1前言

　　可靠的供电是稳定业务运行的基本条件之一，在保证供电的连续性，保证供电系统的安全性方面，UPS电源时刻发挥着重要的安全保障作用。UPS是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成的稳压稳频的不间断电源，市电供电中断时，UPS能保证输出供电的连续性。供电时间的长短是UPS的重要技术指标，因此蓄电池是UPS的重要组成部分，蓄电池作为动力提供的最后保障，无疑是UPS电源中的最后一道保险，其状态的好坏直接关系到UPS是否正常工作。

　　目前，UPS广泛使用着免维护密封铅酸蓄电池。在使用过程中，人们往往错误的认为蓄电池是免维护的而不加重视，许多用户从装上电池后就基本没有进行过维护和管理。有资料统计，因蓄电池故障而引起UPS主机故障或工作不正常的比例大约为1/3。为使UPS充分发挥功能，必须对UPS蓄电池进行管理和维护。

　　2蓄电池管理是UPS不间断供电系统维护的重要工作

　　由于蓄电池是化学电源，其在使用过程中一些蓄电池会提前老化或损坏，从而严重影响整个蓄电池组的供电水平甚至无法供电。UPS电池组在运行过程中，随着使用时间的增加必然会有个别或部分电池呈老化现象。整组电池的容量是以状况最差的那一块电池的容量值为准，而不是以平均值或额定值为准。若不及时检测，找出老化电池给予调整，电池组的容量将变小，电池寿命缩短，影响系统的高效安全运行。

　　其实从蓄电池产生的时候起，对蓄电池的管理就已经开始了，只不过那时管理的目的是进行出厂或投入使用前的检验，保证投入使用的蓄电池都是合格产品。根据经验，在蓄电池使用到寿命的三分之一时个别电池便会出现问题，而且今后每年都将会发现有问题的电池，而如果不能及时发现这些有问题的电池，将影响蓄电池供电，有可能带来灾难性后果。所以让每一块蓄电池时刻处于完好状态是蓄电池管理的最主要的目的。蓄电池寿命无法达到设计要求，在实际应用中，几乎很少能够达到标称容量。

　　目前，蓄电池运行中存在的隐患主要有：

　　(1) 蓄电池寿命无法达到设计要求

　　目前我们使用的蓄电池或许存在这样的问题：在蓄电池安装时，蓄电池的厂家称阀控铅酸蓄电池在浮充下的使用寿命可以达到10年以上，但在实际中，蓄电池可能在3年时就出现劣化，以致使用不到5年的蓄电池就得淘汰。

　　(2)单体电池之间不均衡

　　目前蓄电池组往往有数量很多的单体电池组成(如64只、32只等)，在实际运行中存在单体电池之间充电电压或内阻等差异较大的情况，特别是在浮充下，这种不均衡现象显得非常严重。

　　(3)蓄电池浮充下缺乏温度补偿

　　由于蓄电池的工作环境比较复杂，而环境温度对于蓄电池的影响，特别是电压、电流的影响较大。在25℃以上，每增加1℃，蓄电池充电电流将会增加10%，蓄电池失水将会增加1.5%。

　　(4)对于蓄电池的运行情况、性能状况不明

　　由于没有良好的手段以及管理，蓄电池的使用者对于蓄电池的运行情况缺乏足够的了解，特别是对于蓄电池历史数据的整理以及分析。

　　(5)蓄电池管理维护的理念需要改进

　　目前在很多蓄电池的维护人员，受到蓄电池厂家的误导，认为“免维护”就是无需维护，其实“免维护”仅仅是不需要定期对蓄电池进行加水。但由于对蓄电池也无法像以往开口式蓄电池那样，通过测量蓄电池电解液的比重等手段，了解蓄电池性能状况。为此应该将以往的维护观念以及手段加以更新、提高，以适应新技术带来的管理监测水平的要求。

　　(6)蓄电池终止寿命无法提前判断以及蓄电池的更换缺乏科学的依据

　　我们对于蓄电池的寿命终止，希望能够提前作出判断，为蓄电池的更换赢得时间的提前量。但对于蓄电池的寿命的终止，没有一个可靠的手段，仅仅根据多年的经验来进行。所以在实际中，往往是蓄电池放电的容量低于最低要求后，才在放电中发现蓄电池的寿命终止。

　　如何提高UPS电源中蓄电池监测管理手段和水平，降低或杜绝蓄电池事故发生率，无疑对于用户具有很高的经济价值。提高UPS蓄电池运行的安全可靠性是目前困扰用户普遍存在的难题。

　　另外，从经济效益和社会效益上讲，管理蓄电池可以延长整个电池组的使用寿命，减少蓄电池更换量，从而节省费用，也利于环境保护。目前国内很多用户在电池使用一半寿命时就被全部更换掉，实际此时绝大部分电池还是完好的，这样被白白扔掉实在是严重的浪费。

　　　　3实时在线监测是蓄电池管理的有效手段

　　如何测量管理蓄电池，这在不同的时期和不同的技术条件下是不同的：

　　前些年主要是由人工进行检测的，也就是工作人员使用测量仪表定期对电池的端电压或内阻进行实地测量，然后根据测量值判断电池的状态。这种测量方式由于不能在一个时点同时测量，所以误差较大，测量周期长，特别是目前数据中心中的电池数量很大，人工测量工作量太大。

　　现在UPS系统中也配有蓄电池监测功能，能够对蓄电池的充放电情况进行监测(充电电流、放电容量等)，如果电池组出现异常情况将发出报警。但是UPS系统只能对整个电池组进行监测，无法监测电池单元的状况，也就无法保证蓄电池组随时处于完好状态。目前较好的办法，就是对蓄电池进行实时在线监测，随时了解其状态，尽早发现有问题的电池单元，通过更换电池单元保证蓄电池随时可以投入工作。

　　UPS的许多用户认为UPS本身已带蓄电池监测功能，无需再安装另外的蓄电池监测系统。确实，大部分UPS都带有一定的蓄电池监测功能，可以监测组压及记录放电曲线，但是对于准确掌握每节蓄电池的运行状况这些监测是远远不够的。UPS一般只能监测组压，不能监测每节电池的电压，一旦某节电池失效，组压往往还是正常的，而对于串接的电池组来说，这是非常危险的。

　　另外对电池来说极其重要的一个参数电池内阻UPS是无法监测的。对于许多失效电池来说，其电压仍然是正常的，但带载后电压就迅速下跌，原因是其内阻超出了正常范围。这同样导致电池容量的下降，而电压是不能正确反映这些变化的。由于电池组中电池彼此的差异是存在的，而蓄电池组的充电方式无法避免个别电池的热失控。

　　造成蓄电池失效的主要模式包括：硫酸盐化、失水、正极板栅腐蚀、正极物质活性降低及隔膜收缩等。其中硫酸盐化和失水是蓄电池最常见的失效模式。保障蓄电池处于良好的运行环境，及时发现单体蓄电池的早期失效，是避免串连蓄电池组整体失效的最有效手段。对蓄电池的运行参数和性能参数进行综合监控是避免蓄电池的早期失效，延长蓄电池的使用寿命。

　　4实时在线监测蓄电池的主要方法

　　我们所监测的蓄电池是作为UPS电源使用的，平时处于充电状态，与整流器的输出相联，一旦市电中断，蓄电池立即开始放电。与深度循环放电的蓄电池相比，由于UPS电池长期处于浮充状态，即使偶然放电，因放电深度较小(与市电中断时间有关)，因此很难获得蓄电池的准确保有容量。

　　对于蓄电池的实际放电容量参数，由于其采集较为容易实现，我们不作较多说明。如何有效地对于蓄电池在正常状态进行检测与分析，预知它在放电状态下的实际容量，是一个大家较为关注的问题。反映蓄电池性能的参数有两类：阻抗与容量。目前的技术发展对于蓄电池容量的测量而言，不经过一定程度的放电，测量的精度将无法达到要求(这同样是一个国际性的难题)。

　　通过以上的铅酸阀控蓄电池失效模式的分析，可以看出蓄电池的失效是逐渐的，并且都可以在内阻的变化上得到反映，并且目前还没有发现一只蓄电池性能丧失，而其内阻没有变化的实例。这就为我们提供了一个监测蓄电池性能状况的便捷途径：即连续监测蓄电池的运行参数(单电池电压、充放电电流、温度)以及内阻的变化，对于蓄电池进行全监测，通过蓄电池失效早期的特征，及时发现单体电池的不均衡性、以及失效、落后电池等情况，并进行及时有效的处理，就可以防止蓄电池劣化加剧，延长蓄电池的使用寿命。

　　铅酸蓄电池的端电压并不能反映电池的容量特性，实际使用中，能够直接测量的参数除电流、电压外，蓄电池内阻(或电导)是可以直接测量的一个参数，内阻(或电导)测试仪是一种普遍应用的测量工具。在实际测量电池的内阻后，能够发现电池的许多问题，尤其是能够立即判断严重失效的电池或存在连接问题的电池。电池的内阻已被公认为是一种迅速而又可靠的诊断电池健康状况的方法。

　　通常内阻的测量方式有以下两种目前：

　　(1)直流方法

　　直流方法是在电池组两端接入放电负载，测量电压的变化(U1-U2)和电流值(I)计算电池的内阻(R)。蓄电池从浮充状态切换到放电状态，即停止充电后，电池回落到某平衡电位，接入放电负载后，电压发生阶跃变化。这样，根据在不同电流(I1、I2)下的电压变化(U1-U2)来计算内阻值。由于内阻值很小，在一定电流下的电压变化幅值相对较小，给准确测量带来困难，由于放电过程电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值。实际测量中，直流方法所得数据的重复性较差、准确度很难达到10%以上。

　　目前很多采用直流测试法的内阻测试设备都采用大电流放电，这样，需要大的放电器和大截面的导线同蓄电池连接，这在实际使用中会带来安全隐患。同时由于需要对蓄电池进行动作(放电)，在测量过程中，对于在线测量以及两次测量的时间间隔有一定的限制。

　　(2)交流方法

　　相对直流法，通过交流法测量蓄电池内阻就要简单一些。从理论上讲，向电池馈入一个交流电流信号，测量由此信号产生的电压变化即可测得电池的内阻。当使用受控电流时，ΔI=ImaxSin(2πft)，产生的电

　　压响应为：

　　ΔV=VmaxSin(2πft+φ)

　　若使用受控电压激励，ΔV=VmaxSin(2πft)，产生的电流响应为：

　　ΔI=VmaxSin(2πft-φ)

　　两种情况的阻抗均为：

　　即阻抗是与频率有关的复阻抗，其模|Z|=Vmax/Imax，相角为φ。

　　R=Vav/Iav

　　式中：Vav——检测到交流信号的平均值;

　　Iav——馈入交流信号的平均值。

　　在实际使用中，由于馈入信号的幅值有限，电池的内阻在微欧或毫欧级，因此，产生的电压变化幅值也在微欧级，信号容易受到干扰。尤其是在线测量时，会受到整流器(充电器)充电或负载用电的影响。工频和射频干扰也影响读数。而采用数字信号处理技术就可以有效克服外界干扰，获得比较稳定的内阻数据，同时该方法不需要增加蓄电池的任何动作，因而在在线测量、网络化方面具有很大的技术优势。