普天蓄电池智能在线养护系统技术白皮书

铅酸蓄电池智能在线养护系统

技术白皮书

普天信息技术有限公司

2015年4月

目录

1背景...................................................................................................................................... - 1 -2蓄电池维护管理现状分析.................................................................................................. - 3 -

2.1当前蓄电池的应用现状...................................................................................... - 3 -

2.2蓄电池管理的主要工作形式与弊端.................................................................. - 6 -

2.3蓄电池/组的隐患问题的成因............................................................................. - 7 -

2.4解决之道.............................................................................................................. - 7 -3解决方案.............................................................................................................................. - 8 -

3.1实现的目标.......................................................................................................... - 8 -

3.2解决方案的价值................................................................................................ - 10 -

3.3设计思想............................................................................................................ - 13 -

3.4管理架构............................................................................................................ - 13 -

3.5技术特点............................................................................................................ - 14 -

3.5.1系统功能特点：........................................................................................ - 14 -

3.5.2精确的动态测量技术................................................................................ - 14 -

3.5.3智能化的性能诊断技术............................................................................ - 15 -

3.5.4动态均衡技术............................................................................................ - 15 -

3.5.5脉冲谐振充电除硫技术............................................................................ - 16 -

3.5.6远程放电测试............................................................................................ - 16 -

3.6系统部署............................................................................................................ - 17 -

3.7前端设备—蓄电池在线养护仪........................................................................ - 18 -

3.7.1BOCM@2V-24-2U / BOCM@2V-48-2U（2V*24节、2V*48节） ...... - 18 -

3.7.2BOCM@12V-24-2U / BOCM@12V-48-2U（12V*24节、12V*48节）- 19

-3.7.3BOMS@DL-12-6（12V*6节）............................................................... - 20 -

3.8后台管理—蓄电池在线综合养护系统管理端................................................ - 21 -

3.8.1系统架构.................................................................................................... - 21 -

3.8.2系统功能.................................................................................................... - 21 -

3.8.3系统特点.................................................................................................... - 24 -

3.8.4系统可集成度............................................................................................ - 25 -

3.9与传统维护产品的技术性能对比.................................................................... - 25 -4效益分析............................................................................................................................ - 26 -

4.1安全效益............................................................................................................ - 27 -

4.2管理效益............................................................................................................ - 27 -

4.3经济效益............................................................................................................ - 27 -

4.4环境效益............................................................................................................ - 28 -5案例介绍............................................................................................................................ - 29 -

5.1部分案例安装实例............................................................................................ - 29 -

5.2实测效果-山东电信 .......................................................................................... - 30 -

5.3实测效果-空军某部 .......................................................................................... - 31 -

1背景

蓄电池作为后备电源的重要组成广泛应用于各行业，是各类关键设施的重要保障，是最后一道防线！但长期以来无论是传统铅酸蓄电池还是免维护蓄电池，都是管理管理难点与隐患高发点。供电部分引发的故障中，因蓄电池引起的站到70%。

蓄电池是直流系统中不可缺少的设备，这种电源广泛应用于各关键设施中。正常时直流系统中的蓄电池组处于浮充电备用状态，当交流电失电时，蓄电池迅速向事故性负荷提供能量。如各类直流泵、事故照明、交流不停电电源、事故停电、断路器跳合闸等，同时也必须为事故停电时的控制、信号、自动装置、保护装置及通信等负荷提供电力。显然在交流失电的事故状态下，蓄电池应作为备用能源。蓄电池由于自身性能差异、维护不力、自然老化、环境变化等诸多因素造成性能下降、寿命缩短，变得不可靠。

化学蓄电池存在着诸如占地面积大、故障率高、维护周期密集等等的问题，它已经成为传统化学蓄电池式UPS设备供电系统中最不可

靠的3个部分之一。不管您是配置的国外进口电池、还是国产高质量电池最终还是出现在电池身上的比例不变，所以说UPS不间断电源配置的电池占事故率三分之一。

而目前蓄电池作为成本可接收的后备电源，在市场中占据95%以上的份额，其重要性无可替代。无法准确掌握在网蓄电池性能，使得蓄电池成为管理死角。如何精确掌握在网蓄电池的性能？如何准确甄别劣化单体？如何在线养护恢复单体性能？如何确保电池组的均衡性与整体性能？

2蓄电池维护管理现状分析

2.1当前蓄电池的应用现状

电力行业是蓄电池的应用大户，蓄电池在调度、输电、变电、配电、通讯等各领域广泛应用，具有应用模式多、配置类型多、站点数量巨大且分布地域广的特点。而电力行业蓄电池维护管理工作根据传统电源维护规程要求进行，主要依赖于人工的粗放式管理模式，部分采用传统设备与动环系统监测。这种管理模式越来越跟不上现代网络化的精细管理要求，特别是对运捡工作的压力更大。

（一）蓄电池性能一直在下降，性能保持和回复缺少有效手段蓄电池自生产出来历经仓储、运输、上线服务直至被更新报废，性能一直呈下降趋势。这是导致运行安全隐患、保障质量下降、服役实际寿命远小于设计寿命的主要原因。而传统维护手段、检测手段、监测系统等均无法解决这一核心问题，部分手段或产品（如：充放电、电池活化仪、电池均衡仪等）也只能解决蓄电池性能下降原因中一类问题，没有综合解决方案。

注：绿色为理想性能曲线；红色为实际性能曲线；蓝色为目标性能曲线

针对此问题需要在线监测、综合养护、在线测试的综合解决方案。

（二）现有应用规模下，维护规程无法真正执行到位

现有的电源维护规程是上个世纪的产物，已多年没有大的突破。主要内容包括两点：（1）对电池每年要进行核对性放电试验，（2）电池容量低于标称容量的80%就判为不合格。在电池数量少时，有经验的维护人员有时间精力执行电源维护规程。近年电力行业自动化建设高速发展，电池组配套更是数量庞大，这使得管理已发生由量变到质变的飞跃。要严格执行电源维护规程面临以下困难：

1）有经验的电源维护人员非常有限，无论是自有力量还是外聘代维，运维费用投资大先不说，实际的人力、财力、时间都不足，面对庞大的电池群，电源维护规程形同虚设，上级有考核要求，下级无法完成，心有志而力不足。

2）即是依照规程做了放电测试，两次测试之间的性能还是不能掌握。

3）电池容量低于标程容量的80%就判为不合格，是因为电池性

能一旦低于80%性能衰减会很快，在网运行的电池绝大多数容量低于80%，要严格执行电源维护规程的话，绝大多数电池都需要更换。

所以说要严格执行传统的延用多年的电源维护规程就需要一种全新的理念和实现手段，必须要上设备手段。

（三）动环系统的粗放式管理已不能满足管理需求

动力环境监控确实起到了一定的作用，避免了人少基站多、维护跟不上的矛盾。但是现有的动力环境监控系统，大多对电池的监控是粗放式的管理，只关注电池组总电压，放电到某一阀值（如46V）时告警，这时电池组中可能某一节已经过放甚至反极（低于1.8V或出现负值）这会对电池造成不可恢复的硬伤，这样的过放可能导致电池直接报废或直接产生事故。而国产电池因制造工艺的原因，各单体电池差异大是一个实际问题，这也是国产电池使用寿命短的根本原因。

（四）电池维护、测试、更换、发电抢修占用大笔运维费用

外聘代维、外聘测试公司均需花费大量资金；不合格电池大量更换占用大量资金与管理精力；不掌握电池组性能，交流失电时发电抢修调度，花费多、压力大、浪费大、工作被动。在当前人力成本快速上涨的情况下，要工作到位必须付出很大的代价，但这与压缩运维费用，向管理要效益的大背景不合。

以上问题归结起来：蓄电池大规模应用与现有维护力量不足的矛盾尤为突出！缺少在线管理与在线养护手段！

解决方法：只有通过自动化设备来达成管理目标。

2.2蓄电池管理的主要工作形式与弊端

当前蓄电池维护的主要工作形式：

蓄电池的维护工作手段主要有主动维护手段、被动维护手段和日常在线维护手段，主要问题是日常在线维护手段的缺失！

注：据统计，阀控式铅酸蓄电池的故障，有50%以上是因VRLA 蓄电池组故障，或因VRLA蓄电池维护不当造成的。免维护只是与普通蓄电池相比，运行中免去了添加纯水或蒸馏水，调整电解液液面的项目，并非免去一切维护工作。

2.3蓄电池/组的隐患问题的成因

生产阶段：蓄电池生产原料、生产过程、生产工艺、质量管控等多宗因素造成蓄电池生产出来就有性能差异，如内阻不同，即使同批、同型。

储运阶段：蓄电池自生产出来后存储、运输到安装启用经较长时间，在此过程中蓄电池的自放电产生硫化结晶，一旦形成白色硫酸铅化，则即使再充电，也无法恢复其容量。

工作阶段:成组串联环境下充电过程一般分恒流充电、恒压限流充电、浮充电、均衡充电，蓄电池在寿命期的绝大部分时间是处于浮充状态，进一步造成单体性能差异化扩大。越长的电池串劣化速度越快。

工作环境: 其它因素影响性能，环境温度、过度充电、过度放电或小电流放电、频繁停电、电池组连接不规范或错误、电池参数设置不正确或与实际不符，这些都会造成寿命缩短、容量下降。

以上原因使得蓄电池性能下降、差异扩大，并成为事故潜在高危隐患点。其中部分原因是不可逆的物理原因，另一部分市可以修复、可改善的。

2.4解决之道

根据以上问题分析，必须建立一套行之有效的蓄电池在线监测及养护系统。在线监测可获取蓄电池的实时状态、并动态分析掌握蓄电池的量化指标和性能发展趋势。在线养护手段根据网蓄电池中单体电

池差异进行差异化修复，均衡并保持电池的状态，保持最佳工作状态。在线测试代替传统的离线放电测试，在安全可控条件下自动完成测试工作，提升测试效率，远程网络化操控可以方便的对电池进行测试，不需要再去基站。

3解决方案

中国普天基于多年对蓄电池监测与养护技术的关注与研究，首创蓄电池在线综合养护系统（BOCMS），系统集在线监测、在线养护与在线测试于一身，为网蓄电池的管理养护提供了有效的、可靠的解决方案。网蓄电池的管理不再“雾里看花”，可清晰的通过系统实时掌握网蓄电池的量化指标和性能发展趋势，根据网蓄电池中单体电池差异进行差异化修复，均衡并保持电池的状态，使之整组电池性能均衡，保持最佳工作状态。使网蓄电池这一避免事故的最后防线坚固、可靠。

3.1实现的目标

蓄电池智能在线养护系统是对动力环境监控的补充，是实现电源维护规程要求，提供蓄电池高效维护的全面解决方案：

（一）安全有保障：

?新购电池评估有手段，不留隐患、权益有保障；

?在线甄别落后电池所有隐患都是看得见的，退服率自然降低；

?在线均衡与养护有效提升电池组的供电能力，强化支撑作用，安全生产更安心。

（二）管理直观、有依据：

掌握在网运行电池性能，为科学管理提供直观意见与数据，消除死角，用户体验好。

?电池组自动分为：可正常使用、更替个别落后电池、整组报废、降级使用等几大类，为科学管控、主动维护提供依据。

?电池淘汰更换不再依赖使用年限作为唯一的评判依据。为运维部门提供准确的需更换电池的数量，一改传统的计划部门拨

款，以资金额度决定更换电池组数的模式。

?掌握电池组性能及可供电时长，为油机发电调度提供依据，节省有限的维护资源与经费。

（三）均衡、养护在线化：

提供在线均衡与活化养护功能，即可发现问题有可解决问题，补足短板、效果强。

?在线养护消除电池长期浮充形成的硫化，有效回复电池性能，延长电池使用寿命。

?在线均衡可有效提高电池的一致性，可有效节制电池劣化速度，提升整组的供电能力。

（四）测试网络化

高效便捷的满足传统电源维护规程目标任务。测试电池远程操控，不需到现场，在线甄别落后电池，排除隐患，保证安全运行；准确掌控电池可供电时长，省钱、省力、效率高。

（五）节约资金综合化

本系统从新购电池评估、延长电池使用寿命、及时发现落后电池、指导油机调度、优化维护体制和管理模式等方面都起到一定的数据支撑作用，可多方面节约资金投入。

?新购电池评估有手段，权益有保障；

?延长电池寿命，更换频率低；

?甄别劣化单体，更换面积小；

?降级使用电池组，厉行节约；

?远程在线测试，省力气、效率高、省费用；

?油机调度有据可依，不盲目、有底气、花费少；

?有效降低因蓄电池原因退服率，收入损失小；

3.2解决方案的价值

通信运营商要发展需要盈利，面对竞争，业务发展空间有限，节约投资同样可以创造盈利空间。如何节约投资？利用本案提供的技术手段在降低退服率的同时缩减投入（减少新购电池数量、节约维护费用、节约油机发电费用）是完全可行的，表述如下：

（一）在线测试

电源维护规程要求对每组电池进行容量测试，测试电池工作量很大，一组电池需耗时1-2天时间，且放电过程必须是连续的，基站远离市区，携带笨重的测试设备驱车前往工作量极大，是极为艰苦的工作。有了本方案实现远程网络化全自动测试，数据真实可信，动动鼠标即可完成测试。系统很好的实现了电源维护规程，首先是测试蓄电

池的效率大为提高，远程网络化操控可以方便的对电池进行测试，不需要再去基站。这样的技术手段直接把容量测试工作从原始的人工方式跃升到网络化远程测试，效率高节约大量的测试费用，且只需投资一次，可节省若干年的测试费用。

（二）油机调度有依据

通过系统的在线测试功能可准确掌控各站点电池的可供电时长，为油机调度提供了可靠的数据，避免油机调度的盲目性，科学管理，节约大量油机发电的资金支出。

（三）电池降级使用

低于80%的电池大量在网运行，在线维护系统的介入可有效阻止电池的劣化速度，只要能满足基站的供电时长要求（例如可供电时长不低于5小时）就不必淘汰，这种降级使用的思路（500AH电池降级为200AH使用）修正了电源维护规程，这类不达标但能继续使用若干年的思路可节约大量更换电池的费用。

（四）主动养护让电池性能恢复提高

蓄电池智能在线维护系统首先通过在线测试的手段及时发现落后电池，主动维护在线降低硫化阻抗，提升落后电池性能，从而避免电池均匀性差导致放电进程中出现单节电池过放和充电进程中过充的恶果，通过主动维护解决电池均匀性差的硬伤。这也是蓄电池智能在线维护系统优于动环的特点之一：首先是在线解决蓄电池的硬伤其次才是告警。

（五）在线甄别落后电池，外科手术式更替避免整组更换

系统通过在线测试可甄别出电池组中的落后电池，只需要更替个别落后电池后，整组电池性能即可恢复，这类电池只需要投入很少的经费就可以节约大量的更换电池的费用。

（六）在线发现隐性故障

通过在线测试发现隐性故障，无需投入，避免电池劣化，延长电池使用寿命，节约资金。电池螺丝松动很常见，螺丝松动导致极间电阻增大，从而导致整组电池均匀性变差，这也是加速电池硫化的诱因，蓄电池在线维护仪的使用能及时发现此类隐性故障，避免电池快速劣化。对爬酸漏液、电池连接线过细等隐性问题通过在线测试就可以查找分析。

（七）降低退服率

有了在线测试数据，每节电池的性能都是透明的，落后电池无一遗漏被锁定，首先从技术层面避免了基站退服的风险，其次维护工作从有了故障被动抢修变为有计划的主动维护，维护方式的改变大大减轻维护人员的劳动强度，维护效率也大为提高。

（八）电池是否报废有依据

不再以使用年限作为淘汰电池的标准。通过本案在线测试精准测试出电池的供电能力，很多虽到了使用年限但仍可继续服役的电池就不会被过早的淘汰。

（九）在线均衡、养护延长寿命、提升供电能力

系统可在线维护消除电池使用过程中形成的硫化，有效提升电池性能，延长电池使用寿命的同时，节能减排，节约资金。

3.3设计思想

系统根据传统蓄电池检测及养护手段的优缺点，通过扬长避短，有效组合，形成有机的整体。系统的设计思路：通过实时监测与劣化甄别结合、系统的管理与在线养护结合、异常报警与处置相结合，通过前端监测与养护设备，与后台管理分析平台相结合，形成完整的系统。

系统设计思想示意图

3.4管理架构

系统通过监测采集实时蓄电池组中各单体的性能数据，对比纵向对比智能分析各单体电池的性能及变化趋势，甄别劣化单体，并对单体电池进行差异化综合治理，修复各单体，保持并拉平整组电池性能。根据管理组织架构形成对蓄电池组管理的逻辑关系，呈现各电池组的数据化指标，对电池容量及寿命惊醒估算与预测，对异常情况进行报警、提供维护指导意见、记录处置情况。通过以上手段及管理形式，形成完整的管理闭环。

系统管理架构图

3.5技术特点

3.5.1系统功能特点：

在线监测

——全时监测无空挡、隐患早发现、故障早报警

在线养护

——让蓄电池组性能提升！

在线测试

——自动化操作、及时终止、准确了解性能变化

3.5.2精确的动态测量技术

在线测量蓄电池组中各个单体的电压、电流等实时数据，通过基

于除硫过程的动态多维测量分析计算模型，不需要深度放电，即可准

确判断单体电池的真实状态及劣化程度，达到与传统方式（核对性放电试验）一样的测量效果。

3.5.3智能化的性能诊断技术

内嵌智能化的蓄电池性能分析数学模型，实现各单体及整组蓄电池性能变化趋势和性能诊断，并可自动进行异常报警、容量预测及提出建议。如可根据多种实测数据，智能诊断给出需继续除硫活化、需立即进行单体更换、需整组更换、需现场排除物理性故障隐患等不同的建议，指导开展维护工作。

3.5.4动态均衡技术

运用分时原理，通过开关组件的控制和切换，使额外的电流流入电压相对较低的电池中以达到均衡充电的目的，即：根据电池单体情况，有针对性的进行能量补充，使整组达到均衡状态。

3.5.5脉冲谐振充电除硫技术

利用晶体分子结构都有谐振频率的特点，找到谐振点施以一定的能量将硫酸铅晶体击碎，同时，充电时产生的脉冲扰动，还能破坏硫酸铅继续生长的条件，基本不会对正极板造成损伤，这是一种无损修复技术。

3.5.6远程放电测试

远程放电测试采用实际负载放电模式，测试过程无高热产生，更加安全、节能。只需点击鼠标即可轻松完成放电测试。对于放电测试中的安全控制我们尤为重视。系统采用后台设置放电参数，前台设备存储并自主监测控制的机制。既使前后台通讯中断，前端设备可自主判断并在终止条件到达时自动终止放电测试，并且安全接回，以确保放电测试过程中的安全。

放电测试终止条件（任一条件到达即终止）：

?市电断电；

?单体电压到达或低于阀值；

?电池组端电压到达或低于阀值；

?放电时长等于或超过设定放电时长；

?电池温度超过设定值；

?系统手动发出终止放电指令；

?系统通讯中断超过15分钟（此时长可设置）；

3.6系统部署

系统支持分步式或集中式部署，前端设备可级联工作。以下是系统部署典型方式示意图：

系统部署方式一：集中部署示意图

系统部署方式二：分布部署示意图

3.7前端设备—蓄电池在线养护仪

前端设备根据蓄电池单体分为2V和12V两类设备，其中2V设备多用于通讯电源电池组、12V设备多用于UPS电池组。配电蓄电池配置为单体2V。针对不同应用环境与设备，我们提供不同的前端设备。

3.7.1BOCM@2V-24-2U / BOCM@2V-48-2U（2V*24节、2V*48节）

适用于信通（通讯电池组）、变电站直流屏。