[发明专利]铅酸蓄电池多状态在线监测系统

说明书

本发明涉及一种铅酸蓄电池多状态在线监测系统，属于电池安全监测技术领域；包括本体监测模块、环境监测模块和监控后台，本体监测模块包括内阻监测单元、浮充电流监测单元、铅酸蓄电池表面温度监测单元，内阻监测单元包括依次连接的切换电路、恒流放电负载和电压传感器，恒流放电负载和电压传感器并联；浮充电流监测单元包括依次连接的调制电路、开口式磁通门探测头、过压保护电路、信号处理电路；环境监测模块位于铅酸蓄电池室内，包括可燃气体监测单元、烟雾监测单元、湿度监测单元、图像监测单元；对于铅酸蓄电池失效或火灾极早期较为敏感的判断因素进行实时状态采集监测，提升铅酸蓄电池火灾识别的准确率。

技术领域

本发明涉及一种铅酸蓄电池多状态在线监测系统，属于电池安全监测技术领域。

背景技术

变电站直流电源系统是变电站二次系统继电保护、安全自动装置、及自动化设备等的工作电源来源，是变电站得以安全可靠运行的基本保障。而蓄电池作为直流电源系统最核心的部分，是交流输入异常时直流电源系统得以继续为负荷提供工作电源的唯一后背支撑。因此，一旦蓄电池损坏，继电保护装置将失去工作电源，失去快速切除事故负荷的能力，将会直接造成重大设备损坏或变电站全停，对电网企业和国民经济造成重大损失。

铅酸蓄电池具有成本低、性价比高、可靠性好、原材料易得等优点。由于全密封，无须加水维护，阀控式密封铅酸蓄电池也被称为“免维护”蓄电池。但正是由于“免维护”使得用户放松了对阀控铅酸蓄电池的日常维护和管理，阀控铅酸蓄电池在实际使用中常出现过早失效与热失控现象。当电池被充电时，电池内部温度发生累积增强作用。增温过程中，热量累积到一定程度，电池端电压会突然降低，迫使电流突然增大，从而损坏蓄电池，这种现象称为热失控。铅酸蓄电池热失控严重时可引发蓄电池燃烧，导致变电站发生火灾或全站直流系统失压，危害电力系统安全运行。基于上述事实，分析铅酸蓄电池常见故障与明火引发的关联特性，寻找蓄电池火灾引发的关键因素至关重要。

由于二次系统中直流电源设备故障或系统异常运行导致的电力系统事故，其中有部分原因是铅酸蓄电池容量不足、健康度降低、铅酸蓄电池开路等。因此，通常情况下我们只关注于铅酸蓄电池性能劣化对直流电源系统供电可靠性的制约，而忽视了铅酸蓄电池作为一种能量储存与转换的装置，是化学能与电能的循环转换，会因为连接不牢固、转换效率等热量的积累产生温升造成铅酸蓄电池起然；或是化学反应的变化析出可燃气体，更是带来燃爆的风险。

(1)铅酸蓄电池内阻增大或连接条松动造成铅酸蓄电池起燃

根据能量计算公式：Q＝I2RT(Q代表能量，I代表电流，R代表电阻，T代表时间)可知，当有电流流过时即会释放能量，且电流和电阻越大，释放的能量也越大。而对于铅酸蓄电池来讲，这些能量都将以热量的形式散发。当需要铅酸蓄电池对外输出供电时，如果某节铅酸蓄电池的内阻增大或两节铅酸蓄电池间连接条松动导致接触电阻增大，在放电电流经过该部位时会导致铅酸蓄电池内部或极柱的温度急剧升高，并且会随着时间的推移而加剧。当温度上升到一定程度时，就会引起电池端子发热导致外壳材料炭化，ABS冒烟起火。

(2)铅酸蓄电池热失控导致铅酸蓄电池燃爆

铅酸蓄电池的热失控指的是电池过充或环境温度过高导致充电电流过大，产生的热量将使电池进一步升温。铅酸蓄电池的温度升高，其内部化学反应更快速，导致铅酸蓄电池的内阻下降，内阻的下降又加强了充电电流。温度升高和电流的增大互相促进，使电池内部温度可以高达120℃以上，软化ABS外壳(ABS软化点90℃左右)，从而发生电池的膨胀、漏液、起火。

需要注意的是正常浮充的电池在寿命中后期也可能会发生热失控，原因是充电末期电池会发生电解水反应，而氧复合的效率并不能达到100％，不断的电解液损耗会导致隔板的饱和度下降，这会增加密封铅酸蓄电池的氧复合的电流，不但增大电池的浮充电流，加速了电池的发热和进一步的失水，并最终引发热失控。所以说长期对铅酸蓄电池进行浮充电，从本质上也是一种过充电。