CN204241656U - 蓄电池在线监测及维护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蓄电池在线监测及维护系统，包括电源系统、蓄电池在线维护系统、蓄电池组、系统负载模块、电池监控系统及远程监控后台，上述电源系统连接蓄电池在线维护系统、蓄电池在线维护系统连接蓄电池组、蓄电池组连接系统负载模块，且电源系统分别连接蓄电池组及系统负载模块；上述电池监控系统分别与电源系统、蓄电池组及系统负载模块连接，且连接远程监控后台，以便监测电池信息，并将信息传递至远程监控后台。本实用新型采用电流型加多路维护，使电池保持在最佳容量工作状态，并有效阻止盒延缓电池劣化。

Description

蓄电池在线监测及维护系统

技术领域

本实用新型涉及蓄电池监测及维护系统，特别指一种蓄电池在线监测及维护系统。 

背景技术

目前无论任何行业用铅酸蓄电池，在使用中总逃脱不了提前报废的怪圈。这就是铅酸蓄电池发明140多年来，举世公认的世界性难题——铅酸蓄电池“不可逆硫化”，是它导致了蓄电池使用寿命(容量)的大幅度降低，而使电池提前报废。 

蓄电池现状：目前国产行业用免维护阀控式12V/2V单体铅酸蓄电池理论设计浮充寿命为5～8年/15～20年，但2～3年/3～5年就已报废，远低于其设计使用寿命；无论任何铅酸蓄电池，在使用中总逃脱不了提前报废的怪圈。这就是铅酸蓄电池发明140多年来，举世公认的世界性难题——铅酸蓄电池“不可逆硫化”，是它导致了蓄电池使用寿命的大幅度降低主要原因，而使电池提前报废。对蓄电池进行更好地维护，延长其使用寿命，降低因蓄电池失效所带来的安全风险，是现在用户最紧迫的事情。 

蓄电池修复现状：目前大多数通信电源行业用户通常是待电池快接近报废时才意识到对其修复延寿的重要性，而电池能否修复是有条件的；就如人生病一个道理，若平常多注意保健、预防，养成良好的生活习惯，那人的身体就会少生病，更会延寿，若等身体已的绝症，再好的医药也救不了；所以电池与人的身体一样，在未出现容量下降前，多注意维护、预防，这样电池寿命才最长，不要等已出现物理性问题后，才想到怎么去对其修复和延寿，对于物理性问题，目前任何修复方式对之都是无效的。 

近年来国内外的修复技术，主要有以下几种： 

(1)《大电流充电法》：当大的硫酸铅结晶粒在充电中产生阻抗时，采用大电流能量使其电解和活化，消除极板硫化现象。这种方法消除硫化只可以获得暂时的效果，并且会在消除硫化的过程中带来加重失水和正极板软化问题，耗能较大，难以起到延长电池寿命的作用，只宜起辅助作用。(活化技术采用)； 

(2)《负脉冲充电法》：是在充电过程中加入负脉冲，对减少温升有作用，对消除极板硫化也有一定作用，但不明显，硫化修复率较低，耗能较大，虽然目前使用较广，但属淘汰方法。(活化技术产品常采用的辅助方法之一)； 

(3)《添加活性剂方法》：采用化学剂消除硫酸铅大晶粒结晶，但不仅成本高，增加了电池内阻，还改变了电解液的原结构。该法修复率较高，但修复后自放电严重，使用期较短； 

(4)《高频脉冲充电法》：采用高频脉冲波(如开关电源+叠加脉冲)使硫酸铅粗结晶体重新转化为细结晶体，使其能正常参与充放电化学反应，修复率较负脉冲充电法效果好，且技术简单实用，目前使用较多。缺点是充电时间长，工作效率低，耗能较大，硫化较严重时效果不佳； 

(5)《复合脉冲谐振法》：合理地控制充电脉冲频率与谐波波形，对蓄电池循环充放电，利用脉冲充电中的不同频率与谐波波形对硫酸铅粗晶粒形成谐振，击碎粗晶粒，协助电化学还原反应，消除电池硫化，这种方法对电池损伤小，修复效率高,应用前景广阔，该技术广泛应用于军事领域，目前具备该技术的资深品牌仅美国ZINSCHE和中国HZBR；难点是技术和设备复杂，成本高，脉冲频率与谐波波形等谐振技术要求高，是目前重要研究对象。 

蓄电池使用过程中出现的问题： 

1均衡特性下降 

VRLA蓄电池在通信电源中都是成组使用，据用户普遍反映，有些厂家的蓄电池在使用2-3年后，就出现电池中的个别电池在放电检测时，如采用10小时率放电，放电2—3个小时，有的单体电池电压就达1.8V，而其它电池都还在2.0V左右，整组的容量只有额定容量的30％，造成这种现象的原因主要有以下方面： 

①该单体电池的电解液饱和度低，氧气复合效率高，去极化作用强，从而表现在该单体电池的浮充电压相对较低，充电电流不能抵偿负极自放电所带来的容量损失。 

②该电池严重失水，电解液的饱和度相当低，电池内阻大；(可以通过测量电池内阻或电导反应出来) 

③均衡性问题是一个系统工程，从设备、过程控制以及生产厂家的工艺技术水平许多因素决定,蓄电池均衡性的好坏也是VRLA蓄电池制造商综合势力的集中体现之一。 

现有措施：对电池组定期做均衡充电，此法虽然有一定的效果，也阻止不了电池整体均衡特性的下降趋势，相反，过多频繁的均衡充电会给电池组寿命带来很多负面的影响，也不符合当今节能减排的要求。 

2失水 

①症状：在蓄电池使用的2年左右时间内，个别电池有明显的电解液流出、溢出和冒出，常见有壳体漏、密封漏和安全阀漏。电池失水造成的内阻变大，有温升，同时电解液浓度上升，加快板栅的腐蚀，容量明显变小。 

②三种损失途径： 

A.电池壳渗透：不管电池壳是ABS材料还是PP或其他材料制造，都存在一个渗透问题，PP壳的抗渗透能力比ABS好，电池壳的厚度同时影响其渗透。 

B.板栅腐蚀消耗：在正极板中，板栅会发生下列反应： 

6H2O+Pb—→PbO2+4H2O+4e。 

C.开阀损失和水的分解：安全阀的作用就是当电池内部的压力达到一定的程度。(2v系列：≥20～30K<Pa)时，开阀释放长期充电过程产生的氢气(水分解产生氢气)同时将带出少量的水蒸气。 

③产生原因：再化合效率低、均充电次数多、密封不严、杂质过多。 

现有措施： 

措施：仅对缺液的电池进行补液，需要专业服务厂家进行这项工作，但此法不能预防失水，更不解决并提高再化合效。 

3正极活性物质软化 

①症状：充电端电压很快上升，放电端电压很快下降，容量不足；解剖可见正极板表面铅膏软化呈糊状。 

②产生原因：活性物质利用率过高、铅膏视密度低、放电频繁、小电流深放电且回充电流过小。 

现有措施： 

减少活性物质利用率，即按0.1C标准进行放电，杜绝大电流深度放电；避免放电频繁、小电流深放电且回充电流过小等问题。 

4落后电池 

①症状：在电池组中浮充端电压特别低或特别高。 

②产生原因：互换性差、连接不好、浮充设置过低、均充设置不正确。 

现有措施： 

尽可能选择选用同型号、同批次(或生产时间相近)的电池进行互换，避免连接不好、浮充设置过低、均充设置不正确的问题。在更换单体问题电池后，每15天对电池组做一次均衡充电，直到各单体电池与新单体电池电压特性基本 一致时为止，之根据电池使用所在地基站的停电情况，每1个月-2个月做一次均衡充电即可。 

5早期容量损失 

①症状：电池投入正常运行一二年就容量大幅度减少。 

②产生原因：板栅与活性物质结合的界面生成阻档层物质。 

③引发原因：活物控制容量、低电流深度放电、浮充电压不够高。 

6正极板栅腐蚀 

①症状：容量严重损失，解剖可见板栅丧失支撑强度致铅膏不能附着。 

②产生原因：合金杂质失控、硫酸密度过高、浮充电压高、放电频率高、环境温度高。 

现有措施： 

选择品牌过硬的高质量工艺电池，降低极板腐蚀机率；避免硫酸密度过高、浮充电压高、放电频率高、环境温度高等问题； 

7负极板硫酸盐化 

①症状：容量减少，解剖可见极板表面生成白色盐状物质。 

②产生原因：欠充电、过放电、库存时间长、电解液分层、落后电池。 

现有措施： 

硫酸盐化是电池容量下降的主要罪魁祸首，通常采用对电池定期均充，来保证电池的高化合效率，但仍然阻止不了电池继续(活性较差的)硫化结晶； 

8铅膏脱落 

①症状：端电压很低甚至0V容量极低或全无解剖明显可见铅膏松散。 

②产生原因：循环频繁、装配压力过小、铅膏视密度低或配方缺陷。 

现有措施： 

①措施:选择质量过硬的品牌电池。 

9长期不停电环境下电池突发性实效 

①症状：电池在使用5-8年间，平常通过定性测试电池容量感觉良好，如突遇性停电或人为对电池放电，此时出现大量单体电池失控下降，即出现瞬间积累硫化效应，整组电池完全报废。 

②产生原因：备用电源电池的功能就是放电，由于平常对电池未做每月一次的放电维护流程，电池内部很少产生化合反应，随着时间的流逝，最终造成电池放电性能弱化。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种电流型加多路维护，使电池保持在最佳容量工作状态，并有效阻止盒延缓电池劣化的蓄电池在线监测及维护系统。 

本实用新型采取的技术方案如下：一种蓄电池在线监测及维护系统，包括电源系统、蓄电池在线维护系统、蓄电池组、系统负载模块、电池监控系统及远程监控后台，其中，上述电源系统连接蓄电池在线维护系统、蓄电池在线维护系统连接蓄电池组、蓄电池组连接系统负载模块，且电源系统分别连接蓄电池组及系统负载模块；上述电池监控系统分别与电源系统、蓄电池组及系统负载模块连接，且连接远程监控后台，以便监测电池信息，并将信息传递至远程监控后台。 

优选地，所述的蓄电池在线维护系统包括防雷及电源保护模块、蓄电池维护模块，其中上述防雷及电源包括模块设置在电源系统盒蓄电池维护模块之间。 

本实用新型的有益效果在于： 

本实用新型是针对背景技术中的电池缺陷而设计，采用高效率的电流型+多路维护系统，一般情况下在电池投产0-2年期间酌情使用是最佳伺机，能使电池一直保持在最佳容量工作状态，并能有效阻止盒延缓电池劣化。 

具体地： 

延寿回报：从较新(0-2年)电池开始加装效果最好：可延长至设计使用寿命，与不加装使HZBR维护设备的蓄电池组相比，通常情况下大都可其使用寿命延长近2倍以上，在蓄电池加装本维护设备后，可使电池一直保持全新的低内阻、无硫化状态，可使用至电池设计寿命； 

延寿回报：从旧电池(3年～6年)后开始加装,与不加装使HZBR维护设备的蓄电池组相比，通常情况下大都可使其使用寿命延长近1倍(6年～4年)以上； 

节约更换电池成本；节约维护成本；提高系统安全和工作效率；节能减排与绿色环保效益。 

附图说明

图1是本实用新型的方框结构原理图。 

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步描述： 

如图1所示，一种蓄电池在线监测及维护系统，包括电源系统、蓄电池在线维护系统、蓄电池组、系统负载模块、电池监控系统及远程监控后台，其中，上述电源系统连接蓄电池在线维护系统、蓄电池在线维护系统连接蓄电池组、蓄电池组连接系统负载模块，且电源系统分别连接蓄电池组及系统负载模块；上述电池监控系统分别与电源系统、蓄电池组及系统负载模块连接，且连接远程监控后台，以便监测电池信息，并将信息传递至远程监控后台。 

蓄电池在线维护系统包括防雷及电源保护模块、蓄电池维护模块，其中上 述防雷及电源包括模块设置在电源系统盒蓄电池维护模块之间。 

进一步，本实用新型通过采用独特的电流型高频脉冲谐波共振技术。采用铸铝外壳，表面沟槽设计，设备散热性良好，具备防电磁干扰、防水、防酸碱、符合防爆规范要求。长期在线7×24小时实时工作方式，与蓄电池长期连接使用，减少对蓄电池日常的维护保养工作量。大功率有源型设备具备超低的纹波干扰(＜40mv)符合通讯行业标准(＜100mv)，低电磁辐射符合国家标准(GB9254-2008)。旧蓄电池组与不加装使HZBR维护设备的蓄电池组相比，通常情况下大都可使其使用寿命延长近1倍以上。 

①只要属硫化现象，没有物理损坏(即铅极板未软化、未腐烂、未脱落，未短路、未断格，有适量电解液)，均可维护和再生，对已损失的容量可恢复80％-90％以上； 

②对已经投产正在线使用中出现硫化并伴有缺夜现象的电池，在其铅极板未软化或脱粉的情况下，加装本设备后能有效阻止电池性能继续恶化(即有效抑制电池容量继续下降及再失水)； 

③对长期存放的电池，可防止结晶硫化物的生成，避免蓄电池容量的自然损耗，保证随时可投入使用。 

新蓄电池组：直接使用可延长至设计使用寿命，与不加装HZBR维护设备的蓄电池组相比，通常情况下大都可其使用寿命延长近2倍以上。通过在线工作方式恢复废旧电池的充放电能力，使极板始终保持全新状态，保证电池稳定的能量输出。在线远程监测各单体电池的工作状态,方便对无人通信基站蓄电池组维护设备的远程管理(选配)多重保护功能，对其它电路、电器设施无任何影响，减轻关联电器部件负荷，维护周边电器设备安全。降低电池的内阻，缩短每次充电的时间，延长电池再充电间隔时间，节省电力消耗，同时可减少频繁充电 对电池的损害。提高电池的防冻能力、改善电解液的比重、降低失水机率、彻底消除并防止未来的硫酸盐化。设备体积小、重量轻、抗低温、耐高温、抗震、安装方便、安全靠；绿色、节能、环保、减少废弃电池60％以上，有效地保护生态环境。 

替代“活化、添加剂”、升级低端“无源脉冲共振”技术的最佳选择。中国《HZBR》与美国《ZINSCHE》是目前国际上少有的高端有源型“复合脉冲谐波共振技术”品牌； 

复合脉冲共振技术 

复合脉冲共振技术设备复杂，脉冲频率与谐波波形等谐振技术要求高，成本相对低端技术产品较高，是一直以来重要研究对象。目前国内市场上基本上都是以低端技术产品为主，主要有：①《大电流充电法》(常用于活化技术)、②《负脉冲充电法》(常用于活化技术)、③《高频脉冲充电法》； 

模块化工作模式 

根据蓄电池组单体串联工作原理，在系统设备输出纹波干扰问题得到有效解决(<100mv)的前提下，采用技术含量较高的多路维护模块化工作模式设计：即每套设备内含4个独立工作模块，相当于4套维护设备，每一个模块管理6只2V或1只12V电池，保证了较高(>95％)的除硫效率，对单体电池的维护也更均匀、充分、细致、彻底。目前国内外同类产品因受技术瓶颈制约及追求低成本，大都采用一个模块设备管理1组或2组电池，即所谓的一(个模块)拖二(组电池)，效率较差；低纹波干扰技术HZBR产品自身独特的低脉冲波纹技术对基站负载没有干扰(大电流输出状态下小于40mv)，符合通信行业要求(小于100mv)，为行业提供绿色安全的电源，HZBR产品的低脉冲波纹技术有别与国内外同类产品，不必在后级另外加装抑制波纹干扰的处理设备，从而降低了成本， 同时也减少了相应的故障率； 

智能维护工作设计模式 

HZBR产品独家采用真正意义的“无按钮设置键”智能设计工作模式,无需人工参数功能设置，除硫设备能自动完成对蓄电内阻(容量)参数大小的采集、自动除硫基自动管理等,具有国内外同类产品目前所不具备的优势。 

①设备能根据除硫对象内阻(容量)大小，能自动调整输出脉冲电流强度，满足对不同容量蓄电池除硫效果的需要，避免了大量的人工数据采集及人工设置参数误差。 

②智能设计系统组成与原理：智能设计由“检测”+“维护”+”管理”三大系统组成，其原理是通过“检测模块”对电池的不同内阻(电导)变化状态进行判别，从而获取相关数据，该数据由“管理模块”通过控制“维护模块”的状态(如调整脉冲电流输出强度)，来实现除硫维护的智能操作。 

独特的谐波脉冲波形 

HZBR设备针对国内外常用的谐波脉冲波形及正向尖脉冲波形的不足，经过上千次试验并选择了效率最佳的波形，既能避开对极板的损伤，又能充分分解体积大小不等的所有硫化晶体，最大程度的恢复电池能量。 

采用电流型振荡技术 

电流型振荡技术，除硫效率高于通过电感产生的电压型振荡技术的同类产品；由于电池组是串联使用，所以单体电池在采用谐波脉冲电流型振荡原理时，所得到的脉冲能量更均衡、除硫效率更高；(附：电流性共振技术的特点之一：在整组电池组中即便已存在失水单体电池也不会影响对其他各正常硫化单体电池的除硫效果，而且已存在失水的单体电池其极板在电解液中的硫化部分也能被分解清除)。 

除硫效率高、周期短 

HZBR品牌BMS-Z12-4系列产品属国内唯一款高端有源型蓄电池在线“除硫”维护设备。 

A、工信部标准： 

(a)除硫效率不低于15％； 

(b)除硫周期:3月～1年以上使电池恢复至应有最佳值； 

B、HZBR标准： 

(a)除硫效率不低于25％； 

(b)除硫周期:4周～5周； 

C、HZBR在线除硫器使电池容量恢复至应有最佳值后,除硫维护设备进入限流工作节能待机保护模式，一但电池再次产生硫化,设备自动起动进行除硫维护,从而使电池保持最佳容量状态； 

D、HZBR在线除硫器去硫效率高、时间短，故无需对电池容量作长达1年以上的分档分析。 

a电池容量在放电均衡特性较佳及使用年限不太长的情况下，其适用电池容量比下线可达40％甚至30％； 

b如在电池无物理损坏及对缺液电池进行补液的情况下，其适用电池容量比下线可达20％甚至10％； 

适用电池类型 

A.工信部标准：《阀控式铅酸电池》； 

B.HZBR标准：《阀控式铅酸电池》、《胶体电池》、《卷绕纯铅电池》、《铅布电池电池》产品多样化设计及高性价比(分有源和无源两类)； 

a、无源类产品(小功率产品)使用蓄电池自身的电能供电,其输出能量较小， 价格成本相对较低，一般非语音通信的小容量(200AH以下)蓄电池组，适用无源类产品； 

b、有源类产品(大功率产品)使用市电供电，故输出能量相对较大，性价比较高,通常大容量(200AH-3000AH)蓄电池组，适用有源类产品。 

远程在线监控系统(选配) 

远程在线监测蓄电池各单体电池工作状态,方便对无人执守通信基站蓄电池组状态的远程管理。 

本实用新型的实施例只是介绍其具体实施方式，不在于限制其保护范围。本行业的技术人员在本实施例的启发下可以作出某些修改，故凡依照本实用新型专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本实用新型专利权利要求范围内。 

Claims (2)

1.一种蓄电池在线监测及维护系统，其特征在于：包括电源系统、蓄电池在线维护系统、蓄电池组、系统负载模块、电池监控系统及远程监控后台，其中，上述电源系统连接蓄电池在线维护系统、蓄电池在线维护系统连接蓄电池组、蓄电池组连接系统负载模块，且电源系统分别连接蓄电池组及系统负载模块；上述电池监控系统分别与电源系统、蓄电池组及系统负载模块连接，且连接远程监控后台，以便监测电池信息，并将信息传递至远程监控后台。 

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池在线监测及维护系统，其特征在于：所述的蓄电池在线维护系统包括防雷及电源保护模块、蓄电池维护模块，其中上述防雷及电源包括模块设置在电源系统盒蓄电池维护模块之间。