UPS蓄电池监控和管理解决方案

一、引言

近几年来，在通信局站动力环境集中监控建设中，通信电源蓄电池的监控逐渐成为必选项，从而杜绝了很多通信中断事故，作为计算机网络系统基础电源UPS，起到同样重要作用，但对蓄电池还未纳入集中监控管理。最近几年，UPS故障造成通信中断的情况呈上升趋势，通过对UPS维修工作中各种故障的统计，由电池引发的故障超过了总故障的50％。可见，正确地使用和维护好电池是延长电池组寿命、降低UPS电源总故障率的关键因素之一。

二、UPS蓄电池可能发生哪些问题

2.1 如果长期以偏高的浮充电压运行，有可能会出现电池过充电的情况，引起内部压力增大，失水加快，从而影响电池的使用寿命或在放电瞬间会使电池发生爆炸而中断通信；相反，若长期以偏低的浮充电压运行，有可能会使电池处于未充满状态，影响放电的时间，放电很快到达终止电压，中断通信；

2.2 蓄电池组最理想的工作环境温度为25℃，较低的温度可延长电池寿命，但会减少电池放电容量；较高的温度会导致电池寿命缩短和可能导致热失控。高出25℃时每升高10℃，电池的寿命就会缩短一半。较高的环境温度导致电池较大的自放电。25℃时，自放电率约为3.5%；温度每升高10℃自放电速度增加一倍；存放时间约长，自放电越大。要注意UPS电池的周围工作环境温度不超过30℃；当环境温度超过35℃时，由于电池内部损耗增加，电池本身的“存储寿命”将会缩短。导致电池组在短期使用后容量大大低于其标称容量，造成市电中断后的备用时间明显缩短，严重时直至报废。

2.3 蓄电池要注意避免深度放电，如电池以10h率放电，规定放电电压到10.8v时应停止放电，若此时仍使电池继续放电，电池单体电压过低时，便发生过放电现象，也即深度放电，缩短电池使用寿命。一般UPS电源一直工作到因电池电压过低（深度放电）而自动关机才结束。

2.4电池组在使用过程中，有落后电池产生，便使其整组容量变小，中断后的备用时间缩短，严重时直至报废。

三、如何采取相应的措施

按照蓄电池厂家的规定，蓄电池应该定期测试整组的浮充电压，每月检查每只电池的浮充电压及温度，每年进行一次容量测试。

3.1监测浮充电压是维护电池的重要手段

蓄电池组与UPS整流器并联，平常不放电，处于浮充状态下，只起平滑滤波、后备电源作用；一旦市电中断，蓄电池才担负起向负载供电的任务。

电池组在长期的浮充备用状态下，经过多次循环使用后，由于其内部的原因会出现端电压、内阻不一致的现象。如果发现各单元电池间的端电压差超过0.4V以上，应该对各单元电池进行均衡充电，以恢复电池的内阻和消除各单元电池之间的端电压不平衡。均衡充电时充电电压取13.5～13.8V即可。经过均衡充电后的电池组的电压、内阻不平均现象可以得道改善，可以延长电池组的寿命。

一般情况下，全浮充电电压定为13.5～13.8V，比较合适，如果不按次浮充工作范围工作，就会出现严重的容量下降，充电压过高会导致热失控，热失控的直接后果是蓄电池的外壳鼓包、漏气、爆炸、电池失去放电功能，最后只有报废。所以监测浮充电压是维护电池的重要手段。

3.2 保证电池环境温度

对蓄电池温度特性理解不够，导致电池组在短期使用后容量大大低于其标称容量，造成市电中断后的备用时间明显缩短，严重时直至报废。蓄电池组最理想的工作环境温度保证在20——25℃；因此对电池环境监测也是维护电池的重要手段。

3.3 监测落后电池

蓄电池是以化学能和电能互相转换工作的，在使用过程中，其内部的电化学变化常会引起电池容量改变，使其某些单体电池内阻变大，容量变小，由于一组蓄电池的容量是由其中最小落后单体电池容量决定的，因此对落后电池监测是维护电池最重要的手段。

四、如何实现UPS蓄电池的监控和维护

其实现方式中，UPS蓄电池监控设备各个厂家不同，以BTR公司提供的BMU007-12采集设备为例，集单体电压、温度电流等采集及充放电曲线存储等功能于一体，具有精度高、功能齐全、施工便捷等特点。

l       单体电压采集：可以对最大40只的电池组（12V单体电池）精确测量，精度误差不超过10MV。通过此项功能可以对电池组的浮充电压、均衡充电压和放电压的监测，可以防止浮充电压过高或偏低、杜绝深度放电，有效的监测电池间的端电压是否不平衡（超过0.4V）。

l       环境温度采集:提供两路温度采集（模拟量4－20mA）,采用传感器完成信号转换后，由BMU007-12完成数据采集。此项功能监测电池组在备用情况下的环境温度和电池充放电时和电池表面温度。

l       充放电电流采集: 采用精密霍尔传感器完成信号转换后，由BMU007-12完成数据采集，精度高，最小可以测量1A电流。

l       监测落后电池：

BMU007-12如何监测落后电池：在充放电过程中分别每30秒记录电池组单体端电压，组成电池组特性比较图，据此判断电池组中是否有不良、最小容量之单电池或测试放电后空载的单体端电压，如果单体电压低于10.8V的就是落后电池。

理论说明：

1、电池在放电时端电压于内阻之关系：端电压=蓄电池的化学电势-放电电流×蓄电池内阻

V=ε-I放×r。

2、电池在充电时端电压于内阻之关系：端电压=蓄电池的化学电势＋放电电流×蓄电池内阻

V=ε＋I充×r。

蓄电池组在放电时，内阻越大的电池，其端电压越低，而充电时，内阻越大的电池，其端电压越高。一组良好的蓄电池，其内阻都很均匀，应此其特性曲线亦很均匀，而其中有不良蓄电池者，其特性曲线为在放电时较低，而充电时则高。

                               

                             
图一：此组为好的电池组，好的电池组其放电于充电时曲线很均匀，每一个电池的曲线保持一致。

                  

图二：此组电池为不良电池，特别是2号电池在放电时，下降很大，在充电时，上升很高，不良的电池因其内阻较大故其特性曲线在放电时压降得比好的电池低，充电时比好的电池高。