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Batscan – 高级电池监控系统
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电池监测

电池组要正常工作必须保证每个电池单元都无故障。
监测电池组中每个电池单元的唯一方式就是使用电池监测系统,它可以不间断测量总电流量和每个单元的电压。 一旦电压值偏差大于一定值时,电池监测系统就会发出告警信号,因此故障单元可以在早期阶段得以识别并及时替换, 从而避免因故障而引发的损失。这种方法保证了电池使用寿命期间的正常运作。

A UPS电池通常有以下三种状态:
1. 浮动充电

 

这是电池最常见的状态。有些情形下,甚至可能是电池的唯一状态。电池以低电流充电时, 相当于增加一定富余量进行自放电。

2. 放电

 

当电池因功率消耗而支持一个负荷时,会在短时间内以较高电流放电, 十分钟内电流可能达到-(4x C10)安培。

3. 再充电

电池在放电一段时间后再次充电时,多数情况下会在某一段时间内,如24小时内, 充入增值电压, 而电流则限制在+(0.2 × C10) 安培。

C10指当电池在10小时内放电至每单元终止电压为1.8V时以安培为单位的标称容量。

 

 


串联电池放电

为保证UPS等设备的正常运行,放电电池必须持续产生一定量的电流和电压。 电池的终止电压等于电池单元的无负载电压与电动势之和减去内部及连接线路电阻与电流之积, 即终止电压=(无负载电压+电动势)– 内部及连接线路电阻x电流。因此,终止电压随着电流的增加而减少。 有缺陷的电池单元通常内部电阻较高,因而终止电压明显低于其它电池单元。

在高负荷电流条件下,通过测量每一个电池单元或电池块的电压,很容易检测到有缺陷的电池单元, 但条件是要同时测量所有电池单元。通过电池监控系统存储测量值并将最新测量值与历史数据相对比, 从而使电池单元内部电阻的微小变化在电池毁坏前也很容易被识别。



串联电池充电

多个电池单元串联而成的电池组以厂家推荐电压乘以所连接电池数再次充电。

图1显示的是4单元电池组,以每单元2.25V计算,共9V。总电压和每单元电压都由充电器产生,但都不是厂家推荐的2.25V再充电压。因此, 厂家会声明电池单元的最大电压与平均电压相比允许有一定偏差。这个电压值通常在±0.10V之间,也就是说每个单元的电压必须在2.15V 至 2.35V之间。


healthy 4-cell battery

图1. 有正常单元电压的电池

图2显示的是同一组电池,其中3号单元的故障导致内部电阻增大,进而单元电压升高,这里为0.3V, 说明其它单元电压都分别降低了0.1V。3号单元中的水转化成易爆氢气。如果类似问题没有被发现, 1号单元和4号单元也会因充电电压低而出现故障,而且,低充电电压会在电池单元的金属板上形成难溶解的铅酸盐。 而直到3号单元内的水耗尽,单元电压没发生变化的2号单元则不会受到影响。

4-cell battery with one faulty cell

图2.某个电池单元电压升高导致其它单元电压降低

在这个特殊情形下,一旦3号单元电压超过2.35V,电池监测系统就会产生告警。

维护充电阶段,从每路线两个或两个以上的电池单元读取数据时,取得的是平均电压, 所以很难发现单个故障单元。例如图2中的电池单元成对分组,则第1组(1号和2号电池单元)的平均电压是2.15V, 而第2组(3号和4号电池单元)的电压是2.35V,两组数值就都在限度范围内。

结论:

  • 测量一个电池的总电压并不能得出任何有关单个电池单元正常状态的信息。
  • 测量一组电池单元电压只能得出这组电池的平均电压。
  • 测量单个电池单元才是保证每单元获得准确电压的唯一途径。