论文总字数：22252字

摘 要

阀控式铅酸蓄电池组广泛应用于国民生活的各个领域，因其具有“免维护”的特点而广受青睐，但是其性能却会因为各种原因而产生退化。保证使用中的电池具有良好的性能十分重要，尤其是当铅酸蓄电池组作为电信基站的备用电源时，假如市电中断且电池组存在性能缺陷，将导致通信设备停电宕机，可能会给企业以及社会带来重大损失。因此，寻找到能够诊断铅酸蓄电池组性能的方法具有重要意义。本文主要介绍了两种诊断方法，分别使用铅酸蓄电池组的核对性放电数据和其均充数据来对电池组性能进行判断。

本文中，首先对阀控式铅酸蓄电池组中单体电池的放电电压变化进行了详尽的分析，归纳总结了不同性能的电池的电压变化特性，并提出了第二下降段的概念，即在电池放电过程中，电压经历初期快速下降并稳定后，会再一次出现明显的下降过程。借助matlab对第二下降段的曲线进行拟合，并求取该过程中斜率绝对值的最大者，以此作为判断电池性能的依据，得到了一种新的根据放电数据判断电池性能的方法。其次，受海军测试火炮准确度方法的启发，针对铅酸蓄电池组的均充电压分布提出了半数界的概念，并且发现处于半数界上界外的电池能够揭示整组的性能状态，通过引入上界距概念以对其进行讨论，得到了三条经验性的结论。

关键词：铅酸蓄电池；核对性放电试验；均衡充电电压统计分析；性能诊断；大数据分析；半数界方法；

ONLINE MONITORING AND PERFORMANCE DETECTING SYSTEM FOR VRLA BATTERY

Abstract

Valve Regulated Lead Acid (VRLA) Battery is widely used in everyday life now. It receives welcome because of its non-maintaining property. It is very important to make sure that the batteries in-use are in good situation, especially when those batteries play the role of backup power in Telecom base stations. If the electricity is down and the batteries can not fit demand because of bad performance, it will bring great damage to enterprises and the society. As a consequence of that, finding the methods to detect the state of VRLA battery is very meaningful. The deciding methods based on the discharge and charge data of battery are introduced in this paper.

In this paper, explicit analysis of the diversification of the discharge voltage is carried out at the beginning. The definition of second descent stage is put up. Calculate the maximum absolute value of second descent stage through matlab and this maximum is the criterion of the detection for performance of VRLA battery. In the next section, inspired by the way how navy test the accuracy of guns, the definition of half number zone for charge voltage is carried out. The fact that the data beyond half number zone is related to the performance of battery is found. Three empirical conclusions are acquired through the definition of distance to upper bound.

KEY WORDS: lead acid battery, discharge test, stable-voltage charge statistical analysis, deciding methods for performance, big data analysis, half number zone

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 本课题研究背景及意义 1

1.2 铅酸蓄电池组工作原理及失效原因 2

1.2.1 工作原理 2

1.2.2 失效原因 2

1.2.3 失效表现 3

1.3 课题研究现状 3

1.3.1 内阻在线监测手段 4

1.3.2 铅酸蓄电池组维护方法 4

1.3.3 在线监测系统的开发 5

1.3.4 均衡充电策略 6

1.3.5 小结 7

1.4 本文的主要内容 7

第二章 蓄电池在线监测 8

2.1 常用蓄电池组监测管理系统简介 8

2.2 本文使用的系统简介 8

2.2.1 硬件部分 9

2.2.2 软件部分 9

2.3 性能诊断方法 10

2.3.1 内阻测量方法 10

2.3.2 容量测量方法 11

第三章 基于核对性放电数据的电池性能诊断方法 12

3.1 放电过程曲线分析 12

3.2 判别方法 14

第四章 基于均衡充电电压的半数界性能诊断算法 18

4.1 均充电压数据分析 18

4.2 半数界方法 21

4.3 落后电池判别方法 23

4.4 整体性能良好的电池组判别方法 24

4.5 整组性能恶化的电池组判别方法 25

4.6 讨论 26

第五章 总结和展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 29

参考文献 30

致谢 31

绪论

本课题研究背景及意义

蓄电池组作为后备电源或储能装置，在各行各业得到了普遍地应用，但是由于缺乏有效的维护和性能诊断手段，蓄电池也会经常会供电能力不足的问题，影响到关键设备的供电安全和紧急情况下的供电安全。

譬如在通信行业，通信设备正常情况下由市电经整流器直流供电，在市电停电情况下，若蓄电池不能正常供电，则通信系统出现宕机甚至是瘫痪事故。多数蓄电池组在市电正常时处于浮充状态，其健康状况不明，市电停电时，蓄电池组能否正常供电、可以供电多长时间都是未知的。在通信行业每年都会发生因此而导致的大面积通信瘫痪事故。又譬如在其他大型企业，关键设备和系统都需要绝对保证供电安全，因此都配备了大型的UPS系统。UPS蓄电池平时处于浮充状态，其健康状态和供电能力不明，很有可能在市电停电，供电系统切换到UPS供电时，UPS仅能支撑几分钟甚至更短时间就完全崩溃。因此需要有技术手段能够及时发现UPS的蓄电池潜在的故障隐患，保障供电安全。

各大型国有企业都配备有大量的蓄电池。比如中国电信江苏分公司就配备有超过20000个蓄电池组。目前，蓄电池组主要依靠人工现场维护，按照维护规程，每半年需要进行一次深度超过蓄电池容量30%的核对性放电试验及其他检查，一次试验需要2人4小时的工作量，加上车辆使用费，大约需要800元的经费。可以想见要完成所有蓄电池组的维护，需要多么庞大的人力、物力和维护经费。因此，各个企业的绝大多数蓄电池组长时间处于维护失控状态，导致各种各样的停电事故层出不穷，给企业造成大量损失。同时，大量蓄电池不到设计寿命就提前报废，增加了企业的运营成本和环境污染。

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