蓄电池的智能监控和保护
2020-02-17 21:38:12 点击：
根据日益增长的电池保护需求,简单阐释了蓄电池的智能监控和保护的完成方式。
人们通常将蓄电池比喻为UPS供电体系的心脏,而UPS毛病有多达50%是由蓄电池毛病引发的,蓄电池毛病是UPS事端发作率居高不下的一个重要原因。由此可见,提高蓄电池运转安全可靠的必要性和火急性。各职业用户应从确保运转质量、出产安全和财产安全的角度来重视蓄电池的保护作业,因而置办蓄电池保护外表不是消费性的开支,而是一种对安全的长期投资。现在UPS业界遍及运用的都是阀控式铅酸蓄电池,对蓄电池的监控和保护是本文讨论的中心。
1 铅酸蓄电池介绍
阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Battery(简称VRLA电池),其基本特点是运用期间不用加酸加水保护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾,电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀),阀的作用是当电池内部气体量超过必定值(通常用气压值表明),即当电池内部气压升高到必定值时,排气阀会主动翻开,排出
气体,然后主动关阀,避免空气进入电池内部。铅酸电池诞生于20世纪70年代,到1975年时,在一些发达国家已经形成了适当的出产规模,很快就形成了产业化并很多投放市场。由于其具有成本低,浮充性能好,免保护,易于收回等多种优点,而倍受用户欢迎。
2 UPS蓄电池的安全隐患
UPS如今使用职业和场景越来越复杂多样,实践使用场景没有一个统一的办理规范,大部分保护人员也没有形成科学的保护理念或者具有有效地保护设施和手法。致使常常UPS装置完后,蓄电池组就长期处于无人值守的状况,以致于这类UPS的蓄电池组都或许存在很大的安全隐患。在UPS的使用场景中,数据中心(中心机房)往往装备很多的蓄电池组,本文以这类UPS使用的典型代表为例,列举三点蓄电池组或许存在的安全隐患。
(1)导致网络中止事端
数据中心的供电保证体系是确保网络设备供电不中止的核心体系,后备蓄电池组是网络的应急供电能源之所在。蓄电池组能够在市电停电或沟通侧发作电气短路中止时,经过逆变给后端设备供给足够的后备电能,以便数据的保存和通讯的延展,不会直接导致通讯网络的供电中止。在UPS体系中,只需逆变器及后续电路正常作业,就能够给后端负载供电。在规划之初，UPS的后备时刻就在机房建设考虑中。然而，若蓄电池组不良，极有或许在后备供电过程中发作机器宕机，形成负载设备掉电，导致网络中止毛病，形成通讯毛病，带来直接巨大的经济损失。据不完全统计，金融职业的数据中心每宕机1min，即或许形成约150万美元的损失。
(2)短路危害大
一般情况下,发现电气短路起火时,首先要堵截电源。关于沟通电源而言,由于电能自上而下地来源于市电电网或柴油发电机组,当发作电气短路毛病时,总会有一级保护器材发作动作,及时堵截短路的电气电路。而当蓄电池组坐落电源供电体系的结尾,电能是自下而上供给的,只需越过了蓄电池组的保护断路器,则不会再有其它的保护。发作短路毛病时,往往无法有效地堵截短路的电气电路。加上直流电流不像沟通正弦波,它没有过零点时的瞬间电动势为零的过程,一旦发作电气短路不能快速切除电弧,极易形成毛病的蔓延,对负载和机房的其他设备,乃至值守人员带来危害。
(3)引发机房火灾
蓄电池充电过程中会有氢气的发作,氢气是易燃易爆的甲类物质,当室内氢气浓度到达爆炸极限(4%～75%)时,一遇火源就会发作气爆。别的电池由于材质、装置工艺、热失控等多种原因,发作蓄电池组电气短路后,若不能及时发现和堵截回路,则必然引起火灾。蓄电池组的电量越足,危害性也越大,且火灾中会发作很多烟,敏捷蔓延整个机房,即便机房配有独自的电池室,但因通道连通的联系,机房也有或许敏捷被烟掩盖。形成更大的人员财产损失。
3 电池监控体系的必要性
铅酸电池的运用寿数号称有5～8年,不过在实践使用过程中,往往3～5年就面对需求替换的地步,尽管电池寿数的减短跟实践运用的很多因素有关,但在铅酸电池技能未有重大突破的前,电池寿数的延长主要还是依靠电池的日常保护和保养,而UPS的蓄电池遍及缺乏正确的日常保护和科学的运维办理。部分客户通常是比及事端发作的时分,才知道电池呈现毛病了,不仅没法确保充足的后备时刻,或许形成负载掉电。而且电池毛病的解决方法只能经过换电池来处理。这不经济也不环保,无疑会降低数据中心的MTBF。而且最近还发作了几起机房电池火灾爆炸事端,譬如:北邮网络机房起火事端,导致了北京地区多所高校网络中止。所以,导入一款能够完成实时监控,均衡充电,提早报警的电池监控设备,然后到达延长蓄电池的运用寿数,提高UPS蓄电池的安全可靠性是现在困扰客户亟待解决的问题。
4 智能电池监控仪的整体结构
智能电池监控仪一般由一个主机模块和若干个检测及主动均衡模块构成,具有在线监测,反常告警,主动保护,长途操控4大功能。遍及都是用智能模块收集数据,当然各个厂商的数据丈量方法多样,收集完数据后都会传输给主机,主机内部有接纳数据的模块,经过处理和剖析,来判别电池的好坏,来决定是否进行反常报警,处理后的数据经过LCD显现,并在主机内数据模块存储,体系的整体结构框图如图1所示。
(1)在线监测
电池状况有几个参数能够作为重要参阅。以便我们对蓄电池好坏有一个比较精确的判别。所以智能监控仪收集的数据,其主要内容一般都要包括电压、内阻、温度。
①电池电压的监测及硬件思路
电压是蓄电池当时状况的最直接的表征,也是最简单检测到能反馈电池当时状况的参数,而且电池过充或者过放都会形成电池永久性损坏。确保充电电压在一个合理范围内,能延长蓄电池的运用寿数。为监测单个电池电压,电压的采样模块可选用分压电路+电压跟随器+A/D采样模块的硬件思路来完成(见图2)。
②温度的检测及硬件思路
电池充放电过程中一般都会发作热量,假如电池没有办法及时的导走,会在蓄电池内部堆积,皆或许导致蓄电池过热,然后引发电池热失控等后果,蓄电池的最佳使用环境温度在15～25℃。据试验测定,环境温度一旦超过25℃,每升高10℃,电池的寿数就要缩短一半,实践丈量时,由于电池内部温度无法丈量,丈量模块一般将电池箱体的周边温度作为温度收集的数据。现在市面上常用硬件规划思路都是选用美国DALLAS公司推出的单线数字化智能集成温度传感器DS18B20来构成温度采样电路，该元件具有体积小，硬件开支低，抗干扰能力强，精度高级优点。且能够直接跟CPU相连，三个引脚别离接地、作业电源和CPU即可完成温度侦测。且数据最高精度可到达±0.5℃(见图3)。
③德国阳光蓄电池内阻的检测及规划思路
内阻检测一般都是各厂商的核心技能,多数厂商也以内阻的丈量的结果来作为判别电池的重要手法之一,市面上现有两种电池常见的内阻检测方法是直流放电法和沟通注入法。沟通注入法是在电池端子两头施加一个低频沟通恒流信号,然后经过取样电路获取沟通信号的沟通电流值,计算公式为r=U/I(1)
而直流放电法则是经过对电池进行瞬间大电流放电,丈量电池上的瞬间电压降,然后经过欧姆定律来得到电池内阻值,即
(2)
在线式内阻监测选用沟通注入法会更方便,直流放电法会对电池形成必定的危害。
(2)主动保护
电池组的主动保护,是指在监测时能够使得电池组内的一切单体电池与相邻电池的电压趋近相等。使得整个电池组一切电池的电压附近或相等。尽或许的让每节电池都处于最佳活性状况,当相邻电池的电差大于操控电压差时,会发动均衡操控,操控充电过程中一切电池组中的一切电池一起到达充电限制电压。放电过程,一切电池一起到达放电截止电压,彻底解决落后电池的“木桶效应”。确保整组电池的电压一致性,提高电池组的归纳利用率,有效的保护电池,保证电池组的运转稳定性。
(3)反常报警
电池的相关数据经过收集后,传输到主机,主机内部会进行检测剖析,对蓄电池组的运转状况进行评估,假如确实有运转状况不良的蓄电池,会给予反常告警,以便及时处理反常电池。
(4)长途监控
长途操控,电池监控仪内置WEB服务器,经过匹配合适的IP地址,即可完成长途通讯。到达监测和操控的功能,通讯框图如图4所示。
5 结束语
在UPS职业,随着BMS的成熟,且电池使用数量的增长,关于蓄电池安全性,稳定性和可靠性的需求也会越来越火急。能够预见,蓄电池的智能监控和保护设备在UPS电池办理方面的使用会更普及,这是技能发展,社会进步的必然结果。
人们通常将蓄电池比喻为UPS供电体系的心脏,而UPS毛病有多达50%是由蓄电池毛病引发的,蓄电池毛病是UPS事端发作率居高不下的一个重要原因。由此可见,提高蓄电池运转安全可靠的必要性和火急性。各职业用户应从确保运转质量、出产安全和财产安全的角度来重视蓄电池的保护作业,因而置办蓄电池保护外表不是消费性的开支,而是一种对安全的长期投资。现在UPS业界遍及运用的都是阀控式铅酸蓄电池,对蓄电池的监控和保护是本文讨论的中心。
1 铅酸蓄电池介绍
阀控式铅酸蓄电池的英文名称为Valve Regulated Lead Battery(简称VRLA电池),其基本特点是运用期间不用加酸加水保护,电池为密封结构,不会漏酸,也不会排酸雾,电池盖子上设有单向排气阀(也叫安全阀),阀的作用是当电池内部气体量超过必定值(通常用气压值表明),即当电池内部气压升高到必定值时,排气阀会主动翻开,排出
气体,然后主动关阀,避免空气进入电池内部。铅酸电池诞生于20世纪70年代,到1975年时,在一些发达国家已经形成了适当的出产规模,很快就形成了产业化并很多投放市场。由于其具有成本低,浮充性能好,免保护,易于收回等多种优点,而倍受用户欢迎。
2 UPS蓄电池的安全隐患
UPS如今使用职业和场景越来越复杂多样,实践使用场景没有一个统一的办理规范,大部分保护人员也没有形成科学的保护理念或者具有有效地保护设施和手法。致使常常UPS装置完后,蓄电池组就长期处于无人值守的状况,以致于这类UPS的蓄电池组都或许存在很大的安全隐患。在UPS的使用场景中,数据中心(中心机房)往往装备很多的蓄电池组,本文以这类UPS使用的典型代表为例,列举三点蓄电池组或许存在的安全隐患。
(1)导致网络中止事端
数据中心的供电保证体系是确保网络设备供电不中止的核心体系,后备蓄电池组是网络的应急供电能源之所在。蓄电池组能够在市电停电或沟通侧发作电气短路中止时,经过逆变给后端设备供给足够的后备电能,以便数据的保存和通讯的延展,不会直接导致通讯网络的供电中止。在UPS体系中,只需逆变器及后续电路正常作业,就能够给后端负载供电。在规划之初，UPS的后备时刻就在机房建设考虑中。然而，若蓄电池组不良，极有或许在后备供电过程中发作机器宕机，形成负载设备掉电，导致网络中止毛病，形成通讯毛病，带来直接巨大的经济损失。据不完全统计，金融职业的数据中心每宕机1min，即或许形成约150万美元的损失。
(2)短路危害大
一般情况下,发现电气短路起火时,首先要堵截电源。关于沟通电源而言,由于电能自上而下地来源于市电电网或柴油发电机组,当发作电气短路毛病时,总会有一级保护器材发作动作,及时堵截短路的电气电路。而当蓄电池组坐落电源供电体系的结尾,电能是自下而上供给的,只需越过了蓄电池组的保护断路器,则不会再有其它的保护。发作短路毛病时,往往无法有效地堵截短路的电气电路。加上直流电流不像沟通正弦波,它没有过零点时的瞬间电动势为零的过程,一旦发作电气短路不能快速切除电弧,极易形成毛病的蔓延,对负载和机房的其他设备,乃至值守人员带来危害。
(3)引发机房火灾
蓄电池充电过程中会有氢气的发作,氢气是易燃易爆的甲类物质,当室内氢气浓度到达爆炸极限(4%～75%)时,一遇火源就会发作气爆。别的电池由于材质、装置工艺、热失控等多种原因,发作蓄电池组电气短路后,若不能及时发现和堵截回路,则必然引起火灾。蓄电池组的电量越足,危害性也越大,且火灾中会发作很多烟,敏捷蔓延整个机房,即便机房配有独自的电池室,但因通道连通的联系,机房也有或许敏捷被烟掩盖。形成更大的人员财产损失。
3 电池监控体系的必要性
铅酸电池的运用寿数号称有5～8年,不过在实践使用过程中,往往3～5年就面对需求替换的地步,尽管电池寿数的减短跟实践运用的很多因素有关,但在铅酸电池技能未有重大突破的前,电池寿数的延长主要还是依靠电池的日常保护和保养,而UPS的蓄电池遍及缺乏正确的日常保护和科学的运维办理。部分客户通常是比及事端发作的时分,才知道电池呈现毛病了,不仅没法确保充足的后备时刻,或许形成负载掉电。而且电池毛病的解决方法只能经过换电池来处理。这不经济也不环保,无疑会降低数据中心的MTBF。而且最近还发作了几起机房电池火灾爆炸事端,譬如:北邮网络机房起火事端,导致了北京地区多所高校网络中止。所以,导入一款能够完成实时监控,均衡充电,提早报警的电池监控设备,然后到达延长蓄电池的运用寿数,提高UPS蓄电池的安全可靠性是现在困扰客户亟待解决的问题。
4 智能电池监控仪的整体结构
智能电池监控仪一般由一个主机模块和若干个检测及主动均衡模块构成,具有在线监测,反常告警,主动保护,长途操控4大功能。遍及都是用智能模块收集数据,当然各个厂商的数据丈量方法多样,收集完数据后都会传输给主机,主机内部有接纳数据的模块,经过处理和剖析,来判别电池的好坏,来决定是否进行反常报警,处理后的数据经过LCD显现,并在主机内数据模块存储,体系的整体结构框图如图1所示。
(1)在线监测
电池状况有几个参数能够作为重要参阅。以便我们对蓄电池好坏有一个比较精确的判别。所以智能监控仪收集的数据,其主要内容一般都要包括电压、内阻、温度。
①电池电压的监测及硬件思路
电压是蓄电池当时状况的最直接的表征,也是最简单检测到能反馈电池当时状况的参数,而且电池过充或者过放都会形成电池永久性损坏。确保充电电压在一个合理范围内,能延长蓄电池的运用寿数。为监测单个电池电压,电压的采样模块可选用分压电路+电压跟随器+A/D采样模块的硬件思路来完成(见图2)。
②温度的检测及硬件思路
电池充放电过程中一般都会发作热量,假如电池没有办法及时的导走,会在蓄电池内部堆积,皆或许导致蓄电池过热,然后引发电池热失控等后果,蓄电池的最佳使用环境温度在15～25℃。据试验测定,环境温度一旦超过25℃,每升高10℃,电池的寿数就要缩短一半,实践丈量时,由于电池内部温度无法丈量,丈量模块一般将电池箱体的周边温度作为温度收集的数据。现在市面上常用硬件规划思路都是选用美国DALLAS公司推出的单线数字化智能集成温度传感器DS18B20来构成温度采样电路，该元件具有体积小，硬件开支低，抗干扰能力强，精度高级优点。且能够直接跟CPU相连，三个引脚别离接地、作业电源和CPU即可完成温度侦测。且数据最高精度可到达±0.5℃(见图3)。
③德国阳光蓄电池内阻的检测及规划思路
内阻检测一般都是各厂商的核心技能,多数厂商也以内阻的丈量的结果来作为判别电池的重要手法之一,市面上现有两种电池常见的内阻检测方法是直流放电法和沟通注入法。沟通注入法是在电池端子两头施加一个低频沟通恒流信号,然后经过取样电路获取沟通信号的沟通电流值,计算公式为r=U/I(1)
而直流放电法则是经过对电池进行瞬间大电流放电,丈量电池上的瞬间电压降,然后经过欧姆定律来得到电池内阻值,即
(2)
在线式内阻监测选用沟通注入法会更方便,直流放电法会对电池形成必定的危害。
(2)主动保护
电池组的主动保护,是指在监测时能够使得电池组内的一切单体电池与相邻电池的电压趋近相等。使得整个电池组一切电池的电压附近或相等。尽或许的让每节电池都处于最佳活性状况,当相邻电池的电差大于操控电压差时,会发动均衡操控,操控充电过程中一切电池组中的一切电池一起到达充电限制电压。放电过程,一切电池一起到达放电截止电压,彻底解决落后电池的“木桶效应”。确保整组电池的电压一致性,提高电池组的归纳利用率,有效的保护电池,保证电池组的运转稳定性。
(3)反常报警
电池的相关数据经过收集后,传输到主机,主机内部会进行检测剖析,对蓄电池组的运转状况进行评估,假如确实有运转状况不良的蓄电池,会给予反常告警,以便及时处理反常电池。
(4)长途监控
长途操控,电池监控仪内置WEB服务器,经过匹配合适的IP地址,即可完成长途通讯。到达监测和操控的功能,通讯框图如图4所示。
5 结束语
在UPS职业,随着BMS的成熟,且电池使用数量的增长,关于蓄电池安全性,稳定性和可靠性的需求也会越来越火急。能够预见,蓄电池的智能监控和保护设备在UPS电池办理方面的使用会更普及,这是技能发展,社会进步的必然结果。
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