)功能.... 65

9．1．5充電機(jī)特參數(shù)檢測(cè)功能.... 66

9．1．6巡檢功能.... 66

9．1．7 充放電過(guò)程全過(guò)程記錄功能（蓄電池組核容和交流停電）.... 66

9．1．8 報(bào)警及記錄功能.... 66

9．1．9 電池質(zhì)量分析及報(bào)表分析功能.... 67

9．2       主要技術(shù)指標(biāo).... 68

10．主要操作界面簡(jiǎn)介.... 69

10．1 主界面.... 69

10．2 用戶(hù)權(quán)限管理.... 71

10．3 歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)及分析.... 71

10．4 核容放電均充及停電放電/均充全過(guò)程記錄.... 72

10．4．1 功能：.... 72

10．4．2 指導(dǎo)意義.... 73

10．5 即時(shí)測(cè)量.... 79

10．6 自動(dòng)報(bào)警及記錄.... 79

10．7 系統(tǒng)管理.... 80

10．8 報(bào)表.... 80

10．9 查詢(xún)統(tǒng)計(jì).... 80

11． 總結(jié).... 82

12. 未來(lái)的展望.... 83

12．1 建立分析診斷數(shù)學(xué)模型.... 83

12．2 建立全面的綜合的蓄電池管理平臺(tái).... 83

12．3 蓄電池過(guò)程在線維護(hù)建.... 84

12．3．1 電池的均衡.... 84

12．3．2 電池除硫.... 85

12．3．3 電池的在線活化.... 85

附件.... 87

附件1  蓄電池組運(yùn)行情況月報(bào)表.... 87

附件2  蓄電池組核容試驗(yàn)報(bào)告.... 87

附件3  系統(tǒng)測(cè)試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)的比較.... 87

附件4  系統(tǒng)主站與變電站端的數(shù)據(jù)通信方案.... 87

附件5  *創(chuàng)新基金立項(xiàng)證書(shū).... 87

附件6  產(chǎn)品檢測(cè)報(bào)告.... 87

1．引言

根據(jù)上級(jí)部門(mén)下達(dá)的研究項(xiàng)目《基于多頻點(diǎn)技術(shù)的蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)及蓄電池內(nèi)阻與蓄電池容量相關(guān)度研究項(xiàng)目》科技項(xiàng)目小組與深圳市普祿科智能檢測(cè)設(shè)備有限公司共同研制開(kāi)發(fā)了“基于多頻點(diǎn)技術(shù)的蓄電池內(nèi)阻在線檢測(cè)及蓄電池內(nèi)阻與蓄電池容量相關(guān)度研究系統(tǒng)”。該系統(tǒng)在廣州移動(dòng)西華機(jī)樓一樓電池機(jī)房UPS電池上投入運(yùn)行半年多以來(lái)，性能穩(wěn)定可靠，達(dá)到了預(yù)期的效果。

該系統(tǒng)采用*的交流放電法多頻點(diǎn)在線監(jiān)測(cè)蓄電池的內(nèi)阻，結(jié)合電壓、電流等數(shù)據(jù)，判定電池的容量，使維修及管理人員及時(shí)掌握蓄電池的真實(shí)狀態(tài)。系統(tǒng)還具有連線電阻及充電機(jī)綜合特性測(cè)試功能，有危險(xiǎn)狀況出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)可提前預(yù)警，維護(hù)管理人員可根據(jù)預(yù)警信息及時(shí)處理，消除安全隱患。

本項(xiàng)目管理系統(tǒng)可以指導(dǎo)對(duì)蓄電池的維護(hù)方式進(jìn)行創(chuàng)新，將以往的定期檢測(cè)，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐孕铍姵貙?shí)際工作狀態(tài)為基礎(chǔ)的狀態(tài)檢測(cè)，確保供電系統(tǒng)的安全，因而具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2．系統(tǒng)概論

2．1 概述

*，電力系統(tǒng)中有三大設(shè)備，即一次設(shè)備（如主變壓器等）、二次設(shè)備（如保護(hù)、測(cè)量等）與直流設(shè)備。

直流設(shè)備的核心是蓄電池組，它與充電整流、直流網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成直流系統(tǒng)。

蓄電池組是一個(gè)獨(dú)立于變電后交流電源的直流電源，是電力系統(tǒng)中zui后一道防線。在正常狀態(tài)下，它為斷路器提供合閘電源；在故障狀態(tài)下，當(dāng)機(jī)房交流用電中斷時(shí)，發(fā)揮其“獨(dú)立電源”的作用，為繼電保護(hù)及自動(dòng)裝置、斷路器跳閘與合閘、拖動(dòng)機(jī)械設(shè)備的整流設(shè)備、通信提供電源。可見(jiàn)，直流電源是機(jī)房通信安全運(yùn)行的可靠保證，發(fā)揮著不可替代的作用。直流電源本身的安全可靠是保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要條件。其中，蓄電池組作為后備電源，無(wú)疑是生產(chǎn)中的zui后動(dòng)力保障。因而，被人把蓄電池組比喻為變電站的心臟。

閥控鉛酸蓄電池采用陰極吸收技術(shù)，電池密閉封裝，運(yùn)行中無(wú)需進(jìn)行傳統(tǒng)的電解液控制維護(hù)，在業(yè)界得到廣泛應(yīng)用。然而，電池密封在使用方便的同時(shí)，也使得檢測(cè)和維護(hù)更加困難，“免維護(hù)”又導(dǎo)致用戶(hù)放松了對(duì)電池的日常維護(hù)管理，在實(shí)際應(yīng)用中暴露了越來(lái)越多的問(wèn)題，而不合理的工作條件又導(dǎo)致電池的使用壽命縮短。更為嚴(yán)重的是由于缺乏有效的監(jiān)測(cè)維護(hù)手段，不能及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握電池狀態(tài)，無(wú)法消除電池問(wèn)題帶來(lái)的隱患。經(jīng)統(tǒng)計(jì)因電池問(wèn)題造成的事故或停機(jī)的損失，往往遠(yuǎn)比電池本身價(jià)值要高得多。2011年3月11日在日本東北地區(qū)發(fā)生的大地震并由此引起的海嘯，而導(dǎo)致的福島*核電站1～4#反應(yīng)堆因冷卻系統(tǒng)癱瘓，zui終相繼發(fā)生爆炸而產(chǎn)生核泄露的災(zāi)難性事件，再次為人們敲響了警鐘。

實(shí)踐證明，VRLA電池端電壓與放電能力無(wú)相關(guān)性，VRLA電池和電池組在運(yùn)行過(guò)程中，隨著使用時(shí)間的增加，必然會(huì)有個(gè)別或部分電池因內(nèi)阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象。實(shí)踐證明，整組電池的容量是以狀況zui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（初始值）為準(zhǔn)，當(dāng)電池的實(shí)際容量下降到其本身額定容量的90% 以下時(shí)，電池便進(jìn)入衰退期；當(dāng)電池容量下降到原來(lái)的80%以下時(shí)，電池便進(jìn)入急劇的衰退狀況。衰退期很短，這時(shí)電池組已存在極大的事故隱患。

過(guò)去的維護(hù)和管理人員，往往只重視備用電源的設(shè)備部分的維護(hù)和管理，而忽視電池組的重大作用。殊不知，斷電的危險(xiǎn)很大程度上就潛伏在電池組。整組電池充電的特性是，若電池組中有一節(jié)或幾節(jié)內(nèi)阻變大的老化電池，其容量必然變小。充電器給電池組充電時(shí)，老化電池因容量小，將很快充滿(mǎn)，并導(dǎo)致電池電壓急劇升高，充電器會(huì)誤以為整組電池已充滿(mǎn)而停止充電，造成其余狀態(tài)良好的電池不可能充滿(mǎn)，長(zhǎng)期未充滿(mǎn)的電池會(huì)因硫酸鹽化而使容量降低及壽命縮短。電池放電時(shí)，容量不足電池的電壓短時(shí)間就會(huì)急劇降低，整組電池提前達(dá)到截止電壓。因而電池組將以老化電池的容量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行充放電，經(jīng)多次浮充--放電--均充--放電--浮充的惡性循環(huán)，容量就會(huì)不斷整體下降，電池后備時(shí)間縮短。因此，如不及時(shí)檢測(cè)，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，繼而影響整個(gè)供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

受當(dāng)前診斷技術(shù)水平的制約，目前我國(guó)對(duì)蓄電池的維護(hù)管理方式還主要采用以產(chǎn)品壽命理論為基礎(chǔ)的定期檢修和定期更換模式。然而，影響電池壽命因素眾多，即使同一廠家同一批次的蓄電池，實(shí)際壽命差別也相當(dāng)大，甚至有新電池幾個(gè)月就失效的案例。幾十節(jié)串聯(lián)的電池，只要一節(jié)過(guò)早損壞，如不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，時(shí)間一長(zhǎng)，整組電池即會(huì)失效。如果失效正好發(fā)生在兩次定期檢修之間，在停電或設(shè)備故障時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生災(zāi)難性的后果。因此，目前的定期檢修模式實(shí)際上是存在安全隱患的，也是電力系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題。

2．2 蓄電池維護(hù)管理目前存在的問(wèn)題

從實(shí)際運(yùn)行情況看，這個(gè)“通信機(jī)房的心臟”并沒(méi)有*得到安全可靠的運(yùn)行維護(hù)，仍然存在很大的安全隱患，主要表現(xiàn)在：

2．2．1 電網(wǎng)運(yùn)行存在安全隱患

根據(jù)有關(guān)規(guī)程要求，對(duì)蓄電池在投入運(yùn)行前驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行核對(duì)性容量試驗(yàn)，正常運(yùn)行期間每1～2年進(jìn)行核對(duì)性容量試驗(yàn)。而兩次核容試驗(yàn)之間的這一兩年內(nèi)，由于有多種因素會(huì)影響蓄電池的狀況，蓄電池的實(shí)際狀況可能發(fā)生變化，而維護(hù)人員對(duì)這些變化一無(wú)所知。一旦發(fā)生停電或故障需要蓄電池發(fā)揮作用，蓄電池狀態(tài)不良，就可能影響到電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

2．2．2 定期檢修無(wú)法實(shí)現(xiàn)安全

目前的檢測(cè)維護(hù)制度是建立在定期檢測(cè)維護(hù)的理論基礎(chǔ)上的，即“定期檢測(cè)”的概念。“定期檢測(cè)”是在沒(méi)有很好的檢測(cè)技術(shù)和手段的情況下，人們基于概率統(tǒng)計(jì)的原理提出的一種檢測(cè)制度。這種制度雖然可以避免事故的發(fā)生，但是從理論上不能保證系統(tǒng)安全，這對(duì)具有高度可靠性要求的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其可靠性是無(wú)法滿(mǎn)足人們要求的。

2．2．3 檢修維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。

由于檢測(cè)維護(hù)人員少，而要維護(hù)的站點(diǎn)數(shù)量多，每天需要派人、派車(chē)，開(kāi)票、下站，大量時(shí)間要花在路上。檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理也要花費(fèi)大量的時(shí)間，造成檢測(cè)維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。

2．2．4 蓄電池壽命無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求

蓄電池往往在使用一年后就開(kāi)始有劣化的情況出現(xiàn)，使用超過(guò)5年的蓄電池一般會(huì)有比較嚴(yán)重的劣化現(xiàn)象，達(dá)到額定容量的很少。主要原因有二，一是蓄電池生產(chǎn)廠家對(duì)蓄電池的使用壽命年限是在理想運(yùn)行環(huán)境下做的預(yù)測(cè)，實(shí)際系統(tǒng)都是對(duì)整組電池進(jìn)行充放電管理，電池間的差異會(huì)越來(lái)越大，造成電池失水、硫化；二是在蓄電池的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，沒(méi)有得到有效的管理與維護(hù)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后蓄電池，導(dǎo)致蓄電池劣化加劇，過(guò)早報(bào)廢。

2．2．5 運(yùn)行人員無(wú)法評(píng)價(jià)蓄電池的性能狀態(tài)

由于缺乏良好的技術(shù)管理手段，運(yùn)行維護(hù)人員無(wú)法充分了解并評(píng)價(jià)整個(gè)地區(qū)、各個(gè)站點(diǎn)蓄電池的運(yùn)行情況以及性能狀況，沒(méi)有對(duì)蓄電池歷史數(shù)據(jù)的整理與分析，對(duì)蓄電池的內(nèi)阻、剩余容量等都無(wú)法及時(shí)清楚地了解。

2．2．6 無(wú)法掌握充電機(jī)特性參數(shù)

過(guò)去，對(duì)充電機(jī)特性參數(shù)沒(méi)有真正意義上做過(guò)檢測(cè)，更無(wú)法遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，假如要對(duì)充電機(jī)特性參數(shù)的檢測(cè)必須到現(xiàn)場(chǎng)采用專(zhuān)門(mén)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，耗時(shí)長(zhǎng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大。

2．2．7 接頭松動(dòng)、銹蝕無(wú)法及時(shí)掌握，存在嚴(yán)重安全隱患

過(guò)去，接頭松動(dòng)、銹蝕甚至接近斷線，*無(wú)法掌握，一旦停電，直流系統(tǒng)將立即崩潰。另外，接頭松動(dòng)銹蝕極易造成火災(zāi)。這些安全隱患的存在，都將危及通信機(jī)房的安全。

2．2．8 蓄電池管理維護(hù)的理念需要改進(jìn)

由于受到“免維護(hù)”的誤導(dǎo)，運(yùn)行人員認(rèn)為“免維護(hù)”就是不維護(hù)。這樣的維護(hù)理念，使得蓄電池的維護(hù)工作展開(kāi)起來(lái)比較困難。

2．3 蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的作用

    本項(xiàng)目在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的投入使用，可以產(chǎn)生以下作用：

2．3．1 提高供電系統(tǒng)的安全性和可靠性

本項(xiàng)目管理系統(tǒng)可以對(duì)各單節(jié)蓄電池的內(nèi)阻、電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，維護(hù)管理人員可以隨時(shí)在計(jì)算機(jī)上查詢(xún)蓄電池的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，全面掌握蓄電池的狀況。可以檢測(cè)蓄電池連線電阻，當(dāng)接頭松動(dòng)、銹蝕、即將斷線時(shí)，系統(tǒng)可以及時(shí)檢測(cè)出來(lái)。可檢測(cè)充電機(jī)特性參數(shù)，出現(xiàn)異常可及時(shí)發(fā)現(xiàn)。一旦有危險(xiǎn)隱患出現(xiàn)，系統(tǒng)將以聲光形式發(fā)出預(yù)警，提醒維護(hù)管理人員及時(shí)處理，避免事故的發(fā)生，極大地提高了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2．3．2 延長(zhǎng)蓄電池的使用壽命

項(xiàng)目管理系統(tǒng)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)個(gè)別劣化的蓄電池，提醒維護(hù)人員及時(shí)處理，從而減小了因個(gè)別蓄電池劣化而造成整組蓄電池?fù)p壞的可能，相應(yīng)延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。

2．3．3 節(jié)約成本

維護(hù)管理人員在各自權(quán)限范圍內(nèi)進(jìn)入在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以及時(shí)掌握各各機(jī)房（站）蓄電池的狀態(tài)，大大減少了現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)工作量、人工費(fèi)用和車(chē)輛費(fèi)用。

3．閥控鉛酸蓄電池（VRLA蓄電池）

3．1 鉛酸蓄電池的電極性質(zhì)

VRLA電池采用粉末多孔電極，即正負(fù)極板采用粉末狀多孔活性物質(zhì)與其他組份配制后和基板（板柵）構(gòu)成。板柵是活性物質(zhì)的載體，同時(shí)傳導(dǎo)電流，負(fù)極板或正極板與硫酸溶液接觸后，便構(gòu)成了鉛電極或二氧化鉛電極。

VRLA電池負(fù)極活性物質(zhì)為絨狀鉛，與硫酸溶液構(gòu)成難溶鹽電極；正極活性物質(zhì)為PbO₂，與硫酸溶液構(gòu)成氧化—還原電極。

鉛酸蓄電池電極平衡電勢(shì)可用Nernst方程計(jì)算。

3．1．1鉛電極電勢(shì)

鉛電極可用PbSO₄/Pb電對(duì)表示，其平衡電極反應(yīng)為：

Pb+HSO₄^-=PbSO₄+H⁺+2e

鉛電極平衡電勢(shì)為：

E（-）= -0.356－0.02955lg（[SO₄^2-]）

其中[SO₄^2-]為電解液中SO₄^2-離子的濃度，公式表明，鉛電極的電勢(shì)隨著SO₄^2-離子濃度的增加向負(fù)值方向增加。

3．1．2 氧化鉛電極電勢(shì)

氧化鉛電極可用Pb⁴⁺/Pb²⁺電對(duì)表示，其平衡電極反應(yīng)為：

PbO₂+3H⁺+HSO₄^-+2e=PbSO₄+2H₂O

氧化鉛電極平衡電勢(shì)為：

E（+）=1.685+0.02955lg（[H⁺]⁴*[SO₄^2-]）

其中[H⁺] 、[SO₄^2-]分別為電解液中H⁺離子、SO₄^2-離子的濃度，公式表明，氧化鉛電極的電勢(shì)隨著H⁺離子、SO₄^2-離子濃度的增加向正值方向增加。

3．1．3鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)

E_池= E（+）－E（-）

  =2.041+0.02955lg（[H⁺]⁴·[SO₄^2-]²）

    公式表明,在一定溫度下,鉛酸蓄電池的電動(dòng)勢(shì)僅與電解質(zhì)溶液濃度有關(guān)。

3．2 鉛酸蓄電池的電極極化

    當(dāng)鉛酸蓄電池進(jìn)行放電，或進(jìn)行充電，由于電流流過(guò)兩電極，使兩電極電勢(shì)離開(kāi)平衡電極電勢(shì)而變化，則電極或電池便發(fā)生的極化。鉛酸蓄電池的極化，分為濃差極化、電化學(xué)極化和歐姆極化。

3．2．1濃差極化

（1）濃差極化電勢(shì)

    鉛酸蓄電池中有電流流過(guò)之后，正負(fù)極表面附近的電解液濃度都要發(fā)生變化。這個(gè)變化除由于電極反應(yīng)外，還有電遷移和擴(kuò)散的影響。

    在充電時(shí)，正極反應(yīng)的生成物中，有H⁺離子、SO₄^2-離子，負(fù)極的反應(yīng)生成物中有SO₄^2-離子。因此，電極表面附近的電解液濃度都要增大。而在放電時(shí)，兩電極反應(yīng)中都要H2SO4分子參加，正極消耗H⁺離子、SO₄^2-離子，而負(fù)極消耗SO₄^2-離子，則電極表面附近電解液濃度要減小。

正極濃差極化超電勢(shì)：

η_C（+）=0.02955lg（（[H⁺]c⁴·[SO₄^2-]c）/ （[H⁺]r⁴·[SO₄^2-]r））

負(fù)極濃差極化超電勢(shì)：

η_C（－）=-0.02955lg（[SO₄^2-]c/ （[SO₄^2-]r））

式中：

[H⁺]c、[SO₄^2-]c、充放電過(guò)程中電極表面附近H⁺離子、SO₄^2-離子摩爾體積濃度；

[H⁺]r、[SO₄^2-]r、大體積溶液中H⁺離子、SO₄^2-離子摩爾體積濃度。

（2）電極反應(yīng)及電遷移對(duì)濃差極化的影響

    在充電時(shí)，由于[H⁺]c＞[H⁺]r，[SO₄^2-]c＞[SO₄^2-]r，所以正極濃差超電勢(shì)η_C（+）是正值，而負(fù)極濃差超電勢(shì)η_C（－）是負(fù)值。在放電時(shí)，由于[H⁺]c＜[H⁺]r，[SO₄^2-]c＜[SO₄^2-]r，所以正極濃差超電勢(shì)η_C（+）是負(fù)值，而負(fù)極濃差超電勢(shì)η_C（－）是正值。由于正極電勢(shì)受[H⁺]c⁴、[SO₄^2-]兩項(xiàng)因此限制，而負(fù)極僅受[SO₄^2-]一項(xiàng)因此限制，所以正極極化超電勢(shì)比負(fù)極極化超電勢(shì)大。

電遷移對(duì)濃差極化也有很大的影響，以電池充電為例，自正極遷移到負(fù)極表面的H⁺離子數(shù)目，遠(yuǎn)多于從負(fù)極表面遷移到正極周?chē)腟O₄^2-離子數(shù)目，伴隨差充電過(guò)程正極還要耗水析氧，所以正極濃差極化的作用，大于負(fù)極濃差極化的作用。

因此，在充電及放電過(guò)程中，由以上兩項(xiàng)產(chǎn)生的濃差極化電勢(shì)η_C（+）＞η_C（－）。

（3）擴(kuò)散對(duì)濃差極化的影響

電極反應(yīng)及電遷移作用產(chǎn)生了濃差極化，而擴(kuò)散是要消除濃度的差別，即減緩電極表面附近的濃度極化。若擴(kuò)散作用大，這種減緩作用就大，濃差極化便不嚴(yán)重，電極濃度超電勢(shì)就小。擴(kuò)散速度受大體溶液濃度與電極表面附近濃度差、擴(kuò)散面積、擴(kuò)散距離所控制。濃度差越大、擴(kuò)散面積越大、擴(kuò)散距離越小，越容易擴(kuò)散。

電池放電開(kāi)始，由于濃差極化的結(jié)果，電極電勢(shì)很快離開(kāi)平衡電勢(shì)。此過(guò)程擴(kuò)散速度僅由電極外面和附近電解液濃度差決定。放電初期，時(shí)間很短，電極外面電解液濃度變化很小，因而擴(kuò)散速度隨電極表面附近電解液濃度迅速下降而增加，但總小于電極反應(yīng)與電遷移的綜合速度，所以濃差極化作用大，兩極電極電位迅速離開(kāi)平衡電極電位，說(shuō)明電極電位移動(dòng)迅速。

在放電中期，隨著放電的進(jìn)行，電極表面附近的濃度降低越來(lái)越慢，到某一程度時(shí)，擴(kuò)散速度等于電極反應(yīng)及電遷移的綜合速度，則放電消耗了多少H2SO4分子，從電極外面就有多少H2SO4分子擴(kuò)散進(jìn)來(lái)，因而電極附近電解液濃度維持不變，電極電位也維持在穩(wěn)定階段。在此階段，電極電位仍存在變化的趨勢(shì)，其原因是放電時(shí)間增長(zhǎng)，大體電解液濃度減小了，使擴(kuò)散速度減小。同時(shí)PbSO4和Pb的數(shù)量都變小了，所以擴(kuò)散面積也變小了，都使擴(kuò)散速度減小。還有隨著放電的進(jìn)行，擴(kuò)散距離要增加，致使擴(kuò)散速度又有減小的傾向。為了維持?jǐn)U散速度不變，電極表面附近電解液濃度要減小，使電極電勢(shì)有減小的趨勢(shì)。

到了放電后期，電極表面附近電解液濃度降到了zui小值，大體電解液濃度也降到了zui低值。此時(shí)擴(kuò)散面積已很小，而且擴(kuò)散距離相應(yīng)增加，此時(shí)擴(kuò)散速度便很小了，使電極電勢(shì)又急劇變化。

    降低濃差極化的方法，主要是提高擴(kuò)散速度，以消除電極反應(yīng)所引起的大體溶液濃度與電極表面附近電解液濃度的差別。如增加電極的真實(shí)表面積，減小極板的厚度，以縮短擴(kuò)散距離等方法，以改善擴(kuò)散性能。

3．2．2電化學(xué)極化

鉛酸蓄電池在充電或放電過(guò)程中，由于電極過(guò)程某一步的遲緩，阻礙了電極過(guò)程的進(jìn)行，使之引起電極電勢(shì)的變化，稱(chēng)為電化學(xué)極化。

電化學(xué)極化電勢(shì)和電流密度的關(guān)系：

|η|=a+b×lg（i）

    式中，i為真實(shí)電流密度，即電流密度與電極真實(shí)表面積的比值。

    鉛酸蓄電池在放電初期和中期真實(shí)表面積很大，故真實(shí)電流密度不大。當(dāng)放電終期時(shí)，電極真實(shí)表面積已很小，所以真實(shí)電流密度很大，由于電化學(xué)極化引起的超電勢(shì)遠(yuǎn)大于前期。

3．2．3內(nèi)阻極化

    電池內(nèi)阻分為兩種，即歐姆內(nèi)阻和非歐姆內(nèi)阻，前者用RΩ表示，它由極板、極柱、電解液、隔膜等的電阻組成。它們服從歐姆定律。后者用Rc表示，它由電荷傳遞電阻、擴(kuò)散極化電阻組成，這種電阻是由電極動(dòng)力學(xué)過(guò)程和物質(zhì)轉(zhuǎn)移引起，它們不服從歐姆定律。電池連接部分主要是歐姆電阻，而電極活性物質(zhì)部分既有歐姆電阻，又有非歐姆電阻（極化電阻）。

    當(dāng)電流流過(guò)電池時(shí)，要消耗一部分電壓來(lái)克服電池的內(nèi)阻，所產(chǎn)生的電位差為內(nèi)阻極化。其大小由電流強(qiáng)度與電池內(nèi)阻決定。

3．3 鉛酸蓄電池氣體的產(chǎn)生

    鉛酸蓄電池在充電及擱置期間，會(huì)有氫氧氣體的產(chǎn)生。

3．3．1 負(fù)極氫氣的產(chǎn)生

    鉛酸蓄電池在充電期間，負(fù)極除了充電反應(yīng)：

PbSO₄+2e→Pb+HSO₄^-

還有如下副反應(yīng)：

2H+2e→H2

在充電前期，負(fù)極極化電位很小，析氫速率很小，但在充電后期，負(fù)極的電極電位向負(fù)方向增加，提高了析氫速率。

3．3．2 正極氧氣的產(chǎn)生

    鉛酸蓄電池在充電期間，一些電流用于電極反應(yīng)：

PbSO₄+2H₂O-2e→PbO₂+3H⁺+HSO₄^-

另一些電流用于氧氣的產(chǎn)生。正極在充電的初期，正極電極電位低，氧氣產(chǎn)生較慢。而充電后期，正極電極電位升高，氧氣產(chǎn)生較快。

3．3．3  氫氧氣產(chǎn)生與電池端電壓的關(guān)系

    普通鉛酸蓄電池采用10小時(shí)率電流持續(xù)充電，當(dāng)電池端電壓達(dá)到2.3～2.35V/只之后,便在電池槽可見(jiàn)氫氧氣體的竄動(dòng)所形成的電解液“沸騰”現(xiàn)象,電壓再升高時(shí),冒氣更為激烈,通常定義2.3V/只為發(fā)氣點(diǎn)。若充電到后期，端電壓可提升到2.65V/只，流入電池的電流幾乎全部用于水解。

3．4 VRLA蓄電池陰極吸收機(jī)理

    VRLA蓄電池在接近*充電時(shí)，電池內(nèi)部有少量水被電解，少量的氧氣從正極上析出：

2H2O-4e→4H⁺+O2

氧氣自正極透過(guò)吸液隔膜擴(kuò)散至負(fù)極絨狀態(tài)鉛的表面，而與之化合，zui終復(fù)合為水。氧氣復(fù)合歷經(jīng)如下步驟：

1. 氧氣擴(kuò)散：從正極析出的氧，無(wú)阻擋地通過(guò)隔膜擴(kuò)散到負(fù)極活性物質(zhì)表面。
2. 氧氣分子轉(zhuǎn)移到負(fù)極周?chē)砻妗?/li>
3. 氧氣分子放電而被陰極吸附。

Pb+O2+2H⁺+HSO4^-→PbSO4+2H2O

影響氧氣陰極吸收的因素：

（1）氧氣擴(kuò)散速率

由于VRLA蓄電池為貧液式結(jié)構(gòu)，即一定濃度的電解液全部被隔膜小孔所吸附，電池內(nèi)無(wú)游離的電解液，由于正極板上產(chǎn)生的氧氣可形成較高的氣壓，使之以足夠的速度擴(kuò)散到陰極，保證氧在鉛電極表面復(fù)合。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，氧的輸送速率與鉛電極有效表面積成正比，與隔膜厚度成反比，因此，增加鉛電極有效表面積，減小隔膜厚度，有利于提高氧擴(kuò)散速率。

（2）正極析氧速率

    在充電初期，正極析氧速率極小。隨著充電的進(jìn)行，當(dāng)正極充電到PbSO4數(shù)量占70%開(kāi)始析氧。采用恒流限壓充電，以控制正極析氧的速率和負(fù)極氧還原的速率。

（3）鉛電極上氫所析出的速率

    當(dāng)鉛電極電位較低時(shí)，會(huì)有氫氣的析出，并使氧氣的分壓降低，在一定程度上抑制了陰極吸收動(dòng)力過(guò)程。鉛電極析氫，還意味著水的分解，使電解液隨時(shí)間的延長(zhǎng)而損耗，加速了失水過(guò)程，zui終引起電池失效。為了減小VRLA電池氫氣析出速率，應(yīng)控制充電電壓。

3．5  蓄電池溫度升高及對(duì)蓄電池的影響

3．5．1  充放電過(guò)程放熱或吸熱現(xiàn)象

    電池放電或充電過(guò)程中產(chǎn)生的放熱或吸熱的原因，其一是電池內(nèi)產(chǎn)生的焦?fàn)枱幔黄涠请娀瘜W(xué)反應(yīng)的可逆放熱或吸熱。

    焦?fàn)枱嵋螂姵貎?nèi)存在內(nèi)阻，當(dāng)通電后而產(chǎn)生：Q1=I²Rt，顯然降低電池內(nèi)阻，有利于減小電池內(nèi)焦?fàn)枱帷?/p>

電化學(xué)反應(yīng)的可逆放熱或吸熱：Q2=-T×dE/dT

    式中dE/dT是電池的電動(dòng)勢(shì)溫度系數(shù)，放電時(shí)為正值表示吸熱，充電時(shí)為負(fù)值表示放熱。

鉛酸蓄電池充電時(shí)放出的熱量為焦?fàn)枱酫1和反應(yīng)熱Q2的總和，所以電池溫度升高。

鉛酸蓄電池放電時(shí)，若Q1 ＞Q2，則電池溫度上升；若Q1 ＜Q2，則電池溫度降低。

3．5．2  過(guò)充放電時(shí)放出的熱量

    VRLA電池以一定的充電方法補(bǔ)足電池容量后，持續(xù)充電稱(chēng)為過(guò)充電。在過(guò)充電過(guò)程中，蓄電池起到了水解槽的作用，從而產(chǎn)生了熱量。

3．5．3  溫度對(duì)鉛酸蓄電池極化作用的影響

    實(shí)驗(yàn)表明，鉛酸蓄電池工作溫度降低到0℃以下，在充電初期負(fù)極板就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的濃差極化，使充電能力被限制。

3．5．4  溫度對(duì)鉛酸蓄電池容量的影響

（1）溫度對(duì)電極電勢(shì)的影響

溫度對(duì)電極電勢(shì)也有明顯的影響，在一定濃度下，PbO₂電極電勢(shì)隨溫度升高而降低，而Pb電極電勢(shì)隨溫度的升高向負(fù)的方向增加。

（2）溫度對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)利用率的影響

    通常，電池在低溫度狀態(tài)下放電，負(fù)極活性物質(zhì)利用率極低，例如VRLA蓄電池在-10℃下放電時(shí)，負(fù)極容量?jī)H能達(dá)到35%的額定容量。

    在低溫下放電，負(fù)極板上的海綿狀鉛極易變成小尺寸的晶粒，且小孔又易被凍結(jié)和堵塞，從而減小了活性物質(zhì)的利用率。若電池處于大電流、高濃度、低溫惡劣條件下放電，負(fù)極活性物質(zhì)中小孔會(huì)更嚴(yán)重地被堵塞，海綿狀態(tài)鉛變成致密PbSO4層，使電池終止放電。

    電池在放電過(guò)程，兩電極上活性物質(zhì)逐漸形成PbSO4，這種PbSO4隨著放電時(shí)間增加逐步向電極深處發(fā)展，造成活性物質(zhì)中的微孔變窄，同時(shí)電極區(qū)至反應(yīng)區(qū)距離增大，又使擴(kuò)散速度變小。這樣部分小孔被堵塞，被堵塞的小孔內(nèi)部電解液很快變稀，在低溫下這種小孔容易發(fā)生凍結(jié)。溫度越低，小孔堵塞現(xiàn)象加劇，導(dǎo)致活性物質(zhì)利用率降低。

（3）溫度對(duì)正極活性物質(zhì)利用率的影響

    VRLA蓄電池在-10℃下放電，正極板活性物質(zhì)利用率約為75%。正極板溫度系數(shù)為負(fù)值，使在低溫下具有較高的電極電位，因而在低溫下正極放電速率大于負(fù)極。

（4）高溫對(duì)電池容量的影響

    在環(huán)境溫度10～45℃范圍內(nèi)，鉛酸蓄電池容量隨溫度升高而增加。因?yàn)樵谳^高溫度下，電解液粘度降低，從而減小了濃差極化的影響。同時(shí)電池電動(dòng)勢(shì)也升高，在兩者綜合作用下，使電池放電量增加。

若在環(huán)境溫度45～50℃條件下放電，則電池容量明顯減小。因?yàn)檎龢O活性物質(zhì)β-PbO2達(dá)到極限破壞溫度，結(jié)構(gòu)遭到破壞，變?yōu)榇罂椎目锥聪喾指畹牧Ｗ泳酆象w。這種物質(zhì)若放電轉(zhuǎn)變?yōu)镻bSO4，其顆粒間形成了電氣絕緣，容量反而減小。

3．5．5  溫度對(duì)鉛酸蓄電池內(nèi)阻的影響

    在0～30℃環(huán)境溫度下放電，電池內(nèi)阻隨溫度升高而逐漸降低。見(jiàn)圖1。

圖1：溫度對(duì)蓄電池內(nèi)阻的影響

當(dāng)環(huán)境溫度降到0℃以下，溫度每降低10℃，內(nèi)阻約增加15%左右，因?yàn)殡娊庖赫扯茸兇螅龃罅吮入娮瑁壹又亓穗姌O極化的影響。

3．5．6  溫度對(duì)鉛酸蓄電池充電效率的影響

    在低溫下充電，濃差極化加劇，引起充電效率降低。另一方面，上次放電的PbSO4，在低溫下溶解速率小，溶解度也很小。在這種PbSO4微細(xì)小孔中，很難使電解液維持飽和度，又使電池放電反應(yīng)阻力增加，進(jìn)一步降低了充電效率。

    若電池在10℃以上的環(huán)境溫度下充電，極化作用將明顯減小，PbSO4溶解速率和溶解度都可提高，加之在較高的溫度下氧擴(kuò)散的速率也增大，這些因素使電池充電效率提高。

3．6  VRLA蓄電池的浮充工作特性

    在直流系統(tǒng)中，蓄電池采用浮充工作方式，市電正常時(shí)，蓄電池與充電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行，蓄電池自放電引起的容量損失在浮充過(guò)程中得到補(bǔ)足。在市電中斷或其他特殊場(chǎng)合，由蓄電池單獨(dú)向負(fù)荷供電。

（1）浮充電流設(shè)定的依據(jù)

• 浮充電流足以補(bǔ)償蓄電池自放電損失的電量；
• 對(duì)于VRLA蓄電池，應(yīng)確保維持氧循環(huán)所需的電流；
• 當(dāng)蓄電池單獨(dú)放電，能依靠浮充，很快地補(bǔ)足容量，以備下一次放電。

電池中若浮充電流僅滿(mǎn)足自放電的需要，浮充電流約為42mA/100Ah，實(shí)際工作中還應(yīng)考慮氧循環(huán)的需要。

（2）浮充電流與浮充電壓的關(guān)系

VRLA蓄電池內(nèi)析出氣體的電流與電壓關(guān)系服從TAFEL公式，浮充電流隨電壓增大而增大。實(shí)際上，浮充電流密度隨正極電位的升高而急劇變大。由于VRLA蓄電池正極析出的氧氣擴(kuò)散到負(fù)極后進(jìn)行氧復(fù)合起到了去極化作用，因而負(fù)極析氫電位停留在近于開(kāi)路的平衡條件電位，負(fù)極析氫的電流密度在浮充狀態(tài)極小，且不受負(fù)極電位與溫度變化的影響。

（3）浮充電流與溫度的關(guān)系

    在同一浮充電壓下，浮充電流隨溫度升高而增大。VRLA蓄電池的浮充電流對(duì)溫度變化極為敏感，溫度每變化10℃，浮充電流成倍變化。VRLA蓄電池溫度系數(shù)為3～4mV/℃，即若維持浮充電流不變，溫度每增加1℃，浮充電壓應(yīng)減小3～4mV。

（4）浮充電流與蓄電池新舊程度的關(guān)系

    VRLA電池浮充電流隨電池使用年限的增長(zhǎng)而加大，其原因是多方面的，如正極板柵腐蝕嚴(yán)重，電池各組成部分有害雜質(zhì)增多，都導(dǎo)致電池循環(huán)壽命后期浮充電流變大。

3．7  VRLA蓄電池的充電特性

圖2：VRLA蓄電池的充電特性曲線

圖2是VRLA蓄電池的充電特性曲線。圖中示出充電過(guò)程的電流—時(shí)間曲線、電壓—時(shí)間曲線。在充電過(guò)程中，電池電流在充電前期（*階段）恒定不變，保持電流為0.1C10,而電池端電壓逐漸上升至2.3V/只, 之后充電電壓恒定不變,進(jìn)入第二階段。在第二階段，充電電流按指數(shù)規(guī)律衰減，zui后，電流衰減速率變慢，充電結(jié)束前幾個(gè)小時(shí)起，充電電流不再改變。

（1）在電池充入電量至70～80%之前：利用充電機(jī)的限流特性使充電電流不變，電池端電壓幾乎呈直線上升，用下式表明：

U=（φ₊-φ_-）+IY

上式中φ₊和φ_-是電池充電電流的正極或負(fù)極極化電勢(shì)，其中包含平衡電極電勢(shì)E₊或E_-， 還包含了電化學(xué)極化及濃差極化產(chǎn)生的過(guò)電位η₊或η_-。恒流充電過(guò)程E₊或E_-，隨電極表面活性物質(zhì)小孔內(nèi)電解液濃度增加而提升或變得更負(fù)。η₊或η_-隨電流密度增大所產(chǎn)生的電化學(xué)極化與歐姆極化的加劇，其值向正或負(fù)方向增加。又受濃差極化的作用有維持η₊被提升和η_-繼續(xù)變負(fù)的趨勢(shì)。直到充電機(jī)從穩(wěn)流工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)壓工作方式，電池端電壓才被限制到設(shè)定點(diǎn)。

（2）當(dāng)電池的端電壓上升到穩(wěn)壓點(diǎn)附近時(shí)，由于充電過(guò)程已到后期，此時(shí)正極板上PbSO4數(shù)量已不多，使交換電流密度隨反應(yīng)面積的變小而增大，所以電化學(xué)極化作用已經(jīng)變小，而電池內(nèi)阻也明顯變小。但是充電的真實(shí)表面積已經(jīng)變小了，故引起了電極真實(shí)電流密度的增大。繼而使電極表面附近電解液濃度增高，導(dǎo)致濃差極化影響嚴(yán)重，造成電池內(nèi)電流迅速衰減。

（3）當(dāng)充電至后期，電池充電電流已經(jīng)明顯變小，所以濃差極化作用隨之減小。而電化學(xué)極化作用影響又增加，所以電池電流繼續(xù)衰減，只是衰減速度變慢。

（4）充電終了，充入電池的電流大部分用于維持電池內(nèi)氧循環(huán)，僅有極小的電流用于維持活性物質(zhì)的恢復(fù)，因而電池電流穩(wěn)定不變。

在恒壓限流充電方法中，若提高電壓設(shè)定值，則充電過(guò)程電流變化速率變大，充電提前終了。

以不同的充電電壓對(duì)VRLA電池充電時(shí)，電壓低時(shí)（如2.2V/只），氣壓增長(zhǎng)較緩慢，充電后期的氣壓也較平穩(wěn)。若采用高電壓充電（如2.4V/只）者氣壓明顯升高。由于氣壓主要來(lái)自氫氣，數(shù)量增多后導(dǎo)致氧循環(huán)失效，所以忌用高電壓長(zhǎng)期充電。

3．8  蓄電池內(nèi)阻變化特性

蓄電池內(nèi)阻分為歐姆電阻和極化電阻，前者由極板、極柱、溶液、隔膜組成，后者由電化學(xué)極化電阻和濃差極化電阻組成。蓄電池在*充足電時(shí)內(nèi)阻zui小，內(nèi)阻隨著放出電量的增多而變大。因而可通過(guò)檢測(cè)電池內(nèi)阻了解電池的荷電量及電池的老化狀況。

3．8．1  蓄電池的等效電路

電池是一個(gè)極為復(fù)雜的系統(tǒng)，放電及充電反應(yīng)是復(fù)雜的化學(xué)及電化學(xué)過(guò)程，真正決定蓄電池容量的是電池的化學(xué)和電化學(xué)狀態(tài)。不同的研究者提出了不同的電池模型，其中得到實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證并被大家普遍認(rèn)可的是如下電池模型，見(jiàn)圖3。

圖3：電池電路模型

圖6電池電路模型中，各符號(hào)的含義：

E：蓄電池電動(dòng)勢(shì)；

R1：蓄電池歐姆電阻，包括極板、極柱、溶液、隔膜的電阻及接觸電阻；

R2：蓄電池極化電阻，包括電化學(xué)極化和濃差極化的電阻；

C2：電極雙電層電容。

蓄電池復(fù)阻抗計(jì)算公式：

式中：f為測(cè)試信號(hào)頻率。

從蓄電池復(fù)阻抗計(jì)算公式可以看出，蓄電池的阻抗和測(cè)量頻率有關(guān)，不同的蓄電池測(cè)試設(shè)備，測(cè)試頻率有很大的不同，因而測(cè)試結(jié)果會(huì)有很大的不同，見(jiàn)圖4。

圖4是項(xiàng)目組在蓄電池放電過(guò)程中測(cè)試的一組數(shù)據(jù)：

圖4：測(cè)試信號(hào)分別為5Hz、15Hz條件下阻抗（單位為微歐）與荷電量的關(guān)系

下圖是應(yīng)用基于模型的多頻點(diǎn)蓄電池測(cè)試技術(shù)，測(cè)量蓄電池歐姆電阻、極化電阻、雙電層電容，分析與量電的關(guān)系如下：

如圖：蓄電池在放電及充電過(guò)程中歐姆電阻、極化電阻、雙電層電容的變化

R1：蓄電池歐姆電阻，包括極板、極柱、溶液、隔膜的電阻及接觸電阻；

R2：蓄電池極化電阻，包括電化學(xué)極化和濃差極化的電阻；

C2：電極雙電層電容。

從圖中可以，綜合利用R1、R2、C2，比單獨(dú)用R1，測(cè)量蓄電池容量，要得多。

3．8．2  影響蓄電池內(nèi)阻的因素

（1）隔膜的內(nèi)阻

VRLA蓄電池的電解液已被具有高孔率、高吸附性、可壓縮的超細(xì)玻璃纖維隔膜全部存貯，又由于隔膜在電池內(nèi)部被緊密裝配，所以VRLA蓄電池內(nèi)阻比普通鉛酸蓄電池內(nèi)阻小。隔膜內(nèi)阻受下列因素影響：

• 飽和度：當(dāng)隔膜飽和度為80%～時(shí)，蓄電池內(nèi)阻zui小，且變化平穩(wěn)。當(dāng)飽和度為60%～80%時(shí)，內(nèi)阻明顯增大，當(dāng)飽和度為60%以下時(shí)，隔膜內(nèi)阻進(jìn)一步增大。隔膜的飽和度與電池放電深度、電解液泄漏的程度、閥門(mén)開(kāi)啟次數(shù)等因素有關(guān)。放電深度大、泄漏現(xiàn)象嚴(yán)重、電池閥門(mén)的開(kāi)啟次數(shù)多等，均可加速電池失水，進(jìn)而降低隔膜的飽和度，而使電池內(nèi)阻增加。
• 隔膜形狀及尺寸
• 隔膜的厚度：裝配時(shí)所承受的壓力可改變隔膜的孔隙率與隔膜的厚度，壓力增大時(shí)，隔膜厚度減小，隔膜總的表面積增大，則蓄電池內(nèi)阻減小。歷經(jīng)多次充放電循環(huán)的電池，一旦正極板板柵發(fā)生龜裂，或者負(fù)極板柵發(fā)生膨脹，都可能使隔膜受壓不均勻，直接影響隔膜內(nèi)阻的變化。
• 裝配工藝：蓄電池裝配時(shí)，極耳的潔凈度、極耳與匯流排的熔接、單格之間的連接都影響電池歐姆電阻。
• 工作電流：在放電過(guò)程中，在正極PbO2或負(fù)極Pb與硫酸溶液接觸的表面上形成PbSO4層，由于PbSO4的導(dǎo)電性差，使活性物質(zhì)歐姆電阻增大，又由于PbSO4層使極板上活性物質(zhì)孔率變小，降低了電解液中H⁺離子、SO₄^2-離子向極板內(nèi)部活性物質(zhì)的擴(kuò)散速度，從面增大了濃差極化。同時(shí)PbSO4層又減小了活性物質(zhì)與硫酸反應(yīng)的面積，而又使電化學(xué)極化作用增大。由于濃差極化與電化學(xué)極化作用結(jié)果形成了極化電阻。還應(yīng)指出，電解液密度隨放電深度的增加而減小，進(jìn)一步增大了歐姆電阻。

       當(dāng)蓄電池放電電流增大時(shí)，兩電極上PbSO4層迅速增厚，使組成電池內(nèi)阻的歐姆內(nèi)阻和極化內(nèi)阻都變大，所以蓄電池內(nèi)阻隨著工作電流增大而變大。

3．9  蓄電池內(nèi)阻和容量的關(guān)系

    在日常工作中，總希望了解充電保存后蓄電池容量，或在線運(yùn)行電池的荷電狀態(tài)。可通過(guò)測(cè)量電池內(nèi)阻達(dá)到這個(gè)要求。圖7是實(shí)測(cè)的蓄電池阻抗與荷電量的關(guān)系。

圖7：測(cè)試信號(hào)分別為5Hz、15Hz測(cè)試阻抗（單位為微歐）與荷電量的關(guān)系

圖7表明，荷電量大的蓄電池，內(nèi)阻較小。

圖8是采用本研制項(xiàng)目系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的廣州移動(dòng)西華機(jī)樓其中一節(jié)蓄電池的數(shù)據(jù)。

圖8：蓄電池內(nèi)阻變化與容量的關(guān)系

從圖8可以看出，蓄電池浮充狀態(tài)下，蓄電池端電壓*正常，而蓄電池內(nèi)阻出現(xiàn)了明顯的變化；其蓄電池容量隨各自的內(nèi)阻變化而發(fā)上了改變，所以，蓄電池內(nèi)阻與蓄電池容量有直接的相關(guān)性，而且相關(guān)性很大。其關(guān)系如下：

測(cè)量電池的內(nèi)阻：  ;  標(biāo)準(zhǔn)電池的內(nèi)阻：   內(nèi)阻比值： ＝

測(cè)量電池的電壓：  ;  標(biāo)準(zhǔn)電池的電壓：   電壓比值： ＝

蓄電池內(nèi)阻與容量關(guān)系算法：

  當(dāng)電池狀態(tài)顯示為異常時(shí)，容量C＝0;

  當(dāng) <1.2  ,          容量C＝100;

  當(dāng) <2.0：           容量C＝100－（ －1.2）/0.8*20.0;

  當(dāng)2.0 <5.0 ：    容量C＝80－（ －2.0）/3.0*50.0;

  當(dāng)5.0 <10.0 ：   容量C＝30－（ －5.0）/10.0*30.0;

  當(dāng)10.0 ：            容量C＝0;

蓄電池狀態(tài)判斷：

當(dāng) <1.15  , 則電池顯示為；

當(dāng)1.15 <1.5,   則電池顯示為良好；

當(dāng)1.5 <2.0 ,  則電池顯示為中等；

當(dāng)2.0 ,   則電池顯示為更換；

當(dāng)  < 0.9 或 > 1.2*  , 則電池顯示為異常；

系統(tǒng)檢測(cè)出蓄電池內(nèi)阻異常變化，并發(fā)出報(bào)警信息，維護(hù)人員及時(shí)進(jìn)行處理，更換該節(jié)電池，消除事故隱患，保證變電站的安全。

3．10、蓄電池常見(jiàn)的失效模式

目前，大中型電源中廣泛使用密封閥控鉛酸蓄電池（VRLA蓄電池）。VRLA 電池和電池組在運(yùn)行過(guò)程中，隨著使用時(shí)間的增加必然會(huì)有個(gè)別或部分電池因內(nèi)阻變大，呈退行性老化現(xiàn)象，整組電池的容量是以狀況zui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（ 初始值） 為準(zhǔn)。閥控式鉛酸（VRLA）蓄電池由于采用貧液式設(shè)計(jì)，直流電源（模塊）的特性指標(biāo)對(duì)其的影響要比對(duì)濕式電池的影響大得多，許多蓄電池不是用壞的，而是充壞的。當(dāng)電池的實(shí)際容量下降到其額定容量的90%以下時(shí)，電池便進(jìn)入衰退期；當(dāng)電池容量下降到額定容量的80%以下時(shí)，電池便進(jìn)入急劇衰退期。衰退期很短，這時(shí)電池組已存在極大的安全隱患。

對(duì)于VRLA電池，通常的失效原因有：電池失水、極板硫酸化、極板腐蝕、熱失控等，以下是幾種失效原因分析。

3．10．1電池失水

鉛酸蓄電池失水會(huì)導(dǎo)致電解液比重增高及電池正極柵板的腐蝕，使電池的活性物質(zhì)減少，從而使電池的容量降低而失效。

閥控式鉛酸蓄電池充電后期，正極釋放的氧氣與負(fù)極接觸，發(fā)生反應(yīng)，重新生成水，即

O₂+2Pb=2PbO

PbO+H₂SO₄=H₂O+PbSO₄

使負(fù)極由于氧氣的作用處于欠充電狀態(tài)，因而不產(chǎn)生氫氣。這種正極的氧氣被負(fù)極鉛吸收，再進(jìn)一步化合成水的過(guò)程，即所謂陰極吸收。

在上述陰極吸收過(guò)程中，由于產(chǎn)生的水在密封情況下不能溢出，因此閥控式密封鉛酸蓄電池可免除補(bǔ)加水維護(hù)，這也是閥控式密封鉛酸蓄電池稱(chēng)為免維護(hù)電池的由來(lái)。但在充電過(guò)程中，當(dāng)充電電壓超過(guò)2．35V時(shí)就有可能使氣體逸出。因?yàn)榇藭r(shí)電池體內(nèi)短時(shí)間產(chǎn)生了大量氣體來(lái)不及被陰極吸收，壓力超過(guò)某個(gè)值時(shí)，便開(kāi)始通過(guò)單向排氣閥排氣，排出的氣體雖然經(jīng)過(guò)濾酸墊濾掉了酸霧，但必竟使電池?fù)p失了氣體，也等于損失了水。所以閥控式密封鉛酸蓄電池對(duì)充電機(jī)的要求是非常嚴(yán)格的，充電機(jī)的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波電壓系數(shù)等特性指標(biāo)要嚴(yán)格滿(mǎn)足要求。

3．10．2 極板硫酸化

電池負(fù)極柵板的主要活性物質(zhì)是海綿狀鉛，電池充電時(shí)正負(fù)極柵板發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

負(fù)極上發(fā)生還原反應(yīng)：PbSO₄+2e=Pb+SO₄^-

正極上發(fā)生氧化反應(yīng)：PbSO₄+2H₂O=PbO₂+4H⁺+SO₄^-+2e

放電過(guò)程發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)是這一反應(yīng)的逆反應(yīng)，當(dāng)閥控式密封鉛酸蓄電池的荷電不足時(shí)，在電池的正負(fù)極柵板上就有PbSO₄存在，PbSO₄長(zhǎng)期存在會(huì)因晶粒長(zhǎng)大而失去活性，不能再參與化學(xué)反應(yīng)，這一現(xiàn)象稱(chēng)為活性物質(zhì)的硫酸化，為防止硫酸化的形成，電池必須經(jīng)常保持在充足電的狀態(tài)，并有蓄電池不能過(guò)度放電。

3．10．3 極板腐蝕

由于電池失水，造成電解液比重增高，過(guò)強(qiáng)的電解液酸性加劇極板腐蝕，防止極板腐蝕必須注意防止電池失水現(xiàn)象發(fā)生。

3．10．4 熱失控

熱失控是指蓄電池在恒壓充電時(shí)，充電電流和電池溫度發(fā)生一種累積性的增強(qiáng)作用，并逐步損壞蓄電池。造成熱失控的根本原因是浮充電壓過(guò)高。

一般情況下，浮充電壓定為2.23～2.28V/單體（25℃）比較合適。如果不按此浮充范圍工作，而是采用2.35V／單體（25℃），則連續(xù)充電4個(gè)月就可能出現(xiàn)熱失控；或者采用2.30V/單體（25℃），連續(xù)充電6～8個(gè)月就可能出現(xiàn)熱失控；如果是采用2．28V／單體（25℃），則連續(xù) 12～18個(gè)月就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的容量下降，進(jìn)而導(dǎo)致熱失控。熱失控的直接后果是蓄電池的外殼鼓包、漏氣，電池容量下降，zui后失效。

4．本項(xiàng)目在線監(jiān)測(cè)不同技術(shù)的比較

4．1 蓄電池模型

電池是一個(gè)極為復(fù)雜的系統(tǒng)，放電及充電反應(yīng)是復(fù)雜的化學(xué)及電化學(xué)過(guò)程，真正決定蓄電池容量的是電池的化學(xué)和電化學(xué)狀態(tài)。電池的等效電路如圖9所示。

圖9：電池電路模型

圖6電池電路模型中，各符號(hào)的含義：

E：蓄電池電動(dòng)勢(shì)；

R1：蓄電池歐姆電阻，包括極板、極柱、溶液、隔膜的電阻及接觸電阻；

R2：蓄電池極化電阻，包括電化學(xué)極化和濃差極化的電阻；

C2：電極雙電層電容。

蓄電池復(fù)阻抗計(jì)算公式：

式中：f為測(cè)試信號(hào)頻率。

目前，市場(chǎng)上對(duì)蓄電池檢測(cè)的方法主要有測(cè)量浮充電壓法、直流放電法和交流注入法。測(cè)量浮充電壓法是市場(chǎng)上早期的產(chǎn)品，對(duì)判斷蓄電池的容量沒(méi)有太大的作用。而對(duì)蓄電池內(nèi)阻的測(cè)試方法主要是直流放電法與交流注入法。

4．2 測(cè)量浮充電壓法

浮充電壓的設(shè)置對(duì)電池的壽命具有相當(dāng)重要的影響。在理論上要求浮充電壓產(chǎn)生的電流量足以補(bǔ)償電池的自放電。浮充電壓過(guò)高會(huì)引起電池正極腐蝕和失水，使電池容量下降，而浮充電壓過(guò)低，也會(huì)使電池充電不足，引起電池落后，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)電極硫酸鹽化。浮充電壓的選擇可以根據(jù)廠家說(shuō)明書(shū)的要求而設(shè)定。

雖然測(cè)量浮充電壓并及時(shí)做出調(diào)整是蓄電池日常維護(hù)的一項(xiàng)重要工作，但是，國(guó)內(nèi)外大量的實(shí)踐證明，浮充電壓和蓄電池的容量不具有相關(guān)性。也就是說(shuō)，光靠測(cè)量浮充電壓并不能發(fā)現(xiàn)落后的單體電池。上圖8的曲線也得出這一結(jié)論；

4．3 直流放電法

根據(jù)電池的等效電路模型，用一個(gè)恒定電流對(duì)電池通電，則電池兩端電壓隨時(shí)間t的變化而變化：

ΔV=IR2[1-exp（-1/R2C2）]+ IR1

式中：前項(xiàng)為極化電阻上電壓的變化，該項(xiàng)在充電初始因?qū)﹄p電層充電，所以較遲產(chǎn)生壓降。后項(xiàng)為歐姆電阻上的壓降，充電初始已經(jīng)產(chǎn)生。當(dāng)時(shí)間t小于時(shí)間常數(shù)τ時(shí)（τ=R2C2），極化電阻上的電壓變化相對(duì)較小，如果精度要求不高時(shí)可以忽略，所記錄下的電池端電壓的變化可以認(rèn)為時(shí)歐姆內(nèi)阻上的壓降，電池內(nèi)阻計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

R=ΔV/I

直流放電法是在電池組兩端接入放電負(fù)載，在不同電流（I₁、I₂）變化瞬間測(cè)量蓄電池端電壓變化（U₁一U₂）來(lái)計(jì)算內(nèi)阻值，見(jiàn)圖11所示。常采用如下公式計(jì)算：

R=（U₁-U₂）/（I₂-I₁）

圖11：蓄電池直流放電法電壓電流曲線

圖12：實(shí)測(cè)到的蓄電池直流放電法電壓電流曲線

由于內(nèi)阻值很小，在一定電流下的電壓變化幅值相對(duì)較小，并且由于放大器零漂的影響，準(zhǔn)確測(cè)量微弱的直流信號(hào)極為困難，給準(zhǔn)確測(cè)量帶來(lái)困難。由于放電過(guò)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(cè)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。為了提高測(cè)量準(zhǔn)確性，往往采用很大的放電電流（40～150A），過(guò)大的放電電流對(duì)蓄電池產(chǎn)生損害，由于應(yīng)力作用造成極板變形、龜裂及活性物質(zhì)脫落，嚴(yán)重降低電池奉命。還可能對(duì)直流系統(tǒng)和繼電保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生干擾，造成安全隱患。

直流放電法的特點(diǎn)：

1. 在蓄電池工作主回路中需串入接觸器，內(nèi)阻測(cè)量時(shí)需要斷開(kāi)蓄電池工作主回路，直接影響直流系統(tǒng)的安全。

直流放電法測(cè)試蓄電池內(nèi)阻時(shí)，由于大電流放電引起電池電壓變化，充電機(jī)輸出電壓電流會(huì)因此而變化。監(jiān)測(cè)設(shè)備由于無(wú)法采用濾波技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，無(wú)法消除直流充電模塊的充電電流紋波對(duì)測(cè)量的影響，因而需要在蓄電池工作主回路上串入接觸器，由蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行控制，在蓄電池內(nèi)阻測(cè)量時(shí)斷開(kāi)主回路，測(cè)量后再?gòu)?fù)原，見(jiàn)圖2。由于在蓄電池工作主回路中加了控制器件（如二極管、接觸器），在二極管、接觸器故障時(shí)或監(jiān)測(cè)設(shè)備故障時(shí)，如果出現(xiàn)停電，蓄電池組可能因斷路而造成直流系統(tǒng)崩潰，從而產(chǎn)生重大安全事故。

圖13：直流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量時(shí)蓄電池工作主回路控制

1. 大電流放電，對(duì)蓄電池產(chǎn)生損害，降低蓄電池壽命。

由于運(yùn)算放大器零漂的影響，對(duì)微伏級(jí)直流信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量極為困難，因而需要很大的測(cè)量電流，以獲得較大的電壓信號(hào)幅值。大電流反復(fù)沖擊，造成蓄電池柵板變形，活性物質(zhì)脫落，對(duì)蓄電池產(chǎn)生損害，降低蓄電池壽命。

（3）對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，產(chǎn)生安全事故。

大電流瞬間沖擊，將產(chǎn)生很大的電磁干擾，造成繼電保護(hù)系統(tǒng)誤動(dòng)作，產(chǎn)生安全事故。

（4）測(cè)量精度低，影響蓄電池監(jiān)測(cè)效果。

    目前對(duì)蓄電池監(jiān)測(cè)分析和容量預(yù)估，主要是基于內(nèi)阻測(cè)量和分析。在大電流放電瞬間，由于ⅰ）蓄電池由于雙電層電容及濃差極化、電化學(xué)極化等因素的影響，蓄電池電壓是不穩(wěn)定的，處于不斷變化之中，因而大電流放電瞬間Δt內(nèi)，測(cè)量的V1和V2也是變化的，造成測(cè)量誤差；ⅱ）由于運(yùn)算放大器零漂的影響，對(duì)微伏級(jí)直流信號(hào)的準(zhǔn)確測(cè)量極為困難；ⅲ）無(wú)法采用濾波技術(shù)及現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理，因而內(nèi)阻測(cè)量精度較低，重復(fù)性差，影響蓄電池監(jiān)測(cè)效果。

4．4 交流注入法

交流注入法的原理是，利用電池等效于一個(gè)有源電阻的特點(diǎn),給電池施加一個(gè)固定頻率的電流（目前一般使用1kHz頻率，50mA），對(duì)其電壓進(jìn)行采樣濾波等一系列處理從而測(cè)量其阻值。

圖14：蓄電池內(nèi)阻交流注入測(cè)量原理圖

當(dāng)使用受控電流時(shí)，△I=ImaxSinωt，產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為

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

從理論上講，向電池饋入一個(gè)交流電流信號(hào)，測(cè)量由此信號(hào)產(chǎn)生的電壓變化即可測(cè)得電池的內(nèi)阻。即

        R=V_av/_av               （6）

式中：V_av為檢測(cè)到交流信號(hào)的平均值；

I_av為饋入的交流信號(hào)的平均值。

交流注入法的優(yōu)缺點(diǎn)：

• 交流注入法不受極化電阻影響，可以測(cè)量幾乎所有的電池，包括小容量電池。
• 交流注入法應(yīng)用于蓄電池在線監(jiān)測(cè)時(shí)，由于注入電流較小，易受充電機(jī)有交流紋波閃變的干擾，誤差較大。

4．5 交流放電法

交流放電法綜合了直流放電法和交流注入法的優(yōu)點(diǎn)。其原理是CPU通過(guò)D/A控制智能負(fù)載，使蓄電池向智能負(fù)載放電，產(chǎn)生一個(gè)3Hz～35Hz低頻的3～（有效值）正弦波交流激勵(lì)電流信號(hào)（特征激勵(lì)信號(hào)），由于蓄電池阻抗的存在，每節(jié)蓄電池上也產(chǎn)生相應(yīng)的特征電壓信號(hào)，由于蓄電池內(nèi)阻極小，一般為微歐級(jí)，相應(yīng)地，特征激勵(lì)電流信號(hào)產(chǎn)生的特征電壓信號(hào)非常小，也為微伏級(jí)。因此需要采用高精度、低零漂的多級(jí)放大器進(jìn)行放大。

蓄電池內(nèi)阻交流放電法測(cè)量原理圖、信號(hào)波形圖見(jiàn)圖15、圖16。

圖16：交流放電法特征激勵(lì)電流及特征電壓波形圖

低頻交流激勵(lì)電流信號(hào)和蓄電池上感應(yīng)電壓信號(hào)經(jīng)放大、濾波后，送入同步高速A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。由于蓄電池組在線工作時(shí)還存在較大的工作電流，而工作電流存在各種頻率的諧波成分，相應(yīng)在蓄電池上也感含有應(yīng)出各種頻率的諧波成分的電壓信號(hào)。這些干擾信號(hào)的幅值較大，往往大于測(cè)量信號(hào)，測(cè)量電路需要采用多級(jí)帶通濾波器對(duì)測(cè)量信號(hào)進(jìn)行處理。由于理想的帶通濾波器是不存在的，因此，實(shí)際采樣的電流和電壓的數(shù)字信號(hào)除有效成分外，還夾雜著大量的各種頻率的非有效成分，需要用數(shù)字信號(hào)分析處理方法對(duì)實(shí)際采樣的電流和電壓的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，提取出有用信號(hào)。

設(shè)電流信號(hào)和電壓信號(hào)經(jīng)高速同步采樣后得到u（t）、i（t）。DSP分別對(duì)電流信號(hào)和電壓信號(hào)在復(fù)平面內(nèi)進(jìn)行付利葉變換：

式中an電流（電壓）信號(hào)n次諧波的實(shí)部；

     bn電流（電壓）信號(hào)n次諧波的虛部；

通過(guò)付利葉變換，分別計(jì)算出某個(gè)頻率下的電壓信號(hào)i1和該頻率下的電流信號(hào)u1，注意，經(jīng)付利葉變換得到的信號(hào)都為復(fù)平面上的復(fù)信號(hào)。根據(jù)歐姆定律，z=u/i，計(jì)算出該頻率下的復(fù)阻抗z1，其實(shí)部和虛部分別是X1、Y1。

由于UPS、常規(guī)整流設(shè)備、高頻開(kāi)關(guān)電源輸出信號(hào)除直流以外，主要是50Hz以上工頻和高頻信號(hào)，因此課題組將測(cè)試頻率選擇在3～35Hz范圍內(nèi)。

經(jīng)過(guò)帶通濾波器濾波及數(shù)字信號(hào)處理，UPS、常規(guī)整流設(shè)備、高頻開(kāi)關(guān)電源的紋波干擾信號(hào)*可以被濾除，因而采用多頻點(diǎn)交流放電法測(cè)試技術(shù)抗*力非常高，經(jīng)實(shí)驗(yàn)，幾安培至幾十安培的紋波干擾信號(hào)對(duì)內(nèi)阻測(cè)試結(jié)果都不會(huì)產(chǎn)生影響。在本項(xiàng)目中，對(duì)在線工作的蓄電池組，在浮充、均充、放電條件下均可進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試。

類(lèi)似地，通過(guò)CPU控制蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，改變測(cè)試信號(hào)的頻率，在其他頻率下進(jìn)行測(cè)試，可以得到不同頻率下的復(fù)阻抗X₂、Y₂；X₃、Y₃；…；X_n、Y_n。根據(jù)蓄電池的等效電路模型：

圖17：電池電路模型

蓄電池復(fù)阻抗計(jì)算公式：

式中：f為測(cè)試信號(hào)頻率。

通過(guò)解聯(lián)立方程組，可以分別計(jì)算出蓄電池的歐姆電阻R1、極化電阻R2、雙電層電容C2。

交流放電法的特點(diǎn)：

1. 安全可靠。

蓄電池工作主回路不接入任何設(shè)備，并且測(cè)量回路設(shè)計(jì)有10kΩ限流電阻和保險(xiǎn)管，并且測(cè)量回路為高阻設(shè)計(jì)，電流為μ*。因此蓄電池工作回路和測(cè)量回路安全獨(dú)立，互不影響，可以在蓄電池工作時(shí)更換蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備。

1. 放電電流小，對(duì)蓄電池?zé)o損害。

交流放電法測(cè)量蓄電池阻放電電流為3～（有效值），不對(duì)蓄電池產(chǎn)生沖擊，不會(huì)造成柵板變形及活性物質(zhì)脫落，對(duì)蓄電池壽命無(wú)影響。

1. 不會(huì)對(duì)變電站繼電保護(hù)設(shè)備產(chǎn)生干擾。

放電電流小，且放電電流為純正弦波，產(chǎn)生電磁干擾小，不會(huì)對(duì)繼電保護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，。

1. 抗干擾性強(qiáng)，適應(yīng)于對(duì)工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

交流放電法可以采用強(qiáng)編程帶通波器進(jìn)行濾波，并運(yùn)用當(dāng)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（如FFT信號(hào)分析技術(shù)、小波信號(hào)變換技術(shù)、數(shù)字鎖相技術(shù)）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，有效地消除了直流充電模塊紋波對(duì)測(cè)量的影響，具有很好的抗干擾性能，適應(yīng)于對(duì)工作中的蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

1. 蓄電池內(nèi)阻測(cè)試精度高，為蓄電池分析和預(yù)測(cè)打下了良好的基礎(chǔ)。

交流放電法可以采用高精度儀表運(yùn)算放大器對(duì)極其微弱的低頻交流信號(hào)進(jìn)行放大，采用強(qiáng)編程帶通波器進(jìn)行濾波，運(yùn)用當(dāng)代的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)（如FFT信號(hào)分析技術(shù)、小波信號(hào)變換技術(shù)、數(shù)字鎖相技術(shù)）對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，確保蓄電池內(nèi)阻測(cè)試精度。高精度的內(nèi)阻測(cè)量，為蓄電池分析和預(yù)測(cè)打下了良好的基礎(chǔ)。

5 充電機(jī)特性參數(shù)測(cè)試及充電程序測(cè)試

    在通信機(jī)房（站）直流系統(tǒng)中，對(duì)蓄電池影響zui大的是充電機(jī)，充電機(jī)的特性如穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等技術(shù)指標(biāo)對(duì)蓄電池的壽命影響極大。對(duì)電站VRLA電池來(lái)講，由于采用貧液式設(shè)計(jì)，電池失效的主要形式為失水、硫化、極板腐蝕，其中失水是限制蓄電池壽命的關(guān)鍵，實(shí)際上，對(duì)于電站VRLA電池，對(duì)充電機(jī)的特性更加敏感，許多電池是充壞的，而不是用壞的。充電機(jī)在使用過(guò)程中，由于電氣元件參數(shù)的漂移，或由于充電機(jī)工作參數(shù)人為設(shè)置錯(cuò)誤，都可能對(duì)蓄電池產(chǎn)生不利的影響。因此，只對(duì)蓄電池進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而不對(duì)充電機(jī)特性及充電程序進(jìn)行監(jiān)測(cè)，是不全面的。

正因?yàn)槿绱耍陔娏ο到y(tǒng)中，南方電網(wǎng)和*都加大了對(duì)充電機(jī)特性的管理力度，廣東電網(wǎng)09年以后相繼出臺(tái)了一系列直流系統(tǒng)定檢、年檢、驗(yàn)收的技術(shù)規(guī)范，要求各單位嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。但是由于各*直流維護(hù)管理人員少，工作量大，實(shí)際執(zhí)行起來(lái)有相當(dāng)大的難度。

項(xiàng)目組對(duì)此展開(kāi)了技術(shù)攻關(guān)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)充電機(jī)特性及充電程序的監(jiān)測(cè)功能，只要通信機(jī)房（站）蓄電池核容放電或停電放電，本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可以監(jiān)測(cè)到完整的放電充電過(guò)程，并可以計(jì)算出充電機(jī)的穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)，并判斷充電程序是否異常。

圖18：充電機(jī)充電程序監(jiān)測(cè)及穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)監(jiān)測(cè)

5.1充電裝置穩(wěn)壓精度

    充電裝置穩(wěn)壓精度對(duì)直流電源系統(tǒng)，特別是對(duì)蓄電池安全性、可靠性和壽命有極為重要的影響。標(biāo)準(zhǔn)要求其穩(wěn)壓精度δu≤±0.5%。計(jì)算公式：

式中：δu：穩(wěn)壓精度；      U_M：輸出電壓波動(dòng)極限值；     Uz：輸出電壓整定值；

5.2充電裝置紋波系數(shù)

充電裝置紋波系數(shù)對(duì)直流電源系統(tǒng)，特別是對(duì)蓄電池安全性、可靠性和壽命有極為重要的影響。標(biāo)準(zhǔn)要求其紋波系數(shù)δpp≤±0.5%。計(jì)算公式：

式中：δpp：紋波電壓峰值系數(shù)；  Upp：紋波電壓峰—峰值；  Udc：直流電壓平均值；

5.3充電裝置穩(wěn)流精度

充電裝置穩(wěn)流精度對(duì)直流電源系統(tǒng)，特別是對(duì)蓄電池安全性、可靠性和壽命有極為重要的影響。標(biāo)準(zhǔn)要求其穩(wěn)流精度δ_I≤±1%。計(jì)算公式：

式中：δ_I：穩(wěn)流精度；      I_M：輸出電流波動(dòng)極限值；     Iz：輸出電流整定值；

6．項(xiàng)目主要內(nèi)容及技術(shù)路線

變電站是電網(wǎng)的樞紐，直流電源系統(tǒng)是變電站的重要組成部分，它為通信信號(hào)設(shè)備、繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、事故照明及斷路、合閘操作提供直流電源，并在外部交流故障的情況下，保證由后備電源繼續(xù)提供直流電源，是繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置和斷路器等設(shè)備正確動(dòng)作的基本保證。其穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)防止系統(tǒng)破壞、事故擴(kuò)大和設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞至關(guān)重要。

通信機(jī)房直流電源系統(tǒng)由直流電源、蓄電池、直流斷路器、防雷器等組成，“基于多頻點(diǎn)技術(shù)的蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)系統(tǒng)”的研制及投入使用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)通信機(jī)房直流電源系統(tǒng)（直流電源及蓄電池）進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)直流電源系統(tǒng)中存在的隱患，保障供電的安全。采用在線監(jiān)測(cè)技術(shù)和手段獲取的直流電源系統(tǒng)的信息，不僅科學(xué)、準(zhǔn)確，更重要地是能夠保證信息的連續(xù)性和完整性。當(dāng)前，通信機(jī)房（站）直流電源系統(tǒng)（直流電源及蓄電池）采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)從定期維護(hù)到狀態(tài)維護(hù)的轉(zhuǎn)變，已成為通信行業(yè)設(shè)備維護(hù)的現(xiàn)實(shí)選擇和必然趨勢(shì)，對(duì)提高電源的可靠性和安全性，對(duì)提高供電企業(yè)效率具有極為重要的意義。

“本項(xiàng)目系統(tǒng)”，是一套智能化、網(wǎng)絡(luò)化的通信機(jī)房（站）蓄電池在線監(jiān)測(cè)、分析、管理系統(tǒng)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由若干個(gè)用戶(hù)終端、一個(gè)監(jiān)測(cè)中心、若干個(gè)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)裝置組成。用戶(hù)終端可以隨時(shí)隨地在計(jì)算機(jī)上，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控各個(gè)現(xiàn)場(chǎng)變電站直流電源系統(tǒng)的狀態(tài)。監(jiān)測(cè)中心軟件采用B/S架構(gòu)及SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，接收安裝在各通信機(jī)房（站）在線監(jiān)測(cè)裝置傳來(lái)的數(shù)據(jù)，響應(yīng)用戶(hù)終端的請(qǐng)求上傳數(shù)據(jù)。現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)裝置硬件采用一主多從式構(gòu)架，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)直流電源、蓄電池等的各項(xiàng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。同時(shí)，將報(bào)警信息上傳至監(jiān)測(cè)中心及用戶(hù)終端，通知維修人員及時(shí)處理，防止事故的發(fā)生，保障供電系統(tǒng)的安全。

“本項(xiàng)目系統(tǒng)”，可廣泛應(yīng)用于通信、政府機(jī)關(guān)、金融、證券、保險(xiǎn)、廣播電視、交通運(yùn)輸、制造、*、教育、科研、公共設(shè)施的UPS系統(tǒng)等所有使用蓄電池，作為后備電源的重要場(chǎng)所。也可應(yīng)用于電力變電站直流系統(tǒng)（直流電源及蓄電池）；

本項(xiàng)目系統(tǒng)拓?fù)鋱D見(jiàn)圖19。

圖19：  本項(xiàng)目監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

該“項(xiàng)目在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”，是一套智能化、網(wǎng)絡(luò)化的變電站直流電源系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)、分析、管理系統(tǒng)。系統(tǒng)由若干個(gè)IE用戶(hù)、一個(gè)監(jiān)測(cè)中心、若干個(gè)安裝在現(xiàn)場(chǎng)的在線監(jiān)測(cè)裝置組成。IE用戶(hù)可隨時(shí)隨地在遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)上使用IE瀏覽器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)直流電源及蓄電池的狀況。監(jiān)測(cè)中心軟件采用B/S架構(gòu)及SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，接收在線監(jiān)測(cè)裝置傳來(lái)的數(shù)據(jù)，響應(yīng)IE用戶(hù)的請(qǐng)求上傳數(shù)據(jù)。

該系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)中心為核心。監(jiān)測(cè)中心以上為管理網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測(cè)中心以下為現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。在線監(jiān)測(cè)裝置從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)測(cè)中心，并以數(shù)據(jù)庫(kù)形式貯存。管理人員在用戶(hù)終端計(jì)算機(jī)，通過(guò)IE瀏覽器，經(jīng)管理網(wǎng)絡(luò)向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送各種請(qǐng)求；監(jiān)測(cè)中心響應(yīng)用戶(hù)請(qǐng)求，以圖形、表格、文字等形式，經(jīng)管理網(wǎng)絡(luò)向用戶(hù)終端返回存貯的各種數(shù)據(jù)及各種分析結(jié)果。用戶(hù)終端向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送的各種命令經(jīng)管理網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心對(duì)命令，處理后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)送到在線監(jiān)測(cè)裝置執(zhí)行。

7 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）  采用多頻點(diǎn)交流放電法測(cè)量蓄電池內(nèi)阻，進(jìn)一步減小對(duì)蓄電池工作的影響，提高安全性、測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

（2）  引入新的數(shù)學(xué)模型，采用多頻點(diǎn)測(cè)量蓄電池狀態(tài)參數(shù)，更加準(zhǔn)確地反映蓄電池的狀態(tài)，為蓄電池檢修方式從定期檢修向狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變打下了基礎(chǔ)。

（3）  和蓄電池放電裝置等其他蓄電池監(jiān)測(cè)和維護(hù)設(shè)備進(jìn)行連接和通信，綜合完成直流電源及蓄電池在線監(jiān)測(cè)、蓄電池充放電全程監(jiān)控等綜合監(jiān)測(cè)與維護(hù)功能。

（4）  在線監(jiān)測(cè)直流電源穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波電壓系數(shù)等多項(xiàng)參數(shù)，準(zhǔn)確地反映了直流系統(tǒng)的狀態(tài)；

（5）  統(tǒng)計(jì)、查詢(xún)、分析、管理功能，根據(jù)站點(diǎn)、直流電源及蓄電池生產(chǎn)廠家、生產(chǎn)日期、投入使用時(shí)間、電池的好壞程度等不同的組合條件，自動(dòng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，為對(duì)維修人員的考核、直流電源及蓄電池的管理、購(gòu)買(mǎi)決策提供了量化的數(shù)據(jù)，使管理水平上一個(gè)新的臺(tái)階。

（6）  實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)、GPRS、線、載波、USB等多種通訊方式，可以完成系統(tǒng)遠(yuǎn)程維護(hù)及遠(yuǎn)程自動(dòng)程序升級(jí)功能。

8 系統(tǒng)特點(diǎn)、安全性

8．1 系統(tǒng)概述

本項(xiàng)目研制的蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，旨在開(kāi)發(fā)一套針對(duì)通信機(jī)房（尤其是無(wú)人值守通信機(jī)房）蓄電池運(yùn)行維護(hù)管理的技術(shù)解決方案，以降低或杜絕因蓄電池故障而導(dǎo)致的直流系統(tǒng)事故發(fā)生率，從而提高變電站安全運(yùn)行的可靠性。

該在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池組的總電壓、總電流、正負(fù)極溫度；能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)蓄電池的單體電壓、單體內(nèi)阻、連線電阻等參數(shù)，計(jì)算蓄電池的容量，評(píng)估蓄電池的狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)化的蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)采用基于Internet/Intranet的SQL SEVER數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，方便隨時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行分析。系統(tǒng)具有蓄電池性能狀態(tài)評(píng)價(jià)體系，發(fā)現(xiàn)劣化電池時(shí)能夠及時(shí)報(bào)警，為蓄電池組的精細(xì)化維護(hù)提供依據(jù)。系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)，方便各級(jí)相關(guān)人員在允許的權(quán)限內(nèi)隨時(shí)調(diào)閱相關(guān)數(shù)據(jù)，有利于提高蓄電池維護(hù)技術(shù)管理水平。

8．2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

該在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)作為一套蓄電池運(yùn)行維護(hù)技術(shù)管理系統(tǒng)，我們的設(shè)計(jì)遵循以下的原則：

1）能夠取代傳統(tǒng)的蓄電池人工檢測(cè)手段，不需要大量人工，*實(shí)現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化的管理。

2）對(duì)蓄電池的運(yùn)行情況能夠做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)于可能發(fā)生的問(wèn)題，做提前判斷。系統(tǒng)對(duì)蓄電池運(yùn)行進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)。

3）對(duì)蓄電池的性能健康狀態(tài)能夠進(jìn)行即時(shí)診斷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)蓄電池運(yùn)行異常，提前發(fā)現(xiàn)蓄電池性能落后，提前發(fā)現(xiàn)蓄電池壽命終止，評(píng)價(jià)蓄電池劣化或失效的趨勢(shì)，防止蓄電池引發(fā)重大事故。

4）確保不影響蓄電池原有的工作，對(duì)于蓄電池的測(cè)量，不應(yīng)增加任何不安全的因素，不能對(duì)設(shè)備的運(yùn)行安全構(gòu)成任何威脅。

8．3 系統(tǒng)描述

該項(xiàng)目管理系統(tǒng)以監(jiān)測(cè)中心為核心。監(jiān)測(cè)中心以上為管理網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測(cè)中心以下為現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)。

該項(xiàng)目設(shè)備從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)測(cè)中心，以數(shù)據(jù)庫(kù)形式存貯。

維護(hù)管理人員在用戶(hù)終端計(jì)算機(jī)上，通過(guò)IE瀏覽器，經(jīng)管理網(wǎng)絡(luò)，向監(jiān)測(cè)中心發(fā)送各種請(qǐng)求。監(jiān)測(cè)中心響應(yīng)用戶(hù)請(qǐng)求，并以圖形、表格、文字等形式通過(guò)管理網(wǎng)絡(luò)向用戶(hù)終端返回存貯的各種數(shù)據(jù)及各種分析結(jié)果。終端用戶(hù)向現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送和各種命令通過(guò)管理網(wǎng)絡(luò)送到監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心對(duì)命令處理后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)，送到項(xiàng)目設(shè)備執(zhí)行。

本項(xiàng)目管理系統(tǒng)具有強(qiáng)大的功能，具備自動(dòng)將數(shù)據(jù)采集、存貯、上傳功能。自身帶有接線端子插座，通過(guò)線纜與蓄電池連接，可以測(cè)試到單節(jié)蓄電池以及整組蓄電池組的狀態(tài)參數(shù)。

PITE3920在線監(jiān)測(cè)儀，內(nèi)置以太網(wǎng)接口、GPRS接口及USB接口，通過(guò)這些接口可以用不同的組網(wǎng)形式，把檢測(cè)到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳到監(jiān)測(cè)中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的在線監(jiān)測(cè)。

監(jiān)測(cè)中心軟件則采用基于B/S結(jié)構(gòu)的模式，系統(tǒng)管理員可以給各維護(hù)管理人員分配用戶(hù)名、密碼與訪問(wèn)權(quán)限，這些人員作為IE用戶(hù)，在規(guī)定的權(quán)限內(nèi)通過(guò)局域網(wǎng)以圖形、表格、文字等形式查看蓄電池的各種數(shù)據(jù)，隨時(shí)可了解蓄電池組的情況。

監(jiān)測(cè)中心采用SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，方便對(duì)各蓄電池組的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、查詢(xún)與調(diào)用。

8．4 系統(tǒng)特色

本項(xiàng)目管理系統(tǒng)具有如下的特色：

1. 組網(wǎng)簡(jiǎn)單，維護(hù)簡(jiǎn)便、快捷、安全、可靠

    本項(xiàng)目管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰，組網(wǎng)簡(jiǎn)單。系統(tǒng)運(yùn)行中如現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)故障，幾分鐘內(nèi)能夠直接通過(guò)可熱插拔接線插頭，更換現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，不會(huì)對(duì)直流設(shè)備產(chǎn)生任何影響，維護(hù)起來(lái)簡(jiǎn)單、快捷、安全、可靠。

1. 基于簡(jiǎn)易GIS（地理信息系統(tǒng)）管理，軟件界面友好，操作方便。

軟件主界面是簡(jiǎn)易GIS（地理信息系統(tǒng)）管理模式。具有如下特點(diǎn)：

A）界面簡(jiǎn)潔，沒(méi)有繁瑣的數(shù)據(jù)堆積；操作簡(jiǎn)潔，甚至不需要操作即可了解電池組的運(yùn)行狀況。當(dāng)監(jiān)測(cè)的電池組數(shù)量較多時(shí)候，本系統(tǒng)采用的管理方式相對(duì)于樹(shù)狀的資源管理器操作更加簡(jiǎn)潔。

B）在每一級(jí)的監(jiān)測(cè)界面中，不需要繁瑣的點(diǎn)擊查詢(xún)，就可以總覽所有電池組的運(yùn)行狀況。

C）采用圖例 ， ， ， 標(biāo)識(shí)電池組的運(yùn)行狀況，不需要查詢(xún)，詳細(xì)數(shù)據(jù)就可以了解當(dāng)前電池組的運(yùn)行狀況。

D）迅速定位有報(bào)警信息的電池組，方便工作人員的管理。

1. 數(shù)據(jù)管理簡(jiǎn)單明晰。

利用SQL-SERVER商用數(shù)據(jù)庫(kù)的*性，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理，可以方便用戶(hù)隨時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的調(diào)用、分析與打印。

1. 數(shù)據(jù)共享，技術(shù)管理層次分明

軟件采用B/S結(jié)構(gòu)，方便各相關(guān)人員在各自的機(jī)器上，就可以在權(quán)限范圍內(nèi)隨時(shí)調(diào)閱相關(guān)數(shù)據(jù)，這樣，蓄電池維護(hù)的技術(shù)管理工作層次分明，便以管理。

B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)即瀏覽器/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它是隨著 Internet技術(shù)的興起，對(duì)C/S結(jié)構(gòu)（客戶(hù)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)）的一種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下，用戶(hù)工作界面是通過(guò)WWW瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，極少部分事務(wù)邏輯在前端（Browser）實(shí)現(xiàn)，但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端（Server）實(shí)現(xiàn)，形成所謂三層3-tier結(jié)構(gòu)。這樣就大大簡(jiǎn)化了客戶(hù)端電腦載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量，降低了用戶(hù)的總體成本。

監(jiān)測(cè)中心采用B/S結(jié)構(gòu)模式，具有如下特點(diǎn)：

A）安裝部署與升級(jí)維護(hù)簡(jiǎn)單：只需要在服務(wù)器端安裝，安裝以后僅需要定期（比如3個(gè)月、半年）維護(hù)一次即可。二次開(kāi)發(fā)可以簡(jiǎn)單到只升級(jí)替換一個(gè)ASP頁(yè)面，或更換一個(gè)DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，而且只需在服務(wù)器更換。

B）數(shù)據(jù)安全性好：客戶(hù)端不保存任何業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一致性好。所有數(shù)據(jù)（包括原始料單和統(tǒng)計(jì)報(bào)表）都保存在中心服務(wù)器中，不需要數(shù)據(jù)同步，不需要報(bào)表上傳下載，隨時(shí)隨地看到的都是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。可以全國(guó)一個(gè)服務(wù)器，而不需要在各個(gè)分支機(jī)構(gòu)建立區(qū)域服務(wù)器，可以極大地節(jié)約投資和人力資源。

C）數(shù)據(jù)可溯源：任何報(bào)表都可以追蹤到它zui原始的料單數(shù)據(jù)。

D）硬件投資保護(hù)：如果服務(wù)器負(fù)載增加，可以通過(guò)增加新的服務(wù)器，并將B/S軟件的各個(gè)組件分布到多個(gè)服務(wù)器上執(zhí)行。原有服務(wù)器繼續(xù)使用，不浪費(fèi)。

E）客戶(hù)端配置要求低：客戶(hù)端只要能運(yùn)行IE就行。

F）報(bào)表分析優(yōu)勢(shì)：報(bào)表分析速度極快，而且可以根據(jù)客戶(hù)不同時(shí)段，不同角度定制開(kāi)發(fā)各種實(shí)際工作中使用的統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

G）對(duì)計(jì)算機(jī)操作人員要求低：維護(hù)人員只需會(huì)上網(wǎng)，不需要接收專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)即可操作。

8．5 特點(diǎn)

1）*的多頻點(diǎn)交流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)試技術(shù)，減少對(duì)電池?fù)p壞和系統(tǒng)沖擊。

2）在線放電時(shí)，通過(guò)測(cè)量電池電壓，電流計(jì)算出放電容量，根據(jù)設(shè)定放電要求自動(dòng)提示用戶(hù)結(jié)束放電。

3）全自動(dòng)巡檢電池內(nèi)阻、端電壓，自動(dòng)記錄監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

4）受控單檢、巡檢電池內(nèi)阻、端電壓，自動(dòng)記錄測(cè)試數(shù)據(jù)。

5）自動(dòng)監(jiān)測(cè)電池組性能均衡性，診斷電池故障，電池故障自動(dòng)報(bào)警。

6）即可現(xiàn)場(chǎng)查看單體電池和電池組性能狀態(tài)，也可以在遠(yuǎn)程用戶(hù)終端觀測(cè)，標(biāo)志明確，顯示直觀。

7）現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)無(wú)須人工介入，避免了因人工檢測(cè)誤操作引起的短路、觸電和負(fù)載斷電風(fēng)險(xiǎn)。

8）全隔離獨(dú)立測(cè)試回路，既不受用戶(hù)設(shè)備干擾，也不影響用戶(hù)設(shè)備和電池組的正常運(yùn)行。

8．6 安全性

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)上充分考慮了通信機(jī)房（站）的運(yùn)行環(huán)境條件，采用多種抗沖擊、高容錯(cuò)的技術(shù)手段，采用高性能的元器件，使設(shè)備具有很高的安全特性。

1）阻燃性

硬件設(shè)備采用阻燃特性良好的電子元器件與金屬外殼，萬(wàn)一因短路過(guò)流等原因造成的故障，都不會(huì)引起明火燃燒。

2）電磁兼容性

在設(shè)計(jì)上充分考慮了電磁兼容性，電磁輻射量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。金屬外殼則具有很好的屏蔽效果。儀器本身則對(duì)外界沒(méi)有任何電磁干擾。

3）容錯(cuò)性

• 設(shè)備同蓄電池的連接部分采用防過(guò)流保險(xiǎn)（），避免連接導(dǎo)線短路或儀器故障對(duì)蓄電池造成的傷害。
• 設(shè)備各檢測(cè)通道均采用高阻抗輸入方式，檢測(cè)回路的電流小于微安級(jí)，對(duì)蓄電池沒(méi)有任何不良影響。
• 設(shè)備采用全隔離獨(dú)立測(cè)試回路，*獨(dú)立于用戶(hù)設(shè)備工作。
• 儀器采用小功率元器件，工作功耗低，不影響用戶(hù)供電線路。

4）防過(guò)壓過(guò)流特性

設(shè)備設(shè)計(jì)采用防浪涌技術(shù)，采用*的電源變換技術(shù)，工作電壓范圍寬，防過(guò)流過(guò)壓特性強(qiáng)。

5）可維護(hù)性

設(shè)備采用熱插拔式接線座，接插簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。

9. 系統(tǒng)的主要功能和技術(shù)指標(biāo)

本研究項(xiàng)目采用本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的多頻點(diǎn)交流放電法，來(lái)測(cè)量蓄電池的內(nèi)阻，綜合蓄電池電壓、電流、溫度等因素，結(jié)合蓄電池歷史趨勢(shì)及充放電情況，評(píng)價(jià)蓄電池的狀況。

9．1 主要功能

9．1．1 預(yù)警功能

系統(tǒng)一直監(jiān)測(cè)著每節(jié)蓄電池的內(nèi)阻、電壓、充放電電流、溫度等參數(shù)，判斷電池的狀況，一旦有危險(xiǎn)隱患出現(xiàn)，系統(tǒng)將以聲光形式發(fā)出預(yù)警，提醒維護(hù)管理人員及時(shí)處理，避免事故的發(fā)生。

9．1．2 管理決策功能

利用其功能強(qiáng)大的管理數(shù)據(jù)庫(kù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池狀態(tài)（優(yōu)、良、中、差）、生產(chǎn)廠家、投入運(yùn)行時(shí)間、所屬部門(mén)和位置等條件，隨時(shí)隨地進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，幫助管理者極大地提高了管理效率和決策質(zhì)量。

9．1．3 內(nèi)阻檢測(cè)功能

系統(tǒng)可設(shè)定對(duì)全部蓄電池的單體內(nèi)阻的自動(dòng)定時(shí)檢測(cè)，zui低設(shè)定為20分鐘一次。也可以人工發(fā)布命令，隨時(shí)檢測(cè)全部蓄電池的單體電池內(nèi)阻。在服務(wù)器上可對(duì)整組電池或單個(gè)電池的內(nèi)阻進(jìn)行點(diǎn)測(cè)。在測(cè)試內(nèi)阻的同時(shí)，全部蓄電池的單體電池電壓值也同時(shí)測(cè)量。

9．1．4 連線電阻檢測(cè)功能

蓄電池連接線及接頭松動(dòng)、斷裂、銹蝕破壞蓄電池主回路的連續(xù)性，可引起蓄電池直流系統(tǒng)失電，可能引起火災(zāi)等一系列嚴(yán)重事故，因而對(duì)蓄電池連線電阻的測(cè)量是極為必要的，以確保直流系統(tǒng)的安全可靠。

系統(tǒng)可設(shè)定對(duì)每節(jié)蓄電池的連線電阻的自動(dòng)定時(shí)檢測(cè)，zui低設(shè)定為20分鐘一次。也可以人工發(fā)布命令，隨時(shí)檢測(cè)每節(jié)蓄電池的連線電阻。在服務(wù)器上可對(duì)整組電池或單個(gè)電池的內(nèi)阻進(jìn)行點(diǎn)測(cè)。在測(cè)試內(nèi)阻的同時(shí)，全部蓄電池的單體電池電壓值也同時(shí)測(cè)量。

9．1．5充電機(jī)特參數(shù)檢測(cè)功能

系統(tǒng)可對(duì)充電機(jī)穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等特性參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)報(bào)警。

9．1．6巡檢功能

系統(tǒng)可對(duì)蓄電池組總電壓、總電流、正負(fù)極溫度、單體電池電壓等參數(shù)進(jìn)行巡檢。巡檢的間隔可設(shè)定。zui短間隔為20秒。

9．1．7 充放電過(guò)程全過(guò)程記錄功能（蓄電池組核容和交流停電）

可以對(duì)蓄電池組自動(dòng)均充過(guò)程、放電過(guò)程及核容過(guò)程進(jìn)行過(guò)程記錄。記錄內(nèi)容包括蓄電池單體電壓、充放電電流、電池組總電壓和正負(fù)極溫度；充、放電安時(shí)數(shù)。如交流停電、自動(dòng)補(bǔ)充電時(shí)，電池組進(jìn)行放電或充電時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)進(jìn)行容量測(cè)試。配合每年的核容試驗(yàn)，系統(tǒng)可全過(guò)程監(jiān)測(cè)充、放電過(guò)程中每一時(shí)刻電池組的電壓、充、放電電流以及各電池的電壓變化曲線，并可自動(dòng)生成蓄電池組核容報(bào)告。

9．1．8 報(bào)警及記錄功能

可對(duì)電池組電壓、單體電池電壓、單體電池內(nèi)阻、電極溫度等設(shè)定上下限極值。當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到有參數(shù)超出報(bào)警值時(shí)，系統(tǒng)可以進(jìn)行聲、光等報(bào)警，并把這一事件記錄下來(lái)，維護(hù)管理人員在IE終端上可以看到電池組工作狀態(tài)的異常。

9．1．9 電池質(zhì)量分析及報(bào)表分析功能

對(duì)電池的內(nèi)阻和電壓進(jìn)行長(zhǎng)期跟綜監(jiān)測(cè)，并可形成每月、每季、每年的監(jiān)測(cè)報(bào)表，全面掌握蓄電池的運(yùn)行維護(hù)狀況，提醒維護(hù)管理人員用時(shí)更換落后的蓄電池。

9．2主要技術(shù)指標(biāo)

10．主要操作界面簡(jiǎn)介

10．1 主界面

圖23  主界面

主界面采用基于簡(jiǎn)易GIS（地理信息系統(tǒng)）的管理方式。

• 電池組總電流、總電壓、正負(fù)極溫度
• 各節(jié)電池的單體電壓、單體內(nèi)阻，并可按電池編號(hào)及電壓大小進(jìn)行排序。
• 對(duì)各節(jié)電池的數(shù)據(jù)即可按表格方式顯示，也可按直方圖方式顯示。直方圖方式顯示時(shí)，當(dāng)數(shù)值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，相應(yīng)直方柱顯示為紅色，以引起人員的注意。
• 顯示出單體電壓zui大、zui小的電池編號(hào)及相應(yīng)電壓。
• 點(diǎn)擊電池編號(hào)，可顯示出各節(jié)電池單體電壓巡檢數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)。歷史趨勢(shì)可以按表格方式顯示，也可按趨勢(shì)圖方式顯示。在趨勢(shì)圖上隨著鼠標(biāo)位置的移動(dòng)，能方便地顯示出各點(diǎn)電壓的具體數(shù)值及相應(yīng)時(shí)間。

圖24  實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面

10．2 用戶(hù)權(quán)限管理

登錄蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)軟件時(shí)，需要通過(guò)身份驗(yàn)證。可分為用戶(hù)和監(jiān)測(cè)用戶(hù)2種，各自的權(quán)限不同。用戶(hù)是系統(tǒng)管理員，可以行使用戶(hù)管理、局維護(hù)、站維護(hù)、組維護(hù)、設(shè)置組報(bào)警閥值、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)分析、報(bào)表分析、導(dǎo)入儀表數(shù)據(jù)功能。監(jiān)測(cè)用戶(hù)是一般用戶(hù)，只可以行使實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)分析、報(bào)表分析、導(dǎo)入儀表數(shù)據(jù)、設(shè)置組報(bào)警閥值功能。

10．3 歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)及分析

歷史數(shù)據(jù)查詢(xún)及分析模塊可以可監(jiān)測(cè)及顯示控各路電池的電壓、內(nèi)阻、容量。可以根據(jù)需要選擇電池編號(hào)排序、電壓從大到小排序、電壓從小到大排序、內(nèi)阻從大到小排序、內(nèi)阻從小到大排序。

數(shù)據(jù)查詢(xún)及分析模塊可以：

• 選擇不同日期的定檢數(shù)據(jù)、巡檢數(shù)據(jù)、核容記錄、及停電/均充記錄進(jìn)行查詢(xún)。
• 顯示電池組總電流、總電壓、正負(fù)極溫度。
• 顯示單體電壓zui大、zui小的電池編號(hào)及相應(yīng)電壓。
• 顯示單體內(nèi)阻zui大、zui小的電池編號(hào)及相應(yīng)內(nèi)阻。
• 顯示各節(jié)電池的單體電壓、單體內(nèi)阻，分析各節(jié)電池容量及狀況。
• 對(duì)各節(jié)電池的數(shù)據(jù)即可按表格方式顯示，也可按直方圖方式顯示。直方圖方式顯示時(shí)，當(dāng)數(shù)值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，相應(yīng)直方柱顯示為紅色，以引起操作人員的注意。
• 對(duì)各節(jié)電池可以按電池編號(hào)、電壓大小及內(nèi)阻大小進(jìn)行排序。
• 點(diǎn)擊電池編號(hào)，可顯示出各節(jié)電池電壓、內(nèi)阻、容量的歷史趨勢(shì)。歷史趨勢(shì)可以按表格方式顯示，也可按趨勢(shì)圖方式顯示。在趨勢(shì)圖上隨著鼠標(biāo)位置的移動(dòng)，能方便地顯示出各點(diǎn)電壓、內(nèi)阻、容量的具體數(shù)值及相應(yīng)時(shí)間。

圖26    單體電壓、單體內(nèi)阻歷史趨勢(shì)圖

10．4 核容放電均充及停電放電/均充全過(guò)程記錄

核容放電、均充及停電放電/均充模塊，在用戶(hù)對(duì)蓄電池組進(jìn)行核容放電均充及停電放電/均充過(guò)程中，以每1～2分鐘一次的頻率監(jiān)測(cè)電池組總電流、總電壓、正負(fù)極溫度、各節(jié)電池的單體電壓。

10．4．1 功能：

• 快速檢測(cè)核容過(guò)程中電池組總電流、總電壓、正負(fù)極溫度、各節(jié)電池的單體電壓。
• 對(duì)各節(jié)電池的單體電壓即可按表格方式顯示，也可按直方圖方式顯示。直方圖方式顯示時(shí)，當(dāng)數(shù)值超過(guò)報(bào)警值時(shí)，相應(yīng)直方柱顯示為紅色，以引起人員的注意。
• 計(jì)算電池的放電安時(shí)數(shù)和充電安時(shí)數(shù)。
• 顯示放電過(guò)程中zui低組電壓、zui高電極溫度。
• 顯示放電結(jié)束時(shí)單體電壓zui低的5節(jié)電池的編號(hào)和相應(yīng)的單體電壓。
• 顯示總電壓變化趨勢(shì)圖，總電流變化趨勢(shì)圖及單位電壓直方圖。
• 在總電壓、總電流趨勢(shì)圖上隨著鼠標(biāo)位置的移動(dòng)，能方便的顯示出趨勢(shì)圖上相應(yīng)點(diǎn)的總電壓、總電流的具體數(shù)值及相應(yīng)時(shí)間。點(diǎn)擊此點(diǎn)后，下面可以以直方圖的形式及表格的形式顯示相應(yīng)此時(shí)刻各電池的單體電壓的直方圖，顯示的數(shù)據(jù)可以按電池編號(hào)及單體電壓大小進(jìn)行排序。
• 點(diǎn)擊電池編號(hào)，可以顯示出此節(jié)電池在充放電過(guò)程中單體電壓的歷史趨勢(shì)，歷史趨勢(shì)可以以表格的形式顯示，也可以以趨勢(shì)圖的形式的顯示。在趨勢(shì)圖上隨著鼠標(biāo)位置的移動(dòng)，能方便的顯示出趨勢(shì)圖上相應(yīng)點(diǎn)的單體電壓的具體數(shù)值及相應(yīng)時(shí)間。

10．4．2 指導(dǎo)意義

    每節(jié)蓄電池的特性是存在差異的，根據(jù)研究這些特性在浮充過(guò)程中并沒(méi)有*體現(xiàn)出來(lái)，而在蓄電池放電及隨后的充電過(guò)程中這些特性得到了充分的體現(xiàn)。下面圖27～圖34反映的就是凌屋110kV變電站1#蓄電池組在核容放電及隨后的恒流、恒壓、涓流補(bǔ)充過(guò)程中蓄電池單體電壓變化情況。從圖中可以看出，在浮充時(shí)沒(méi)有差異的蓄電池，在充放電時(shí)表現(xiàn)出了明顯的差異。過(guò)去由于技術(shù)條件的限制，沒(méi)有辦法把蓄電池放電及隨后的充電過(guò)程的數(shù)據(jù)*記錄下來(lái)。蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，可以將電池放電及隨后的充電過(guò)程的數(shù)據(jù)*記錄下來(lái)，大量數(shù)據(jù)的積累為今后蓄電池的研究提供了基礎(chǔ)，以此基礎(chǔ)建立數(shù)學(xué)模型，從而建立新的蓄電池維護(hù)管理體制。

圖27  蓄電池核容放電2小時(shí)單體電壓及電池組電流電壓曲線圖

圖28  蓄電池核容放電結(jié)束時(shí)單體電壓及電池組電流電壓曲線圖

圖29  核容放電后恒流充電6.5小時(shí)單體電壓及電池組電流電壓曲線圖

圖30  核容放電后恒流充電結(jié)束時(shí)單體電壓及電池組電流電壓曲線圖

圖31  核容放電后恒壓充電結(jié)束時(shí)單體電壓及電池組電流電壓曲線圖

圖32  18#蓄電池核容放電及恒流、恒壓、涓流補(bǔ)充過(guò)程中單體電壓曲線圖

圖33  50#蓄電池核容放電及恒流、恒壓、涓流補(bǔ)充過(guò)程中單體電壓曲線圖

圖34  39#蓄電池核容放電及恒流、恒壓、涓流補(bǔ)充過(guò)程中單體電壓曲線圖

蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)對(duì)于蓄電池維護(hù)工作具有如下的指導(dǎo)意義：

• 及時(shí)發(fā)現(xiàn)落后的蓄電池。蓄電池組在停電放電及核容放電過(guò)程中，蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)以1～2分鐘/次的頻率，全面測(cè)量蓄電池組的總電流、總電壓、正負(fù)極溫度、各節(jié)電池的單體電壓，并計(jì)算電池的容量。通過(guò)直方圖和歷史趨勢(shì)圖，可以及時(shí)方便地發(fā)現(xiàn)落后的電池，以便維護(hù)管理人員及時(shí)更換，保證系統(tǒng)的安全。從圖34可以看出，39#蓄電池核容放電時(shí)不到10分鐘，電壓就從1.8V跌落到1.576V。
• 更加完善了核容放電規(guī)程，提高了安全性。過(guò)去核容放電后，隨后充電過(guò)程中到底充進(jìn)去了多少電量，是無(wú)法知道的。蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)可以自動(dòng)算出放電電量和充電電量，使管理人員知道充電是否充夠了，保障系統(tǒng)安全。
• 大大減少了核容放電時(shí)人員的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度。過(guò)去核容放電是非常辛苦的，人員要準(zhǔn)備表格，現(xiàn)場(chǎng)接線，不停地測(cè)量，不停地記錄，放電結(jié)束后，還要拆線，計(jì)算，出報(bào)表。工作量大，也不安全。現(xiàn)在一切都自動(dòng)完成，并且不用現(xiàn)場(chǎng)接線，拆線。
• 可以探索新的核容放電及充電體制。例如由放電電流由目前的單一I₁₀變?yōu)镮₂₀+I₁₀；隨后的充電的恒流階段由充電電流由單一的I₁₀變?yōu)镮₂₀+I₁₀，在保證準(zhǔn)確性的情況下，減少放電和充電時(shí)間。

10．5 即時(shí)測(cè)量

    系統(tǒng)除定時(shí)測(cè)量外，還可隨時(shí)響應(yīng)具有相應(yīng)權(quán)限的用戶(hù)的即時(shí)測(cè)量命令。具有相應(yīng)權(quán)限的用戶(hù)可以向系統(tǒng)發(fā)出即時(shí)測(cè)量命令，系統(tǒng)可自動(dòng)對(duì)全部數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量過(guò)程對(duì)用戶(hù)的其他操作無(wú)任何影響，測(cè)量結(jié)果返回時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示用戶(hù)。即時(shí)測(cè)量的結(jié)果可以以表格形式顯示，也可以以圖形形式顯示。測(cè)量結(jié)果可以按電池編號(hào)、電壓大小和內(nèi)阻大小排序。

10．6 自動(dòng)報(bào)警及記錄            

若監(jiān)測(cè)到異常情況，電池組的狀態(tài)指示圖標(biāo)將由 變?yōu)?，并發(fā)出“嘟嘟…嘟嘟…”的報(bào)警聲音，并且產(chǎn)生報(bào)警記錄。

10．7 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理模塊具有以下功能：

• 設(shè)置及更改對(duì)用戶(hù)信息及權(quán)限；
• 添加/修改/刪除局、站及電池組信息；
• 設(shè)置電池組報(bào)警閥值；
• 設(shè)置電池組標(biāo)準(zhǔn)電阻；
• 設(shè)置系統(tǒng)的巡檢周期；
• 設(shè)置設(shè)備時(shí)間；
• 修改密碼。

10．8 報(bào)表

系統(tǒng)可以自動(dòng)生成月報(bào)，核容放電時(shí)可以自動(dòng)生成核容報(bào)表。參閱附件。

10．9 查詢(xún)統(tǒng)計(jì)

查詢(xún)統(tǒng)計(jì)模塊具有以下功能

• 按局、站、組進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)：反映局、站、組蓄電池電池狀態(tài)（優(yōu)、良、中、差）、生產(chǎn)廠家，電池生產(chǎn)日期的綜合信息。通過(guò)這些信息，反映蓄電池的維護(hù)工作的好壞。
• 按電池生產(chǎn)廠家進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)：反映各個(gè)電池廠家蓄電池的質(zhì)量水平。
• 按電池狀態(tài)（優(yōu)、良、中、差）進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)：宏觀上掌握蓄電池的狀態(tài)，為今后的投資改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
• 按電池生產(chǎn)日期進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)：宏觀上掌握蓄電池的狀況，為今后的投資改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
• 根據(jù)用戶(hù)的需求，按其他方式進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)。
• 以上幾種查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，既可以按單一條件進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)，也可以按幾種組合條件進(jìn)行查詢(xún)統(tǒng)計(jì)。

圖35  查詢(xún)統(tǒng)計(jì)報(bào)表

11． 總結(jié)

蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，采用*的計(jì)算機(jī)檢測(cè)技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)，采用交流放電法，在線檢測(cè)變電站蓄電池內(nèi)阻、電壓、電流、溫度等參數(shù)；軟件采用基于B/S結(jié)構(gòu)的模式，利用SQL-SERVER數(shù)據(jù)庫(kù)，以圖形、表格、文字等形式提供蓄電池的各種數(shù)據(jù)，使維護(hù)管理人員隨時(shí)隨地掌握蓄電池的狀況。系統(tǒng)的投入使用，為供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了技術(shù)保障，極大地提高了供電系統(tǒng)的安全性和可靠性，產(chǎn)生巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

通過(guò)“蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)”在凌屋變電站的安裝和應(yīng)用，其意義體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

1. 為長(zhǎng)期困擾東莞局的蓄電池組現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)制度和方法提供了一種解決方案。
2. 通過(guò)“蓄電池組在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)”的安裝，為蓄電池維護(hù)人員提供了一個(gè)能夠隨時(shí)獲取蓄電池組的運(yùn)行狀態(tài)和信息的強(qiáng)大工具，研究、分析和試驗(yàn)的平臺(tái)。以往只能通過(guò)看、聽(tīng)、摸或萬(wàn)用表逐個(gè)測(cè)量電壓的手段，來(lái)對(duì)蓄電池狀況進(jìn)行感觀判斷，現(xiàn)在則可以隨時(shí)查閱電池的電壓、電流、內(nèi)阻、溫度等，有效地了解蓄電池運(yùn)行狀況。
3. 在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核對(duì)性容量試驗(yàn)，通過(guò)“蓄電池組在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)”，可直接記錄全過(guò)程的相關(guān)電池的電壓、電流、溫度、容量數(shù)據(jù)和曲線（含均充轉(zhuǎn)浮充），這就解決了三個(gè)問(wèn)題：

a、省略了以往核對(duì)性容量試驗(yàn)時(shí)繁瑣的接線工作量。

b、解決了以往核容試驗(yàn)后不能準(zhǔn)確知道均充電（即恒流、恒壓到轉(zhuǎn)浮充）全過(guò)程的參數(shù)和容量。

c、大大降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

12. 未來(lái)的展望

12．1 建立分析診斷數(shù)學(xué)模型

隨著數(shù)據(jù)的積累，結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究成果，逐步建立起數(shù)學(xué)模型，并對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上診斷分析軟件的精度也會(huì)不斷提高，對(duì)蓄電池狀態(tài)的診斷也會(huì)越來(lái)越準(zhǔn)確。模型建立的依據(jù)是：

1. 伴隨著電池性能的劣化，該電池相對(duì)于自身的內(nèi)阻值將很快變大的拐點(diǎn)；
2. 伴隨著電池性能的劣化，該電池的充放電曲線電流、電壓、容量等參數(shù)之差值將逐步變大；

3、變電站直流電源系統(tǒng)運(yùn)行中的異常情況如交流失電、過(guò)充、欠充、溫度等；采集上述數(shù)據(jù)后，通過(guò)一種非線性處理方式及特殊的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得出判斷結(jié)論。

12．2 建立全面的綜合的蓄電池管理平臺(tái)

蓄電池的管理是一個(gè)系統(tǒng)工程，涉及的人員、部門(mén)、環(huán)節(jié)很多。除了蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)以外，還可以將平時(shí)采集到的信息（單體電壓變化、內(nèi)阻變化、容量變化和運(yùn)行數(shù)據(jù)等）納入到蓄電池在線監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，利用這個(gè)系統(tǒng)，各個(gè)部門(mén)，各級(jí)相關(guān)人員可以得到自己希望的數(shù)據(jù)，為各自的工作提供服務(wù)。

12．3 蓄電池過(guò)程在線維護(hù)建

蓄電池在線監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的建立，使我們可實(shí)時(shí)掌握蓄電池、接頭及連接線、充電機(jī)等直流系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確狀態(tài)，出現(xiàn)安全隱患可以及時(shí)報(bào)警，使直流系統(tǒng)的安全性和可靠性得以提高。

問(wèn)題是，是否可以在直流系統(tǒng)現(xiàn)出異常或安全隱患時(shí)，可不可以做到自動(dòng)處理這此問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線維護(hù)呢？這就是本課題組下一步需要解決的問(wèn)題。這一問(wèn)題一旦得到解決，將產(chǎn)生革命性突破，直流系統(tǒng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的壽命、安全性、可靠性將得到極大地提高，也將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

12．3．1 電池的均衡

變電站蓄電池組是串聯(lián)工作的，充電時(shí)由充電機(jī)向蓄電池整組進(jìn)行充電，放電時(shí)蓄電池組整組放電向負(fù)荷放電。由于蓄電池本身在制造、使用過(guò)程中存在著差異，即使差異極其細(xì)微，隨著時(shí)間的積累，電池特性的差異將會(huì)越來(lái)越大，具體將表現(xiàn)在電池電壓、內(nèi)阻、容量上的不同，導(dǎo)致電池的不均衡。在電池組整組充放電的使用條件下，電池不均衡的存在，將導(dǎo)致電池由于過(guò)充而失水，由于欠充而硫酸鹽化，從而使整組電池迅速衰退，顯著減小電池使用壽命，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備增加均衡功能后，將實(shí)時(shí)檢測(cè)電池的電壓、內(nèi)阻、容量的差異，對(duì)過(guò)充的蓄電池以安全電流放電，對(duì)欠充的電池以安全電流充電，使出現(xiàn)不均衡的串聯(lián)蓄電池組逐漸達(dá)到均衡狀態(tài)，從而極大地提高蓄電池的使用壽命。

12．3．2 電池除硫

    鉛酸蓄電池在放電過(guò)程中產(chǎn)生硫酸鹽，充電結(jié)束時(shí)仍會(huì)有少量硫酸鹽保留下來(lái)，另外電池由內(nèi)部的雜質(zhì)等原因，也會(huì)產(chǎn)生硫酸鹽，并且硫酸鹽晶體硫酸溶液中有不斷長(zhǎng)大的趨勢(shì)。粗大的硫酸鹽晶粒在充電時(shí)難以溶解而失去活性。電池的硫酸鹽化將減少活性物質(zhì)的含量，阻塞微孔，使電池容量減小。

蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備增加除硫功能后，將實(shí)時(shí)檢測(cè)蓄電池的硫化狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)硫化的蓄電池，將通過(guò)高頻放電和高頻充電，使粗大的硫酸鹽晶粒溶解，增加電池活性物質(zhì)的含量，使阻塞的微孔暢通，從而增加電池的容量。

12．3．3 電池的在線活化

串聯(lián)的鉛酸蓄電池組在使用一段時(shí)間后，會(huì)出現(xiàn)部分落后的電池。很多落后的蓄電池可以通過(guò)活化而恢復(fù)其容量。如果落后的電池不進(jìn)行及時(shí)處理，會(huì)造成整組電池迅速失效。

傳統(tǒng)上人工活化電池的辦法由于變電站數(shù)量多、分布廣，使工作量非常大，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

蓄電池在線監(jiān)測(cè)設(shè)備增加在線活化功能后，將對(duì)蓄電池進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)落后的蓄電池后，將自動(dòng)對(duì)蓄電池進(jìn)行在線活化，使落后電池的容量得到恢復(fù)，從而提高整組蓄電池的容量，并顯著延長(zhǎng)電池組的使用壽命。