贝朗斯蓄电池6-FM-150具体型号参数
型号6-FM-150
额定电压12V
额定容量150AH
外形尺寸（mm）
485（长）172（宽）240（高）
目前，蓄电池监测模块大多都是电压巡检仪，在线监测电池的浮充电压，在超出设定值时给出报警。相对以前的整组电压监测方式来说，单体电压监测是前进了一大步，但对于电池的*运行过程中的容量衰减以至失效的监测，电压能反映的问题非常有限：100Ah的电池和衰减至10Ah的电池在浮充电压上的差异很难区别开来。需要从蓄电池的失效模式进行探讨，从而解决蓄电池的监测问题。
二、阀控铅酸蓄电池的失效模式
对于阀控式铅酸电池，通常的性能变坏机制有以下几种情况：
1、热量的积累
开口式铅酸电池在充电时，除了活性物质再生外，还有硫酸电解质中的水逐步电解生成氢气和氧气。当气体从电池盖出气孔通向大气时，每18克水分解产生11.7千卡的热。
而对于阀控式铅酸电池来说，充电时内部产生的氧气流向负极，氧气在负极板处使活性物质海绵状铅氧化，并有效低补充了电解而失去的水。由于氧循环抑制了氢气的析出，氧气参与反应又生成水。这样消除了爆炸性的气体混合物的排出问题，这种密封式使热扩散减少了一种重要途径，而只能通过电池壳壁的热传导作为放热的.途径。阀控铅酸电池的热失控问题成为一个经常遇到的问题。
阀控铅酸电池依赖于电壳壁的热传导来散热，电池安装时良好的通风和较低的室温是很重要的条件。为了降低热失控的危险性，浮充电压通常具体视不同的生产者和不同室温而定。厂家一般都给出电池的浮充电压和温度补偿系数。
2、硫酸化
阀控式比开口式电池更易产生的问题是负极板的硫酸化。这是由于：
1）氧的循环引起的负极板较低的电位；
2）在强酸电解质汇集的电池底部形成的酸的分层，在这种不流动，非循环的电解质系统中是很难避免的。
这两个都可能在浮充条件下产生一定数量的残留硫酸盐，转变成.性的硫酸盐形式。当极板加速去活化时，可用的放电安时容量就会减小。随着负极板温度的升高，这种状况会更加恶化。由于氧循环反应的发生，负极板表面被氧化，相当数量的热释放出来。
3、正极板群的腐蚀和脱落
阀控式铅酸电池中，这种形式的性能变坏本来就更加严重。由于氧循环反应，负极活性物质被持续氧化生成硫酸铅，有效地维持了放电状态，降低了负极板的电位。而对于给定的浮充电压正极板群的电位则相应较高。氧化气氛加剧了，引起了更多的氧气的析出，使活性物质的腐蚀与脱落加剧。
4、电池的干涸
在使用期间气体再复合机制的有效率不是*，水被电解生成氢气和氧气的速度低于相同大小的富液式电池的电解速率的2%，但水还是会逐渐失去。
当失水是主要的失效原因时，电解质的比重将会增加，当比重由较初的1.30增至1.36时，表示失水度约达到25%。在失水度达到25%时，酸的高浓度加速了硫酸化，电解质比重又开始下降。电池电压直接正比于电解质比重，电池电压并不是电池健康状况的可靠显示。
5、负极上部铅的腐蚀
正极板栅和极群的腐蚀性在铅酸电池的各个设计中都是本来就有的。与之形成明显对比的是负极板位于高度还原气氛，在开口式电池中位于极群汇流排通常浸在电解液液面以下，这样就避免了由于正极板群上冒出的氧气而产生的侵蚀。阀控电池的许多设计没有保护极板板耳、极群和汇流排，特别是两者之间的焊接接头。它们暴露在从氧循环中逃溢出来、在电池板群上部的连续的氧气气流中。依赖于板栅（板耳）和极群所选铅合金的一致性和生产质量（需要板栅部分完全溶化焊接和汇流排的低孔隙率），迅速氧化可能就会发生。
三、蓄电池监测系统的研制
为了给蓄电池提供良好的运行环境，在线监测电池的工作状况，电池管理系统（BMS-BatteryManagementSystem）应运而生，成为高可靠电源系统的关键一部分。
1、电池单体的内阻测量
内阻R反比于传输电流的横截面积A。活性物质的脱落、极板板栅和汇流排的硫酸化和腐蚀、干涸都可降低有效的横截面积A，可通过测量内阻来检测电池的失效。
内阻和电池状态的相关程度可变性很大。从报导的相关性来看，变化范围从0%到*。英国电子协会（ERA）对用阻抗监测的实验室设计和商用设计两种产品进行了大量的电池调查，发现二者的准确性在50%以上。一个基本的困难是测量小变化数值的精度问题。正常的300安时备用电流的电阻仅在0.25×10-3欧姆的数量级。很小有意义的电阻变化可能观察不到。在下面的操作环境下，问题更加严重。
1）在线测量期间存在的变压器的“噪音”和浮充电压波动引起的*。
2）腐蚀裂纹对内阻的影响是有高度方向性的，内阻数值对平行于电流方向的裂隙是相对不敏感的。
3）电解质浓度的变化，继而电池的变化使得结果很难解释。
内阻测量法很难准确测量电池的容量，内阻/容量的对应关系很难复现，但对于BMS来说，内阻测试只是用于电池单体之间的比较，计算机可以对内阻的变化进行记录和数据处理来预告电池容量衰减和失效，内阻测试对于BMS而言是关键技术之一。
对于离线或电池开路情况下测量内阻而言，测量时可方便地将激励电流回路与电压测量回路以4端子方式与电池组中的单体相连接，但对于在线测量，很难解决激励和测量的问题。
目前大多采用在电池组两端并联放电器，因为有充电器和电池组并联，需要将充电器停止工作，要实时同步测量电池的电流变化和电压变化，很难处理采样*。
采用中点抽头的激励装置，与目前采用的在电池组正负极两端施加激励的内阻测试装置相比，由于连接了中点抽头，激励装置的电流通过中点抽头后经上部电池组和下部电池组到达电池组的正极和负极，消除了电池组外部充电器和用电负载的并联影响，在电池上产生了稳定的电流激励，能够准确测试电池的内阻。
2、系统结构
一般系统中阀控铅酸蓄电池（VRLAB）的配置一般是：
500kV变电直流系统：2组全容量电池，3台充电机。
220kV变电直流系统：1组全容量电池，2台充电机。
110kV变电直流系统：1组全容量电池，2台充电机。
以108只2V、18或19只12V电池为主。电池的安装摆放形式也差别很大，电池与操作间的距离不确定。
BMS由控制单元、测量模块、相关软件和辅助部件构成，一个控制单元可接入多个测量模块，完成对不同只数和不同电压的多组蓄电池的监测管理。控制单元用于数据传输、数据处理及人机界面控制，具有RS-232连机接口和RS-485远程（集中）管理接口、测量模块控制接口、操作键盘、显示面板、声光报警及报警输出控制接点。控制单元实时显示电池数据，智能分析数据，对异常的电池运行情况进行及时报警。
测量模块用于蓄电池数据的巡检，内置CPU独立高速工作，除进行常规电压、电流、温度等测量外，与内阻测试模块连接后可准确在线测试电池内阻。测量模块安装在电池附近，与控制模块之间通讯连接，方便现场接线安装。
3、系统的参数设置
BMS系统作为一个完整的监测系统，应该通用于直流220V系统、直流110V系统、直流48V系统,以及直流24V系统，设计时便考虑了其通用性，主监控模块和内阻检测模块是通用的，对于不同的系统，只需要增添数量不同的采集模块，设定每一个采集模块的电池采样数量。系统需要设定如下系统参数和报警参数：
1）采集模块数量
2）采集电池数量较少的采集模块的电池采集个数
3）后台通讯地址设置
4）后台通讯波特率设置
5）电池组浮充电压上下限
6）单电池浮充电压上下限
7）内阻阈值
8）容量报警
9）过流报警
10）温度异常
其中前四项为系统设定，后六项为报警设定。
4、电压、电流巡检与数据分析
较初的电池监测装置只是检测电池组的端电压、电流和温度，并将检测数据与设定的上下限比较，给出报警提示。电池巡检仪可以对每一个电池单体进行电压测量，并对浮充电压超限报警。
大多数电池厂家的技术人员将电压测量放在*，对于处在浮充状态的电池，其浮充电压的细微差别可体现电池的荷电状态，能判断电池的严重失效，因浮充电流很小，电池之间的性能差异（以容量差异为主）很难表现出来。BMS对电池的完整工作过程进行监测，实时测量在充电、浮充、放电的不同状态下的电压、电流，并采用不同的数据处理方法，以提高数据分析的准确性。
浮充电压与温度的关系可按生产厂家提供的斜率进行补偿。
VF=V0+k(T-T0)
一般情况下k=3~5mV。
5、剩余容量计算
试图通过某种方法在线测得电池的实际保有容量一直是电池用户较迫切的希望，但到目前为止，还没有这样的方法或算法。有些介绍用电池内阻来计算保有容量的资料或产品广告，但实际使用起来数据的对应关系并不严格，内阻只能用于区别电池容量的大幅度变化。尤其是利用电池内阻的相对变化可以准确预报电池落后。
当电池处于放电工作时，对于很多场合都需要知道电池的剩余容量及供电时间，根据电池的额定容量和放电电流的监测，不难实时计算出剩余容量，假定负载相对稳定，则换算出供电时间。一般情况下，电池制造厂都给出在不同放电信倍率下的电池容量。
用较小二乘法根据电池厂家提供的在不同倍率下的放电容量，可以简化地用二次曲线来表示电流和容量之间的关系，分别求得a、b、c：
6、电池运行事件记录
BMS的另一方面重要作用记录运行数据，以便在电池出现故障时进行追踪，确定是由于电池质量的原因还是不正常的使用所造成的。对于长时间的连续运行，要记录所有的数据不仅对硬件要求高，也没有实际意义。BMS设计有事件产生器，依据事件产生规则将电池正常运行情况以事件形式存储，大幅减小数据量，方便查询管理。主要包括：
1）浮充电压过高、过低
2）充电电流过大
3）放电电流过大
4）工作温度过高、过低
5）内阻变化
6）深度放电
事件记录当时的数据和持续时间。对于电力系统的电池运行特点，要求事件产生规则有较强的鲁棒性，可以屏蔽合闸冲击和测量*。
如果电池组中存在个别落后电池，则放电容量由较差的电池决定。
7、远程管理
随着无人值守变电站的推广，电池的在线监测更加必要。电池监测设备可以和集中监控系统联机，通过远程管理软件可以查看电池的当前运行状况和所记录的历史运行事件，及时得知监测过程发出的报警信息，决定是否派人维护，也可以通过远程遥控进行更深一步的测试。
8、实测数据分析
通过对六只不同容量不同电压等级的电池进行测试比较，其中标准内阻采用日本进口单电池内阻测试仪，标准电压采用0.1级标准数字万用表测试。在线测量由BMS电池巡检仪测的，具体数据如下（内阻单位为毫欧，电压单位为伏）：
通过测试分析，BMS电池巡检仪测试准确，精度高，完*胜任蓄电池系统的在线监测。
四、小结
蓄电池是电源系统的核心部分，增加相应的有效监测设备，一方面能保证电池工作在合理的条件下，延长电池的浮充使用寿命；更重要的是在电池完全失效前能够采取措施，避免在停电后才发现电池问题。
随着我国通讯、电力、UPS等行业的迅猛发展，免维护蓄电池的用量也在快速增加，其性能状况的优劣对于保证后备直流电源的正常运行尤为重要，但各种问题也逐渐显现：
•使用寿命比预计的要短；
•个别电池失效导致整组电池失效；
•突发性的电池故障很难保证及时发现；
•电池放电测试的风险很高；
•由于现场条件限制，很难进行手工检测，测试数据分析需要运维人员具有很高的水准；
•无人职守站（所）的日常检查费用很高；
•缺乏科学、有效的监测管理手段，对蓄电池的合理使用不能及时作出准确的判断；
•具有“电池管理功能”的电源设备，没有真正起到电池管理者的作用。
有关资料表明，蓄电池使用3--4年后，大部分很难通过容量检测，只有少数能超过6年。而实际使用中，只有很少用户定期检查蓄电池并对蓄电池作定期容量测试，很多情况是在停电后才发现蓄电池放电容量达不到设计要求，甚至有的电池组的容量达不到额定容量的50%还在继续“工作”。
这就说明，蓄电池用户迫切需要能够实时在线监测蓄电池性能状况，蓄电池在线监测设备对蓄电池的管理有重要的意义。
一、影响蓄电池性能的因素
1.影响蓄电池质量的技术问题
1）电池构成
VRLA电池由正极板、负极板、AGM隔膜、正负汇流条、电解液、安全阀、盖和壳组成。其中正极板栅厚度、合金成份、AGM隔膜厚度均匀性、汇流条合金、电解液量、安全阀开闭压力、壳盖材料、电池生产工艺等对电池寿命和容量均匀性具有重要影响。
2）板栅合金
VRLA电池负板栅合金一般为Pb-Ca系列合金，正板栅合金有Pb－Ca系列、Pb-Sb（低）系列和纯Pb等，其中Pb-Ca、Pb-Sb（低）合金正板栅电池浮充寿命相近，但循环寿命相差较大，对于经常停电地区选用低锑合金电池可靠性好。
3）板栅厚度
极板的正板栅厚度决定电池的设计寿命。
4）安全阀
安全阀是电池的一个关键部件，具有滤酸、防爆和单向开放功能，YD／T7991
996规定安全开闭压力范围为1－49kPa，对于长寿命电池，必须考虑单向密封，防止空气进人电池内部，防止内部水蒸气在较高温度下跑掉。
5）AGM隔膜
隔膜孔隙率和厚度均匀性，直接影响隔膜吸酸饱和度和装配压缩比，从而影响电池寿命和容量均匀性。
6）壳盖材料
VRLA电池壳盖材料有PP、ABS和PVC，PP材料相对较好。
7）酸量和化成工艺
分为电池化成和槽化成两种，电池化成可以定量注酸并记录每个电池单体化成全过程数据，能准确判断每个出厂电池综合生产质量状况，但化成时间较长。槽化成是对极板化成，化成时间短，极板化成较充分，但对电池组装质量不能通过化成过程数据记录判断。
8）涂板工艺
涂板工艺要保证极板厚度和每片极板活性物质的均匀性。
9）密封技术
VRLA电池密封技术包括极柱密封、壳盖材料透水性、壳盖密封和安全阀密封。
10）氧复合效率
AGM电池具有良好的氧复合效率，贫液状态下按有关标准测试氧复合效率一般大于98％，具有良好的免维护性能。
2．影响蓄电池寿命的环境因素
1）环境温度
蓄电池正常运行的温度是20～40℃，较佳运行温度是25℃。当温度每升高5℃，蓄电池的使用寿命降低10%，且容易发生热失控。
2）环境湿度
蓄电池的运行湿度应该在5～95%（不结露）之间，环境湿度过高，会在蓄电池表面结露，容易出现短路；环境湿度过低，容易产生静电。
3）灰尘
灰尘过多，容易使蓄电池短路，安全阀堵塞失效。
3．蓄电池失效模式
1）电池失水
阀控式铅酸蓄电池不逸出气体是有条件的，即：电池在存放期间内应无气体逸出；充电电压在2.35V／单体（25℃）以下应无气体逸出；放电期间内应无气体逸出。但当充电电压超过2.35V／单体时就有可能使气体逸出,此时电池体内短时间产生了大量气体来不及被负极吸收，压力超过某个值时，便开始通过单向排气阀排气，排出的气体经过滤酸垫滤掉了酸雾，但毕竟使电池损失了气体（也就是失水），阀控式密封铅酸蓄电池充电不能过充电。
2）负极板硫酸化
当阀控式密封铅酸蓄电池的荷电不足时，在电池的正负极栅板上就有PbSO4这一现象称为活性物质的硫酸化，硫酸化使电池的活性物质减少，降低电池的有效容量，也影响电池的气体吸收能力，久之就会使电池失效。
3）正极板腐蚀
由于电池失水，造成电解液比重增高，过强的电解液酸性加剧正极板腐蚀。
4）热失控
热失控是指蓄电池在恒压充电时，充电电流和电池温度发生一种累积性的增强作用，并逐步损坏蓄电池。从目前蓄电池使用的状况调查来看，热失控是蓄电池失效的主要原因之一。热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气，电池容量下降，严重的还会引起极板形变，较后失效。浮充电压是蓄电池*使用的充电电压，是影响电池寿命至关重要的因素。一般情况下，浮充电压定为2.23
~2.25V/单体（25℃）比较合适。
4.蓄电池在后备电源运行中存在问题
1）蓄电池寿命无法达到设计要求
在实际中，蓄电池在三年时就会出现严重劣化，使用超过5年的蓄电池很少。原因是在使用中对蓄电池没有有效、合理地进行管理以及维护，造成蓄电池在早期出现劣化，并且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）对蓄电池的运行情况、性能状况不明
蓄电池组中如果有落后的蓄电池，可以通过一定深度的放电、充电循环，在一定程度上减少落后的差别。但由于没有良好的管理手段，对于蓄电池内部性能参数，如蓄电池的内阻、当前的剩余容量，无法十分清楚地了解，相应的措施就无法实施。
3）对于单体电池而言，充电机制可靠性需要完善
由于目前国内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，蓄电池*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，*的过充或欠充对于蓄电池的性能影响非常大。
4）单体电池之间不均衡
目前蓄电池组由数量很多的单体电池组成，实际运行中存在单体电池之间充电电压、内阻等差异较大的情况，特别是在浮充下，这种不均衡现象显得非常严重。个别落后电池充电不完全，如果没有及时发现并处理，这种落后就会加剧。如此反复，这种不均衡就加重，致使落后电池失效，从而引起整组蓄电池的容量过早丧失。
5）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，不能清楚的了解。大量的维护与管理工作由人工进行，数据的整理与分析需要维护人员有较强的知识。
6）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。但目前对于蓄电池寿命的终止，没有一个可靠的手段，仅仅根据多年的经验来进行。在实际中，往往是蓄电池放电的容量低于较低要求后，才在放电中发现蓄电池的寿命终止。
二、蓄电池人工检测与在线监测的技术比较
1．人工检测
目前大部分都采用人工检查的方法，来实现蓄电池的维护。该方法除了放电测试外，人工测量主要是测量电池组电压、单电池电压、温度和单电池内阻。
电池组电压测量可以发现充电机的参数设置是否正确。由于蓄电池是串联运行，整组电池的电压由充电机的输出来决定。
单电池电压监测可以发现单电池浮充电压不正确，单电池是否被过充电、过放电等情况。
