在线式电池内阻测试仪在UPS蓄电池组全生命周期管理中的应用
【摘要】UPS蓄电池组是整个电气系统应急供电的核心储能单元，SSB电池组的健康状态更是直接影响到应急供电的可靠性。SSB免维护铅酸蓄电池在长期运行工作中非常容易受到温度、充放电循环等因素的影响而出现容量衰减或是内阻增大等问题，而传统离线检测方式又存在断电风险、效率低下等各种弊端。基于此，本文对在线式电池内阻测试仪展开研究，通过分析测试仪的技术原理，指出目前在全生命周期管理中面临的突出问题，并提出相应的应用策略。
【关键词】在线式电池内阻测试仪；UPS蓄电池组；全生命周期管理
1 前言
狮克大屏幕三相 UPS 配套的免维护铅酸SSB蓄电池组，具有容量大、放电性能稳定、成本适中等优势，广泛应用在中大功率的UPS系统中。但是这种类型的电池在长时间使用中，会因为运行温度、充放电次数、充电方式或是环境湿度等的影响，逐渐出现极板硫化、内阻增大、容量衰减等各种老化问题。如果不及时发现并处理，就可能会造成UPS应急供电失效，并引发设备停机或数据丢失等一系列的严重后果。在线式电池内阻测试仪具有无损检测、实时监测以及数据追溯等优势，目前逐渐成为了UPS蓄电池组全生命周期管理的重要技术手段。
2 在线式电池内阻测试仪的技术原理
在线式电池内阻测试仪一般会采用两种测量原理，其中交流注入法由于具有较强的适配性以及更高的精准度，也逐渐成为了UPS蓄电池组监测的首选。交流注入法会向单体电池中注入高频小幅度的交流信号，通过测量电压响应来实现对内阻的精准测量。这种方法不会受到冲击损伤，且能够在电池浮充状态下也持续进行监测，还有着较强的抗干扰能力，因此适配于UPS蓄电池组长期浮充的运行模式。而直流脉冲法会叠加短时的直流脉冲信号，更加适合应用在动力电池或大功率的UPS蓄电池组上，要提高设备的抗干扰设计，以避免脉冲信号对UPS系统形成的影响。
3 UPS蓄电池组全生命周期管理面临的痛点
首先，在选型验收过程中，通常需要进行单体电池内阻一致性的验证，使用传统离线的检测方式需要逐节进行断开测量，不仅工作效率低下，也不能充分反映电池组串联后的整体匹配性，经常会导致某些一致性不足的电池混入到系统当中，影响到设备的整体性能；其次是在设备的运行监控阶段，蓄电池组工作时会处于浮充状态，采用传统的方式不能实时监测到蓄电池组内阻的变化，只能结合电压来判断其工作状态。此外，对于那些电压正常单体出现内阻异常增大的电池，并不能提前进行预警；再有在设备的维护保养时，通常需要定期进行电池组的容量测试，离线放电测试的方式需要中断UPS应急保障，并且也不能定位单体劣化的电池，只能采用整组更换的方式，面临着更高的维护成本；最后在设备退役处置过程中，没有相对有效的退役判断标准，以往也只是按照设备的使用年限以及电池组的容量测试结果作为判定依据，很容易会造成提早退役或超期服役的情况，出现大量的资源浪费或是安全隐患。
4 在线式电池内阻测试仪在UPS蓄电池组全生命周期管理中的应用
4.1 选型组装过程保证电池一致性
对于UPS蓄电池组的选型阶段的重要要求就是要筛选出性能一致的单体电池，避免由于初始的一致性不足而造成之后的木桶效应，影响到整合电池组的使用寿命。一是要做好基准值的建立，要选择同批次、同型号的单体电池，然后使用在线式内阻测试仪逐节测量其内阻和开路电压，并做好初始数据记录，形成这一批次电池的内阻基准值范围；二是做好一致性的筛选，针对那些拟入库的电池要开展批量测试，去除内阻超出基准值±10%以及电压偏差超过±0.05V的单体电池，保证入选电池的一致性；三是在电池组的串联组装之前，要尽量把内阻相近的单体电池分在同一组，避免串联后各单体的充放电不均衡；四是当电池组组装完成之后，要运用测试仪测量单体电池的内阻和组端总电压，保证连接的可靠性，没有出现接触不良的问题。
4.2 运行监控过程做好实时预警
UPS蓄电池组的运行监控是其全生命周期管理的关键环节，重点是要实时掌握电池组的健康状态，能够提前预警故障电池。在电池组运行期间，要定期使用手持式或固定式的在线内阻测试仪开展在线监测，掌握各单体电池的内阻、电压以及电池组运行环境的温度情况；可以通过配套的PC软件记录下每次测量的结果数据，然后绘制形成内阻变化趋势曲线，一旦出现了持续上升趋势，则应当判定为存在劣化趋势；当单体电池的内阻超过初始基值的25%就要触发预警，然后安排工作人员开展专项检查；内阻超过初始基值50%或是电压低于了12.0V时，就要判定为出现了严重劣化，及时进行更换。
4.3 做好维护保养的精准定位
对UPS蓄电池组维护保养主要是要修复存在轻微劣化的电池，并更换存在严重劣化问题的电池，优化电池参数，适当延长电池组的整体使用寿命。使用在线式电池内阻测试仪进行劣化的电池定位。结合日常维护监测数据，来精准定位那些存在内阻异常的单体电池，不需要对整组电池离线放电测试，只需要针对异常电池进行单独检测就可以；对于那些内阻轻微增加的电池，可以通过均衡充电或清洁电池端子等措施来恢复性能；而对于严重劣化的电池，就要及时更换新电池；还可以利用在线式电池内阻测试仪监测的电池电压和内阻等数据，进行UPS充电参数的调整。如果多节电池出现了充电不足的情况，就可以适当增加浮充电压；而如果出现了过充电的问题，就要适当降低浮充电压以避免电解液的损耗；另外，使用在线式电池内阻测试仪还可以测量连接条的电阻。若是电阻大于了5mΩ，就表示具有接触不良的现象。应当重新紧固端子或是更换连接条，降低由于接触电阻形成的局部发热和能量损耗。
4.4 科学判定退役标准
UPS蓄电池组设备退役处置环节最重要的是要做好电池组是否达到退役条件的判定，尽可能减少不必要的资源浪费。对于退役指标的检测方面，如果电池组的使用年限已经接近4年的设计寿命，或者多次出现了单体电池劣化更换情况，此时就可以使用在线式内阻测试仪对整组电池进行全面检测，并记录各单体内阻、电压以及放电时间；然后结合测量数据进行退役标准的判定。如果整组电池实际放电容量低于额定容量的80%或是超过30%的单体电池内阻超过了初始基值2倍，再或者是电池出现了漏液、鼓包等物理损坏情况，就可以判定达到了退役标准。
4.5 在线式内阻测试仪应用优化建议
一是和UPS的监控系统进行联动，充分利用远程控制接口，将在线式内阻测试仪的监测数据接入到UPS监控系统当中，实现对内阻、电压、温度等数据的实时监测；
二是形成动态调整的监测周期，要结合电池的工作使用年限来及时调整监测周期，对于新电池组可以每3个月监测一次，工作2年后的电池组就要每月监测一次，工作3年后每半月监测一次，适当提高劣化后期的监测密度；
三是做好环境温湿度补偿，充分利用测试仪的温度测量功能，按照环境温度变化对测量结果进行修正，避免因为温度因素影响形成的误判；
四是加强操作人员培训，特别是要做好设备运维人员的操作培训，特别是要重点培训有关在线式内阻测试仪的四电极连接方法、数据趋势分析以及UPS充电参数调整流程等方面的内容，以保证测量数据的准确性。
5结束语
综上所述，在线式电池内阻测试仪在UPS全生命周期管理中，能够助力蓄电池组的无损、实时和精准监测，可以提前预警劣化电池，并延长蓄电池组的整体寿命，因此要进一步加强在线式内阻测试仪的合理应用，为 UPS 蓄电池组全生命周期管理提供更加科学有效的技术支撑。
在线式电池内阻测试仪在UPS蓄电池组全生命周期管理中的应用
【摘要】UPS蓄电池组是整个电气系统应急供电的核心储能单元，SSB电池组的健康状态更是直接影响到应急供电的可靠性。SSB免维护铅酸蓄电池在长期运行工作中非常容易受到温度、充放电循环等因素的影响而出现容量衰减或是内阻增大等问题，而传统离线检测方式又存在断电风险、效率低下等各种弊端。基于此，本文对在线式电池内阻测试仪展开研究，通过分析测试仪的技术原理，指出目前在全生命周期管理中面临的突出问题，并提出相应的应用策略。
【关键词】在线式电池内阻测试仪；UPS蓄电池组；全生命周期管理
1 前言
狮克大屏幕三相 UPS 配套的免维护铅酸SSB蓄电池组，具有容量大、放电性能稳定、成本适中等优势，广泛应用在中大功率的UPS系统中。但是这种类型的电池在长时间使用中，会因为运行温度、充放电次数、充电方式或是环境湿度等的影响，逐渐出现极板硫化、内阻增大、容量衰减等各种老化问题。如果不及时发现并处理，就可能会造成UPS应急供电失效，并引发设备停机或数据丢失等一系列的严重后果。在线式电池内阻测试仪具有无损检测、实时监测以及数据追溯等优势，目前逐渐成为了UPS蓄电池组全生命周期管理的重要技术手段。
2 在线式电池内阻测试仪的技术原理
在线式电池内阻测试仪一般会采用两种测量原理，其中交流注入法由于具有较强的适配性以及更高的精准度，也逐渐成为了UPS蓄电池组监测的首选。交流注入法会向单体电池中注入高频小幅度的交流信号，通过测量电压响应来实现对内阻的精准测量。这种方法不会受到冲击损伤，且能够在电池浮充状态下也持续进行监测，还有着较强的抗干扰能力，因此适配于UPS蓄电池组长期浮充的运行模式。而直流脉冲法会叠加短时的直流脉冲信号，更加适合应用在动力电池或大功率的UPS蓄电池组上，要提高设备的抗干扰设计，以避免脉冲信号对UPS系统形成的影响。
3 UPS蓄电池组全生命周期管理面临的痛点
首先，在选型验收过程中，通常需要进行单体电池内阻一致性的验证，使用传统离线的检测方式需要逐节进行断开测量，不仅工作效率低下，也不能充分反映电池组串联后的整体匹配性，经常会导致某些一致性不足的电池混入到系统当中，影响到设备的整体性能；其次是在设备的运行监控阶段，蓄电池组工作时会处于浮充状态，采用传统的方式不能实时监测到蓄电池组内阻的变化，只能结合电压来判断其工作状态。此外，对于那些电压正常单体出现内阻异常增大的电池，并不能提前进行预警；再有在设备的维护保养时，通常需要定期进行电池组的容量测试，离线放电测试的方式需要中断UPS应急保障，并且也不能定位单体劣化的电池，只能采用整组更换的方式，面临着更高的维护成本；最后在设备退役处置过程中，没有相对有效的退役判断标准，以往也只是按照设备的使用年限以及电池组的容量测试结果作为判定依据，很容易会造成提早退役或超期服役的情况，出现大量的资源浪费或是安全隐患。
4 在线式电池内阻测试仪在UPS蓄电池组全生命周期管理中的应用
4.1 选型组装过程保证电池一致性
对于UPS蓄电池组的选型阶段的重要要求就是要筛选出性能一致的单体电池，避免由于初始的一致性不足而造成之后的木桶效应，影响到整合电池组的使用寿命。一是要做好基准值的建立，要选择同批次、同型号的单体电池，然后使用在线式内阻测试仪逐节测量其内阻和开路电压，并做好初始数据记录，形成这一批次电池的内阻基准值范围；二是做好一致性的筛选，针对那些拟入库的电池要开展批量测试，去除内阻超出基准值±10%以及电压偏差超过±0.05V的单体电池，保证入选电池的一致性；三是在电池组的串联组装之前，要尽量把内阻相近的单体电池分在同一组，避免串联后各单体的充放电不均衡；四是当电池组组装完成之后，要运用测试仪测量单体电池的内阻和组端总电压，保证连接的可靠性，没有出现接触不良的问题。
4.2 运行监控过程做好实时预警
UPS蓄电池组的运行监控是其全生命周期管理的关键环节，重点是要实时掌握电池组的健康状态，能够提前预警故障电池。在电池组运行期间，要定期使用手持式或固定式的在线内阻测试仪开展在线监测，掌握各单体电池的内阻、电压以及电池组运行环境的温度情况；可以通过配套的PC软件记录下每次测量的结果数据，然后绘制形成内阻变化趋势曲线，一旦出现了持续上升趋势，则应当判定为存在劣化趋势；当单体电池的内阻超过初始基值的25%就要触发预警，然后安排工作人员开展专项检查；内阻超过初始基值50%或是电压低于了12.0V时，就要判定为出现了严重劣化，及时进行更换。
4.3 做好维护保养的精准定位
对UPS蓄电池组维护保养主要是要修复存在轻微劣化的电池，并更换存在严重劣化问题的电池，优化电池参数，适当延长电池组的整体使用寿命。使用在线式电池内阻测试仪进行劣化的电池定位。结合日常维护监测数据，来精准定位那些存在内阻异常的单体电池，不需要对整组电池离线放电测试，只需要针对异常电池进行单独检测就可以；对于那些内阻轻微增加的电池，可以通过均衡充电或清洁电池端子等措施来恢复性能；而对于严重劣化的电池，就要及时更换新电池；还可以利用在线式电池内阻测试仪监测的电池电压和内阻等数据，进行UPS充电参数的调整。如果多节电池出现了充电不足的情况，就可以适当增加浮充电压；而如果出现了过充电的问题，就要适当降低浮充电压以避免电解液的损耗；另外，使用在线式电池内阻测试仪还可以测量连接条的电阻。若是电阻大于了5mΩ，就表示具有接触不良的现象。应当重新紧固端子或是更换连接条，降低由于接触电阻形成的局部发热和能量损耗。
4.4 科学判定退役标准
UPS蓄电池组设备退役处置环节最重要的是要做好电池组是否达到退役条件的判定，尽可能减少不必要的资源浪费。对于退役指标的检测方面，如果电池组的使用年限已经接近4年的设计寿命，或者多次出现了单体电池劣化更换情况，此时就可以使用在线式内阻测试仪对整组电池进行全面检测，并记录各单体内阻、电压以及放电时间；然后结合测量数据进行退役标准的判定。如果整组电池实际放电容量低于额定容量的80%或是超过30%的单体电池内阻超过了初始基值2倍，再或者是电池出现了漏液、鼓包等物理损坏情况，就可以判定达到了退役标准。
4.5 在线式内阻测试仪应用优化建议
一是和UPS的监控系统进行联动，充分利用远程控制接口，将在线式内阻测试仪的监测数据接入到UPS监控系统当中，实现对内阻、电压、温度等数据的实时监测；
二是形成动态调整的监测周期，要结合电池的工作使用年限来及时调整监测周期，对于新电池组可以每3个月监测一次，工作2年后的电池组就要每月监测一次，工作3年后每半月监测一次，适当提高劣化后期的监测密度；
三是做好环境温湿度补偿，充分利用测试仪的温度测量功能，按照环境温度变化对测量结果进行修正，避免因为温度因素影响形成的误判；
四是加强操作人员培训，特别是要做好设备运维人员的操作培训，特别是要重点培训有关在线式内阻测试仪的四电极连接方法、数据趋势分析以及UPS充电参数调整流程等方面的内容，以保证测量数据的准确性。
5结束语
综上所述，在线式电池内阻测试仪在UPS全生命周期管理中，能够助力蓄电池组的无损、实时和精准监测，可以提前预警劣化电池，并延长蓄电池组的整体寿命，因此要进一步加强在线式内阻测试仪的合理应用，为 UPS 蓄电池组全生命周期管理提供更加科学有效的技术支撑。
