CN106816656B - 铅酸蓄电池的管理维护系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铅酸蓄电池的管理维护系统，该系统包括：电池检测装置，布置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中，其包括：电池工况检测模块，配置成测量被管理的铅酸蓄电池组的单只电池的运行工况数据；工作环境检测模块，配置成测量被管理的铅酸蓄电池组的工作环境数据；数据传输模块，配置成向网络侧的云管理设备提供运行工况数据以及工作环境数据；以及云管理设备，预置有用于记录被管理的铅酸蓄电池组数据的数据库，并配置成获取数据库中记录的铅酸蓄电池的运行工况数据以及工作环境数据，根据运行工况数据以及工作环境数据确定被管理的铅酸蓄电池组中是否出现运行异常的单只电池，并进一步分析运行异常的单只电池的故障类型。
Description
技术领域
本发明涉及蓄电池的维护，特别是涉及铅酸蓄电池的管理维护系统。
背景技术
随着电信公司业务的飞速发展，通信网络规模的逐渐扩大，通信基站的数量也随之急剧增加。这些通信基站大多建在偏远的郊外、公路的两侧、高山的山顶等室外，这些基站常年处于无人监管的状态，有些基站使用农电、小水电或是借用矿山的工业用电，经常出现电压异常波动、停电等故障，使得基站的供电容量和供电质量都无法保证，给基站设备的维护造成了很大的困难。电源的不间断供电是基站设备在无人状态下能够安全有效运行的前提。在供电异常时，逆变器直接将蓄电池的化学能变成交流电能输送出去，使得电气设备得以连续运行下去，保证基站正常运行。因此，蓄电池作为备用的直流供电单元在移动基站有着非常重要的作用。除此之外，储能系统以及动力系统中也均需要大量的蓄电池，以实现储能和保证供电可靠性。因此不间断电源(Uninterruptible Power System，简称UPS)电池用量非常庞大。
但在实际使用中，因为种种原因，特别是一些维护不到位的因素造成电池使用寿命短，达不到理论预期寿命。本来应工作3～6年的电池，大多数连1年的寿命都达不到就报废了，从而给通信设备的正常工作带来了极大的安全隐患。根据铁塔公司提供的数据，很多UPS电池寿命仅仅维持在6～8个月之间，每年的UPS电池使用费用高达几百亿元，造成了极大的经济损失。
现有的蓄电池的维护手段一般依靠检测电池电压、人工定期巡检等方式，效率较低，无法及时发现蓄电池的故障。另外蓄电池在故障后一般也仅能采用更换的方式进行维护，这在基站分布分散、工作环境恶劣的情况下，不仅费时费力，也影响了基站的工作可靠性。
发明内容
本发明的一个目的是要提供一种实时掌握铅酸蓄电池运行故障的管理维护系统。
本发明一个进一步的目的是要能够确定铅酸蓄电池的故障类型。
本发明另一个进一步的目的是要有效地针对故障类型对铅酸蓄电池进行维护，以延长电池的使用寿命。
特别地，本发明提供了一种铅酸蓄电池的管理维护系统，该系统包括：电池检测装置，布置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中，其包括：电池工况检测模块，与被管理的铅酸蓄电池组的单只电池分别电连接，并配置成测量每个单只电池的运行工况数据；工作环境检测模块，配置成测量被管理的铅酸蓄电池组的工作环境数据；数据传输模块，与电池工况检测模块连接，并配置成向网络侧的云管理设备提供运行工况数据以及工作环境数据；以及云管理设备，通过网络与数据传输模块远程数据连接，预置有用于记录被管理的铅酸蓄电池组数据的数据库，并配置成获取数据库中记录的铅酸蓄电池的运行工况数据以及工作环境数据，根据运行工况数据以及工作环境数据确定被管理的铅酸蓄电池组中是否出现运行异常的单只电池，并进一步分析运行异常的单只电池的故障类型。
可选地，电池工况检测模块包括：电压测量子模块，配置成测量单只电池的电压，电流测量子模块，配置成测量被管理的铅酸蓄电池组的电流，温度测量子模块，配置成测量单只电池的表面温度；工作环境检测模块包括：环境温度测量子模块，配置成测量被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度。
可选地，云管理设备还配置成：分别判断单只电池的表面温度是否超出被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度对应的温度阈值范围，以及单只电池的电压是否超出预设的电压阈值范围，若上述两项判断中任一项结果为是，确定单只电池运行异常。
可选地，云管理设备还配置成：在单只电池的表面温度超出温度阈值范围，但单只电池的电压及单位时间的电压变化量没有超出电压阈值范围及电压变化量阈值范围的情况下，判定单只电池缺电解液；在单只电池的表面温度超出温度阈值范围，并且单只电池的电压及单位时间的电压变化量超出电压阈值范围及电压变化量阈值范围的情况下，判定单只电池出现硫化。
可选地，云管理设备还配置成：根据单只电池的电压和电流计算单只电池的容量，并且在计算得出的容量下降至设定的容量阈值时，判断单只电池出现电解液沉淀分层。
可选地，上述铅酸蓄电池的管理维护系统还包括：电池修复装置，并且云管理设备，还配置成从数据库中提取出运行异常的单只电池的信息，并向电池修复装置提供运行异常的单只电池的信息以及故障类型；电池修复装置预先配置有不同故障类型对应的修复流程，并配置成根据运行异常的单只电池的信息以及故障类型对运行异常的单只电池执行对应的修复流程。
可选地，电池修复装置对缺电解液的单只电池的修复流程包括：向缺电解液的单只电池补充去离子水，并按照为缺电解液电池预先设定的参数对补充去离子水后的单只电池进行复合脉冲激活。
可选地，电池修复装置对硫化或者电解液沉淀分层的单只电池的修复流程包括：对单只电池进行复合脉冲激活，复合脉冲的参数按照硫化或者电解液沉淀分层的类型配置为不同。
可选地，电池修复装置与电池检测装置集成设置，并布置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中。
可选地，被管理的铅酸蓄电池为不间断电源、储能系统、或动力系统中使用的铅酸蓄电池。
本发明的铅酸蓄电池的管理维护系统，在被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中布置电池检测装置，以采集测量被管理的铅酸蓄电池组的单只电池的运行工况数据以及工作环境数据，利用网络向网络侧的云管理设备提供这些数据。云管理设备预置有用于记录被管理的铅酸蓄电池组数据的数据库，并且可以利用电池检测装置上传的数据进行分析，识别出运行异常的单只电池，并进一步分析运行异常的单只电池的故障类型。该铅酸蓄电池的管理维护系统通过远程通信可以随时掌握电池运行情况，减少了耗费的人力。
进一步地，本发明的铅酸蓄电池的管理维护系统，可以利用被管理的铅酸蓄电池组的单只电池的电压、电流、温度、容量等确定出运行异常的单只电池的故障类型，有针对性地采用维护措施，利用独有的维护和修复技术手段，对电池进行修复，从而延长电池寿命，降低电池的使用成本。
更进一步地，本发明的铅酸蓄电池的管理维护系统，针对铅酸蓄电池组经常出现的缺电解液、硫化、电解液沉淀分层等故障，采取相应的修复手段，能够有效地解决大部分故障。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统的示意性架构图；
图2是根据本发明一个实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统的示意性架构图；以及
图3是根据本发明一个实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统的应用于通信基站的系统架构示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10的示意性架构图。该铅酸蓄电池的管理维护系统10可以对不间断电源、储能系统、或动力系统中使用的铅酸蓄电池进行管理维护，对于通信基站等布置分散、工作环境恶劣的铅酸蓄电池尤其适用，该铅酸蓄电池的管理维护系统10一般可以包括：电池检测装置100以及云管理设备200，其中电池检测装置100包括电池工况检测模块110、工作环境检测模块120、数据传输模块130。
电池检测装置100布置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中，铅酸蓄电池组一般由多个单只电池串联而成，以通信基站中UPS铅酸蓄电池组为例，一套UPS可以包括两组互为备用的铅酸蓄电池组，每组铅酸蓄电池组由多个单只电池串联而成。因此单个单只电池的故障有可能导致整个铅酸蓄电池组的异常，影响整组电池的使用寿命。
电池工况检测模块110与被管理的铅酸蓄电池组的单只电池分别电连接，并配置成测量每个单只电池的运行工况数据，运行工况数据可以包括但不限于单只电池的电压、电流、工作温度、容量等，具体的运行工况数据的类型可以根据管理要求进行配置，并且电池工况检测模块110可以相应地配置测量模块。
工作环境检测模块120，配置成测量被管理的铅酸蓄电池组的工作环境数据，这些工作环境数据可以包括但不限于温度、湿度等。具体的工作环境数据的类型可以根据管理要求进行配置，并且工作环境检测模块120也可以相应地配置测量模块。
数据传输模块130，与电池工况检测模块110连接，并配置成向网络侧的云管理设备200提供运行工况数据以及工作环境数据。数据传输模块130可以选择通信环境采用各种通信手段，在一些可选实施例中，数据传输模块130可以利用移动通信网络进行数据传输，例如数据传输模块130可以配置有SIM卡座，以供插入SIM卡(Subscriber IdentificationModule，客户识别模块)，从而利用移动通信网络进行数据的传输。
云管理设备200，可以用于对被管理的铅酸蓄电池组的数据和信息进行管理。云管理设备200可以通过服务器或者服务器集群的方式进行构建，并通过网络与数据传输模块130远程数据连接。云管理设备200预置有用于记录被管理的铅酸蓄电池组数据的数据库，数据库中可以用于记录铅酸蓄电池组的各种信息和数据，这些信息包括但不限于铅酸蓄电池组的编号、安装位置、运行历史数据、维护记录等。利用数据库中的记录，可以对铅酸蓄电池组进行集中管理。
云管理设备200还可以根据电池检测装置100上传的数据进行分析和处理，进行远程故障诊断和管理，并可以在线远程维护。具体地，云管理设备200配置成获取数据库中记录的铅酸蓄电池的运行工况数据以及工作环境数据，根据运行工况数据以及工作环境数据确定被管理的铅酸蓄电池组中是否出现运行异常的单只电池，并进一步分析运行异常的单只电池的故障类型。云管理设备200可以定期获取上述数据并进行数据分析，另外也可以根据电池检测装置100上报的事件进行数据分析。另外，维护人员还可以通过各种终端访问云管理设备200，获取相关数据和状态。
本实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10通过云端实现远程管理，及时发现异常电池及异常原因，以便根据数据分析结果，针对性地进行修复。对于无法在线修复的电池也可以及时通知维护人员现场修复或更换。
图2是根据本发明另一实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10的示意性架构图。在上一实施例的基础上，该铅酸蓄电池的管理维护系统10还可以进一步设置有电池修复装置300，并且电池工况检测模块110可以设置有电压测量子模块111、电流测量子模块112、温度测量子模块113，工作环境检测模块120可以设置有环境温度测量子模块121。
在电池工况检测模块110中，电压测量子模块111用于测量单只电池的电压，电流测量子模块112用于测量被管理的铅酸蓄电池组的电流(由于单只电池为串联连接，因此相当于单只电池的电流)，温度测量子模块113用于测量单只电池的表面温度。在工作环境检测模块120中，环境温度测量子模块121用于测量被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度。上述电压测量子模块111、电流测量子模块112、温度测量子模块113、环境温度测量子模块121可以灵活选用各种测量手段，例如通过配置符合测量精度的要求的传感器来实现测量。
上述测量得到的电压、电流、工作温度、环境温度等数据通过数据传输模块130发送至云管理设备200，以供其识别运行异常的单只电池。例如云管理设备200可以分别判断单只电池的表面温度是否超出被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度对应的温度阈值范围，以及单只电池的电压是否超出预设的电压阈值范围，若上述两项判断中任一项结果为是，则确定单只电池运行异常。
通过对通信基站的电池运行状况的统计，可以确定影响电池使用寿命的主要原因有：
1、缺电解液
由于通信基站的位置较为偏僻，有些建在山顶等日照强烈的位置，再加上基站内设备运行散发的热量，导致基站内温度很高。高温对电池使用寿命的影响很大。环境温度的升高，将加速电池板栅的腐蚀和增加电池中水分的损失，当温度大于40℃时，电解液中的水分将会大量蒸发，影响电池寿命。
2、电解液沉淀分层
由于电池长期处于备用状态，极少有放电过程，电解液容易沉淀分层，上层只有水，影响电池容量。
3、硫化
电池长期处于浮充状态，几乎没有充放电反应，特别容易发生硫酸铅结晶，也称电池硫化，硫酸铅结晶是不导电的，它附着在极板表面，造成电池容量下降，影响电池使用寿命。
针对上述三种主要的故障类型，云管理设备200可以利用电池检测装置100采集的数据来进行故障诊断。例如云管理设备200在单只电池的表面温度超出温度阈值范围，但单只电池的电压及单位时间的电压变化量(电压变化速度)没有超出电压阈值范围及电压变化量阈值范围的情况下，判定单只电池缺电解液。另外在单只电池的表面温度超出温度阈值范围，并且单只电池的电压及单位时间的电压变化量(电压变化速度)超出电压阈值范围及电压变化量阈值范围的情况下，判定单只电池出现硫化。上述电压阈值范围、电压变化量阈值范围可以根据正常单只电池的电压情况进行设定。温度阈值范围可以根据环境温度进行设定，例如将高于环境温度一定数值的温度以下数值范围作为温度阈值范围。上述单位时间的电压变化量可以是电池在放电或者充电过程中的变化量。
针对电解液沉淀分层，可以通过电池的容量变化来确定。具体地，可以通过单只电池在放电过程中的电压和电流来计算该单只电池的容量，并且在计算得出的容量下降至设定的容量阈值时，判断单只电池出现电解液沉淀分层。上述容量阈值可以是单只电池的初始容量的设定倍数，例如0.6～0.8倍等，具体数值可以根据对电池出现电解液沉淀分层时容量变化的试验确定。
本实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10，还可以利用电池修复装置300对出现异常的电池进行线上或者线下的修复。电池修复装置300预先配置有不同故障类型对应的修复流程，并可以根据故障类型对运行异常的单只电池执行对应的修复流程。在进行修复时云管理设备200从数据库中提取出运行异常的单只电池的信息，并向电池修复装置300提供运行异常的单只电池的信息以及故障类型；电池修复装置300根据运行异常的单只电池的信息以及故障类型对运行异常的单只电池执行对应的修复流程。例如云管理设备200可以向电池修复装置300提供运行异常的单只电池的编号和故障代码，电池修复装置300可以根据运行异常的单只电池的信息确定出需要修复的单只电池，并且执行与故障代码对应的修复流程。
在现有通信基站的电池检测修复过程中，需要断开电源，这必然影响基站的正常运行，而本实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10可以采取在线修复手段，不需要断开电源，也不需要将电池拆卸搬运，可以节约运输成本。一旦云管理设备200发现运行异常的单只电池时，可以通过设置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中的线上的电池修复装置300进行远程修复，对于无法在线修复的电池，也可以通过维护人员携带便携的电池修复装置300到现场，将便携的电池修复装置300与需要修复的单只电池两端相连，进行修复。在两组铅酸蓄电池组并联的情况下，对其中一组进行修复，两组轮换修复，可以实现不断电修复。
电池修复装置300具有对单只电池进行复合脉冲功能，其中复合脉冲的高电平、低电平以及脉冲的频率均可以进行配置，以满足不同故障的电池的修复要求。
电池修复装置300对缺电解液的单只电池的修复流程包括：向缺电解液的单只电池补充去离子水，并按照为缺电解液电池预先设定的参数对补充去离子水后的单只电池进行复合脉冲激活。
现有的电池修复采用了很多种类的电解液，但修复效果都不好，不是导致电池寿命缩短，就是导致电池容量下降，而且对电池报废后的处理埋下了污染隐患。而本实施例中，利用去离子水补充电解液。现有可充电电池都是离子电池，离子运动形成电核交换，完成充电和放电动作。采取其他电解液进行补充，由于含有多种干扰离子，必然影响修复效果。而经过实际测试采用添加去离子水可以去除干扰离子，把电池里的SO4-和Pb+充分的给交换出来，修复效果非常明显。
在添加去离子水后，本实施例还可以根据电池硫化程度不同、电解液分层情况不同以及缺电解液情况不同，而针对性的采取不同频率和振幅进行复合脉冲的激活手段。本实施例铅酸蓄电池的管理维护系统10的电池修复装置300采用的修复手段主要是添加去离子水，并采用针对电池硫化情况、电解液分层情况及缺电解液情况，采取不同频率和振幅的复合脉冲对电池进行后化成充电。
电池修复装置300对硫化或者电解液沉淀分层的单只电池的修复流程包括：对单只电池进行复合脉冲激活，复合脉冲的参数按照硫化或者电解液沉淀分层的类型配置为不同。
当电池既检测不到电压，也没有容量，还可以进行唤醒操作，进行唤醒后再行修复。
对于设置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中的线上的电池修复装置300，电池修复装置300可与电池检测装置100集成设置。
本实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10通过在南方山区的通信基站的恶劣环境中进行了试验，测试结果表明本实施例的铅酸蓄电池的管理维护系统10可以有效地延长被管理的铅酸蓄电池的使用寿命，大大节省了人力和财力的成本。
图3是根据本发明一个实施例的铅酸蓄电池管理维护系统10的应用于通信基站的系统架构示意图。通信基站的UPS的铅酸蓄电池组作为被管理的铅酸蓄电池组20，其信息(包括编号、维护记录、型号等)被存储于云管理设备200的数据库中。每组被管理的铅酸蓄电池组20配置一个电池检测装置100，数据传输模块130包括数据发送子模块131和数据接收子模块132，并可以配置SIM卡座，利用GPRS等移动通信网络进行数据的传输。电池检测装置100可以与线上电池修复装置310集成设置，构成电池管理设备。电池工况检测模块110测量被管理的铅酸蓄电池组20的工况信息(电压、电流、温度等)，并通过数据发送子模块131向云管理设备200发送。云管理设备200对各组被管理的铅酸蓄电池20的数据进行分析，在出现单只电池异常的情况下，通过数据接收子模块132向线上电池修复装置310下发修复指令，由线上电池修复装置310按照修复指令进行在线修复。对于无法在线修复的电池故障，云管理设备200可以向线下电池修复装置320提供待修复的电池信息，由维护人员使用线下电池修复装置320到现场进行修复。另外维护人员还可以使用各种维护终端400向云管理设备200请求查看其权限范围内电池情况。
本发明的铅酸蓄电池的管理维护系统10，在被管理的铅酸蓄电池组20的工作环境中布置电池检测装置100，以采集测量被管理的铅酸蓄电池组20的单只电池的运行工况数据以及工作环境数据，利用网络向网络侧的云管理设备200提供这些数据。云管理设备200预置有用于记录被管理的铅酸蓄电池组20数据的数据库，并且可以利用电池检测装置100上传的数据进行分析，识别出运行异常的单只电池，并进一步分析运行异常的单只电池的故障类型。该铅酸蓄电池的管理维护系统10通过远程管理可以随时掌握电池运行情况，减少了耗费的人力。并且其可以利用被管理的铅酸蓄电池组20的单只电池的电压、电流、温度、容量等确定出运行异常的单只电池的故障类型，有针对性地采用维护措施，利用独有的维护和修复技术手段，对电池进行修复，从而延长电池寿命，降低电池的使用成本。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (4)
1.一种铅酸蓄电池的管理维护系统，包括：
电池检测装置，布置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中，其包括：
电池工况检测模块，与所述被管理的铅酸蓄电池组的单只电池分别电连接，并配置成测量每个所述单只电池的运行工况数据，所述电池工况检测模块包括：电压测量子模块，配置成测量所述单只电池的电压，电流测量子模块，配置成测量所述被管理的铅酸蓄电池组的电流，温度测量子模块，配置成测量所述单只电池的表面温度；
工作环境检测模块，配置成测量所述被管理的铅酸蓄电池组的工作环境数据，所述工作环境检测模块包括：环境温度测量子模块，配置成测量所述被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度；
数据传输模块，与电池工况检测模块连接，并配置成向网络侧的云管理设备提供所述运行工况数据以及所述工作环境数据；以及
所述云管理设备，通过网络与所述数据传输模块远程数据连接，预置有用于记录被管理的铅酸蓄电池组数据的数据库，并配置成获取所述数据库中记录的铅酸蓄电池的运行工况数据以及所述工作环境数据，根据所述运行工况数据以及所述工作环境数据确定所述被管理的铅酸蓄电池组中是否出现运行异常的单只电池，并进一步分析所述运行异常的单只电池的故障类型，
所述云管理设备还配置成：
分别判断所述单只电池的表面温度是否超出所述被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度对应的温度阈值范围，以及所述单只电池的电压是否超出预设的电压阈值范围，若上述两项判断中任一项结果为是，确定所述单只电池运行异常；
在所述单只电池的表面温度超出所述被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度对应的温度阈值范围，但所述单只电池的电压及单位时间的电压变化量没有超出电压阈值范围及电压变化量阈值范围的情况下，判定所述单只电池缺电解液；
在所述单只电池的表面温度超出所述被管理的铅酸蓄电池组的工作环境温度对应的温度阈值范围，并且所述单只电池的电压及单位时间的电压变化量超出所述电压阈值范围及电压变化量阈值范围的情况下，判定所述单只电池出现硫化；
根据所述单只电池的电压和所述电流计算所述单只电池的容量，并且在计算得出的容量下降至设定的容量阈值时，判断所述单只电池出现电解液沉淀分层；
从所述数据库中提取出所述运行异常的单只电池的信息，并向电池修复装置提供所述运行异常的单只电池的信息以及所述故障类型；
所述铅酸蓄电池的管理维护系统还包括所述电池修复装置，所述电池修复装置预先配置有不同故障类型对应的修复流程，并配置成根据所述运行异常的单只电池的信息以及所述故障类型对所述运行异常的单只电池执行对应的修复流程；
所述电池修复装置对硫化或者电解液沉淀分层的单只电池的修复流程包括：对单只电池进行复合脉冲激活，所述复合脉冲的参数按照硫化或者电解液沉淀分层的类型配置为不同。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，
所述电池修复装置对缺电解液的单只电池的修复流程包括：向所述缺电解液的单只电池补充去离子水，并按照为缺电解液电池预先设定的参数对补充去离子水后的单只电池进行复合脉冲激活。
3.根据权利要求1所述的系统，其中
所述电池修复装置与所述电池检测装置集成设置，并布置于被管理的铅酸蓄电池组的工作环境中。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中
所述被管理的铅酸蓄电池为不间断电源、储能系统、或动力系统中使用的铅酸蓄电池。
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