GB/Z 111-2025 核电厂固定式铅酸蓄电池监测系统选择与使用指南

　　中华人民共和国国家标准化指导性技术文件

　　GB/Z111—2025

　　核电厂固定式铅酸蓄电池监测系统选择与

　　使用指南

　　Guideforselectionanduseofleadacidbatterymonitoringsystem instationary

　　applicationsofnuclearpowerplant

　　2025-12-03发布

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　发

　　布

　　GB/Z111—2025

　　目次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2规范性引用文件 1

　　3术语和定义 1

　　4 系统组成及特点 2

　　5核安全需考虑的因素 2

　　6应用需考虑的其他因素 3

　　7测量参数 4

　　附录 A(资料性) 测量传感器 12

　　附录 B (资料性)纹波电压和电流 13

　　附录 C (规范性) 环境温度 15

　　参考文献 16

　　前言

　　本文件为规范类指导性技术文件。

　　本文件按照 GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由全国核仪器仪表标准化技术委员会(SAC/TC30)提出并归口。

　　本文件起草单位:上海核工程研究设计院股份有限公司、深圳中广核工程设计有限公司、中国核电工程有限公司、中核能源科技有限公司。

　　本文件主要起草人 :倪丹、端木宇翔、黄冬艳、孙浩、刘晨、姜博文、肖孟男、魏钰柠、蔡伟充、王思聪、卢燕云、蒋松芳、明昊、张云舒、刘鑫、周子喻。

　　核电厂固定式铅酸蓄电池监测系统选择与

　　使用指南

　　1 范围

　　本文件提供了蓄电池监测系统相关设备系统组成及特点、核安全需考虑的因素、应用需考虑的其他因素、测量参数等内容的建议。

　　本文件适用于核电厂直流系统中排气式铅酸蓄电池和阀控式铅酸蓄电池的蓄电池监测系统的选择与使用。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注 日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 13286—2021 核电厂安全级电气设备和电路独立性准则

　　DL/T 2226—2021 电力用阀控式铅酸蓄电池组在线监测系统技术条件

　　NB/T 20028.4核电厂用蓄电池第 4部分:维护、试验和更换方法

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　蓄电池监测系统 batterymonitoringsystem

　　一个永久安装的系统,具备实时、连续地对蓄电池重要运行参数进行采集、存储、报告等功能,能实现对蓄电池组状态的在线监测。

　　3.2

　　电压骤降coupdefouet

　　铅酸蓄电池放电时经历的初始电压下降和恢复过程。

　　3.3

　　纹波ripple

　　相对于直流电压算术平均值的周期性偏差。

　　注:一种在直流电路中出现均匀波形为特点的交流分量,通常以电流或电压的峰值、峰峰值或均方根(RMS)表示。[来源 :GB/T 2900.19—2022,3.2.5.2,有修改]

　　3.4

　　热失控thermalrunaway

　　充电时出现的一种临界状态,由蓄电池组热量产生的速率超过其散热能力导致温度连续升高引起,进而使蓄电池组破坏。

　　[来源 :GB/T 2900.41—2008,482-05-54]

　　GB/Z111—2025

　　4 系统组成及特点

　　4.1 系统功能及组成

　　蓄电池监测系统通常采用分布式架构,由数据采集、数据传输、数据处理和管理三部分构成。数据采集由传感器和采集模块实现,数据传输是指将在蓄电池侧采集的数据通过传输介质送至数据处理和管理平台,或根据需要进一步传输至电厂控制系统。数据处理和管理平台具有可视化界面、报警管理、报告生成等功能,数据和报告可通过显示器进行就地显示。

　　系统由硬件和软件组成。硬件一般包含传感器、数据采集模块、通信模块、处理器、显示器和存储器等。软件用于实现界面显示、数据存储和历史查询、报警和报告管理等功能。这些硬件和软件一般由生产者成套供货,通常也会被统称为蓄电池监测装置。

　　在进行系统功能和配置选择时,需结合项目实际情况,如蓄电池类型、实时监测与报警需求、全厂网络架构、预算与维护成本等方面确定。蓄电池监测系统是独立于蓄电池的系统,蓄电池监测系统不直接参与电厂的控制,是否配置蓄电池监测系统由电厂需求确定。

　　4.2系统特点

　　蓄电池监测系统可自动完成并记录原本需人工操作的多种任务。在蓄电池监测系统保持在线状态下,能以更高频次、高确定度完成测量与记录,并实时捕获超出设定范围的情况并发出报警。设置蓄电池监测系统不能替代蓄电池的定期维护,可按照维护手册要求对蓄电池进行检查维护。蓄电池监测系统的优势体现在数据采集、存储、报告及分析能力,其突出特点在于可对这些参数进行持续监测。蓄电池监测系统只要有可靠的供电,即使在放电过程中,也能保证持续监测。

　　这些信息可减少人工采集某些电池参数的频次。电池自动监测无法替代需人工执行的物理维护与目视检查。用户在采取行动前,需对自动和人工记录的维护检查数据和报告进行审查和分析。

　　4.3数据传输

　　数据传输可采用触点信号或通信方式实现。常见的传输介质类型包括有线(导线传输)、电磁辐射式(无线设备)、红外或可见光传输、直射式(遥控器)以及导引式(光纤传输)。每种类型具有不同的安装要求、传输速度、高电压绝缘性能和电磁干扰(EMI)噪声抗扰度。在大多数不间断电源(UPS)等电子设备集中安装区域中,监测装置可能会暴露在宽频共模电压下。这可能导致在传输介质引入错误信号的风险,因此传输介质需具备高绝缘性和高噪声抗扰性。

　　4.4信息安全

　　可设置不同的访问权限,如只读、仅报告或完全编程与控制。不同安全级别的访问控制可通过诸如受控软件、密码、回拨功能或专有网络访问等方式来实现。考虑采用基于不同用户的安全级别,以保护最关键的网络元素。

　　宜评估数据安全措施,包括存储介质、电源和网络组件的容错性或冗余度。还需考虑非本地的数据备份。

　　5核安全需考虑的因素

　　5.1隔离

　　蓄电池监测系统不执行安全功能,为非安全级系统。当监测对象是安全级蓄电池时,可根据 GB/T 13286—2021的要求进行隔离,所有与蓄电池存在电气连接的部分需采用隔离装置进行电气隔离,例如电压监测回路、电阻监测回路等,宜使用 GB/T 13286—2021中6.1.2满足隔离要求的保护器件作为隔离装置,其非安全级侧的最大可信电压、电流瞬态和电磁干扰瞬态不会导致另一侧电路的工作性能低于可接受水平。保护器件分断能力需大于蓄电池出口短路电流,保护器件额定电流需与监测回路工作电流相匹配,具备所设计回路的过电流保护能力。

　　5.2 抗震

　　根据蓄电池监测装置的布置情况确定其抗震要求。在发生地震情况下,蓄电池监测装置不能因为地震发生故障影响周围其他安全级设备执行安全功能。

　　与安全级蓄电池连接的部件(如传感器、监测电缆)可通过抗震试验或分析证明其在地震情况下不会导致蓄电池故障或性能下降。

　　隔离装置或监测装置宜安装在独立的墙体或立柱上,避免与蓄电池及其支架相互影响。如果隔离装置或监测装置安装在安全级蓄电池支架上,要与蓄电池及其支架一同进行抗震鉴定。

　　6应用需考虑的其他因素

　　6.1概述

　　蓄电池监测系统需要能在与其所监测的蓄电池相同环境中正常运行。

　　6.2电气性能

　　蓄电池监测系统的绝缘强度在设计时需考虑到电池系统内可能存在的预期交流和直流电压。电压幅度可能达到几百伏,电压频率范围从赫兹到兆赫兹。

　　6.3 温度

　　环境温度为 4℃~50℃。

　　注:此为室内运行环境温度,核电厂蓄电池监测装置均安装在室内。

　　6.4 湿度

　　运行环境相对湿度为 0%~95%(不结露)。

　　6.5防护等级

　　室内设备外壳防护等级不低于 IP31。

　　6.6电磁兼容

　　蓄电池监测系统与相关设备要满足相应的电磁兼容性能要求。

　　6.7 接地

　　遵循蓄电池监测装置生产者关于监测装置部件接地的建议,宜按照DL/T 2226—2021中5.2.4和

　　6.4规定的通用接地要求执行。

　　6.8 安全防护

　　监测系统中直接或间接连到蓄电池所有部件(如变压器、电阻器、熔断器、温度传感器等)的额定电压为蓄电池组的最高运行电压(最高 600V)。某些监测装置上可能存在系统全电压和大电流,因此产 品设计要防止高电压或大电流对监测装置的影响。

　　宜考虑蓄电池监测装置生产者关于监测装置部件接地的建议。导电外壳要始终接地。

　　蓄电池监测装置的设计要确保即使监测装置完全故障不会对蓄电池系统、重要负载或附近区域的人员造成任何影响。蓄电池监测系统的安装和操作手册便于操作人员随时查阅。监测装置的安装要按照生产者的规范完成。要关注所有监测导线的安装方式防止擦伤和可能的短路。

　　7 测量参数

　　7.1 参数监测

　　单独测量任何一个参数可能都无法可靠反映蓄电池的健康状态(SOH)。通过蓄电池监测系统定期或连续监测以下参数,并与蓄电池生产者发布的数据结合使用,可用于预测蓄电池健康状态。

　　a) 电压 :蓄电池单体、蓄电池组、部分蓄电池串和蓄电池端电压。

　　b)电流 :测量并记录蓄电池组浮充电流、充电电流和放电电流。

　　c) 纹波电压、电流 :测量并记录蓄电池组电流、电压的交流分量。在多组蓄电池安装时,每组蓄电池的测量都要进行并记录。

　　d)温度:测量并记录蓄电池单体/蓄电池组和环境温度。

　　e)连接电阻检查:以微欧(μΩ)为单位测量蓄电池单体间和蓄电池组间的连接电阻值。

　　f) 内阻测量:测量并计算得到每个蓄电池的电阻值。

　　g)电解液比重:测量每个蓄电池单体的电解液比重。

　　h)电解液液位:对每个蓄电池单体的电解液液位进行测量。

　　i) 接地故障监测:识别蓄电池系统内部非预期的接地电流路径(按需)。

　　j)电压骤降 :测量负载电流、温度、电压骤降的幅度和持续时间。

　　k) 放电循环次数:测量蓄电池的一次放电及此后的充电过程的次数。

　　注:针对电解液比重、电解液液位,若无法通过蓄电池监测系统进行监测,则采用人工测量。

　　相关电压、电流、温度、电阻的测量范围与监测准确度宜按照 DL/T 2226—2021中 5.4.1和 5.4.2执行。测量参数使用的传感器详细信息见附录 A。

　　7.2 参数分析

　　测量参数的分析可包括以下内容。

　　a)放电运行时间分析:一些监测装置可能会在放电期间基于当前放电电流进行运行时间预测。

　　b) 数据分析和报告:分析数据随时间的变化趋势,并与基准值进行比较。一些蓄电池监测系统能够自动收集数据并进行趋势分析,同时记录及显示相关数据。若出现严重偏离基准值的数据,系统能立即报警。

　　c)监测频率:测量间隔取决于所选的具体硬件设备,且通常可编程设定。自动化系统不能完全取代人工维护,但可延长人员维护的间隔时间。

　　7.3 浮充电压

　　7.3.1 描述

　　浮充电压是在正常运行期间施加在蓄电池单体/蓄电池组上的电压,用于保持蓄电池单体/蓄电池组处于完全充电状态。

　　7.3.2 监测目的

　　识别并报告可能影响蓄电池性能和/或使用寿命的情况。

　　7.3.3 指示情况与说明

　　浮充电压低于规定电压范围 ,可能导致蓄 电池容量损失、硫酸盐化、加速极板腐蚀和缩短蓄 电池寿命。

　　浮充电压高于规定电压范围,可能导致蓄电池极板加速腐蚀、气体析出、失水量增加(阀控式铅酸蓄电池加剧电解液干涸)、可能的热失控(阀控式铅酸蓄电池)和缩短蓄电池寿命。

　　浮充电压的限定值由电池生产者确定。

　　7.4 均充电压

　　7.4.1 描述

　　均充电压是临时施加在蓄电池单体/蓄电池组上的高于正常浮充状态的电压,用于纠正蓄电池单体之间可能再使用中出现的电压、荷电状态(SOC)和比重的不平衡等问题,改善蓄电池状态。此纠正措施能采用手动或自动进行,并根据蓄电池生产者的运维要求进行。

　　7.4.2 监测目的

　　监测均充电压的目的是确保充电电压和充电时间满足要求,以及蓄电池单体/蓄电池组是否对均衡充电做出了良好的响应。

　　7.4.3 指示情况与说明

　　如果在环境温度下均充电压设置过高,和/或施加时间过长,将导致蓄电池温度升高、气体析出率增加、耗水量增加、极板腐蚀、寿命减少。高电压还可能损坏相连接的设备。

　　如果均充电压过低或持续时间过短,可能无法达到预期效果。

　　7.5再充电电压

　　7.5.1 描述

　　蓄电池在计划放电或停电后,会被施加一个再充电电压。再充电电压设置与蓄电池的正常工作(浮充)电压相同,或者是一个较高的(均充)电压。

　　7.5.2 监测目的

　　蓄电池监测系统可在再充电电压水平和持续时间超出规定限值时进行识别和报告。7.5.3 指示情况与说明

　　采用较高的再充电电压给已放电的蓄电池充电优势是能在最短的时间内将蓄电池恢复到满充状态,但是如果再充电电压过高或施加的时间过长,将导致蓄电池发热不稳定、失水量增加和加速极板腐蚀,从而导致蓄电池提前故障。

　　7.6 开路电压

　　7.6.1 描述

　　开路电压是指在移除所有充电源和负载后,在蓄电池单体或蓄电池组的端子上测得的电压。

　　7.6.2 监测目的

　　监测此参数的目的是确定并报告开路电压是否在生产者参数范围内。

　　7.6.3 指示情况与说明

　　开路电压过低可能表明蓄电池内短路、荷电状态低或蓄电池组内存在蓄电池反接。

　　开路电压过高可能表明电解液比重过高。

　　7.7 放电电压

　　7.7.1 描述

　　放电电压是在放电过程中任一时刻测量到的蓄电池单体端子间蓄电池组端子间的电压。

　　7.7.2 监测目的

　　有关放电过程中蓄电池组端电压和蓄电池单体端电压的信息(根据放电率和时间进行分析)是确定蓄电池容量、预测运行时间、分析单个蓄电池性能和蓄电池间连接完整性的基础。此电压信息可与其他信息一起使用,以提供蓄电池单体或蓄电池组的健康状态的指示,并预测剩余运行时间。

　　7.7.3 指示情况与说明

　　电压衰减率过高可能表明蓄电池容量降低、荷电状态低、连接电阻过高或以上因素的组合。

　　7.8 蓄电池组中间点电压或部分蓄电池组电压

　　7.8.1描述

　　中间点或部分电池组电压是一种监测技术,包括测量相似电池组段的电压并进行比较。这一监测方法的有效性与每个测量部分的蓄电池单体数量规模成反比。

　　7.8.2 监测目的

　　通过对比不同部分之间的电压差,可简单有效地发现短路的蓄电池。

　　7.8.3 指示情况与说明

　　当不同部分间电压差扩大时,表明需要进一步评估。

　　7.9 蓄电池电流

　　7.9.1 描述

　　蓄电池内的电流分为三类:放电电流、充电电流和浮充电流。除非存在接地故障,蓄电池单体电流与串联的蓄电池组电流相同。放电电流从蓄电池中移除能量。充电电流是蓄电池充电时流过的电流。浮充电流是在浮充期间流过蓄电池的电流。

　　7.9.2 监测目的

　　电流测量可为用户提供有关荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的有用信息。当采用多组蓄电池并联时,可分别测量每组蓄电池的电流。

　　7.9.3 指示情况与说明

　　使用恒压充电器时,随着蓄电池达到完全充电状态,充电电流需减小到稳定值。

　　充满电的蓄电池的浮充电流取决于蓄电池的化学性质,额定容量、温度、电压、使用年限等情况。浮 充电流发生显著变化表明需要对蓄电池的状态进行检查。

　　浮充电流的异常波动表明充电器或蓄电池可能出现故障。无浮充电流表明充电器可能故障或蓄电池组可能开路。

　　浮充电流过大表明蓄电池组中可能存在故障蓄电池、温度过高、充电器电压过高、接地故障。浮充电流的增大的趋势表明可能发生潜在热失控、充电器系统故障或蓄电池性能下降。

　　7.10 纹波电压

　　7.10.1描述

　　纹波电压是指直流母线上出现交流电压分量。需要注意的是,并非所有充电器产生的纹波电压水平都易于测量和分析。纹波的幅度主要取决于整流器/充电器的设计、充电器输出滤波回路以及并联在蓄电池上的负载类型和大小。UPS系统通常具有较高的可测量纹波分量。其他应用场景(如电信、开关设备和发动机启动)通常具有比 UPS更低的纹波分量。有关纹波电压和电流的详细说明,见附录 B。

　　7.10.2监测目的

　　蓄电池监测装置可检测纹波电压的存在并指示其水平。显著的纹波电压水平表明需要对系统中的电子设备中采取纠正措施。高纹波电压还可能导致蓄电池单体因发热、析气或循环而损坏。

　　7.10.3 指示情况与说明

　　每个系统的正常纹波电压水平由初始和持续测量值单独确定。纹波电压的上限由蓄电池生产者提供。随着系统中设备老化,监测纹波电压的变化趋势比监测纹波电压更重要。不断上升的纹波电压会导致排气式蓄电池的水分消耗增加,导致阀控式蓄电池干涸。纹波电压高于正常值通常表明直流滤波器组件出现故障或充电器中的半导体存在缺陷。

　　7.11 纹波电流

　　7.11.1描述

　　纹波电流是由充电器和直流负载引入的交流电流分量。不是所有纹波电流都大到能够测量和分析。纹波的幅度主要取决于整流器/充电器的设计、充电器输出滤波回路以及与蓄电池并联的直流负载类型和大小。UPS系统通常具有较高且能够测量的纹波分量,详细纹波电流说明,见附录 B。

　　7.11.2监测目的

　　监测可检测出纹波电流的存在并显示其水平。显著的纹波电流水平表明需要对系统的电子设备采取纠正措施。高纹波电流还可能导致蓄电池因发热、析气或循环而损坏。

　　7.11.3 指示情况与说明

　　每个系统的正常纹波电流水平由初始和持续测量值确定。随着系统中设备老化,监测纹波电流值的变化趋势和监测并联蓄电池组串之间的纹波电流差值比监测纹波电流具体值更重要。目前除已知会导致电池发热、析气和高频循环(从而缩短使用寿命)外,纹波电流的其他负面影响尚未完全明确。

　　7.12蓄电池温度

　　7.12.1描述

　　蓄电池温度是由温度传感器通过接触或非接触的形式测得的蓄电池的实际温度,最准确的温度是 通过测量电解液获得的,对于排气式和阀控式蓄电池,温度测量的接触点是蓄电池外壳或盖子。

　　7.12.2监测目的

　　监测蓄电池组/蓄电池单体温度以检测与正常稳定环境温度相比的任何偏差,这些偏差可能由异常的浮充电流引起,表明蓄电池单体状况存在异常。高于生产者的推荐温度会缩短铅酸蓄电池的寿命。高温会增加极板腐蚀和失水,并可能导致热失控。低温可能导致充电不足和容量降低到应用可接受的水平以下。它还可能导致负极板硫酸盐化。

　　温度监测可提醒用户环境和操作条件异常,并进行干预。通常要记录蓄电池操作温度以作为蓄电池保修证明。

　　7.12.3 指示情况与说明

　　当蓄电池组处于适合的充电电压下,蓄电池温度升高如果不是由通风系统故障引起的,则表明蓄电池单体状况存在异常,并在导致系统故障之前解决。蓄电池温度监测可在问题变得严重之前提醒用户这些情况。

　　对于占地面积较小的蓄电池,单个测温点可能足以监测蓄电池温度,但随着系统变大,宜使用多个测温点以正确表征蓄电池温度。对于具有多个蓄电池组的系统,每个蓄电池组宜至少有一个测温点。

　　多个测温点还可使用户识别并在必要时消除整个大型蓄电池中的温度梯度。温度梯度可能由蓄电池靠近产生热量的设备(如整流器)和暖通管道引起,可能导致蓄电池在较暖和较冷部分之间的充电不平衡。

　　7.13 环境温度

　　7.13.1描述

　　环境温度是指蓄电池安装位置(如蓄电池柜、房间或机柜)周围空气的温度。

　　7.13.2监测目的

　　监测并处理电池和环境温度之间的显著差异可防止小问题变得严重。蓄电池生产者通常需要历史环境温度和蓄电池温度数据以证明保修期有效。

　　7.13.3 指示情况与说明

　　蓄电池,尤其是阀控式蓄电池,在运行时由于浮充电流和再结合产生的热量会比环境温度高 1℃~3℃。因此环境温度代表蓄电池的最低温度。高环境温度可能由交流电源中断、暖通设备故障或通风气流减少引起。这可能导致浮充电流增加、耗水量增加、极板腐蚀加剧以及蓄电池老化。环境温度过低将导致蓄电池放电容量下降和充电不足。因此,环境温度记录是评估运行中电池热特性的重要部分,关于环境温度的具体内容宜符合附录 C的相关规定。

　　7.14 放电循环次数

　　7.14.1描述

　　一个循环定义为蓄电池的一次放电及此后的充电过程。放电深度(DOD)是以安时表示的放电量,占电池在适用放电率下额定(安时)容量的百分比。

　　给定系统的可用循环次数取决于每个循环的放电深度、放电状态持续时间、温度和蓄电池特性。蓄电池设计和保修要求决定了监测这些循环事件的重要性。

　　7.14.2监测目的

　　监测循环次数主要用于确定剩余蓄电池循环次数,为保修索赔和更换决策提供依据,生产者规定了更换依据的循环次数和放电深度,监测循环次数的另一个原因是记录关于停电次数的信息,或因输入电源变化(如电压下降等)导致系统(如 UPS)使用电池能量的次数。

　　7.14.3 指示情况与说明

　　蓄电池生产者指定了在正常操作条件下给定放电深度的总放电次数。在蓄电池处于备用状态的应用中,监测装置及其相关数据存储系统能在蓄电池的整个生命周期内保留此历史记录。在蓄电池处于循环运行的应用中,计算从蓄电池中放出的累积安培小时数可用作蓄电池剩余寿命的指标。

　　7.15 蓄电池内阻测量

　　7.15.1描述

　　通过对不同条件下的电压或电流变化情况推导得出蓄电池单体的内阻值。

　　7.15.2监测目的

　　将这些测量值与已建立的基准进行比较并进行随时间变化的趋势分析,可提供有关蓄电池内部健康状态(SOH)的信息。内阻值的显著变化通常表明蓄电池内部发生了变化,这可能反映在蓄电池性能中。然而,该值的有限变化并不一定意味着蓄电池单体不存在缺陷或劣化。

　　蓄电池内阻值测量可作为趋势分析工具,用于识别可能需要进一步评估的蓄电池单体。当与基准值发生显著变化时,使用容量测试来验证识别的蓄电池是否确实退化。

　　7.15.3 指示情况与说明

　　考虑并跟踪蓄电池内阻值相对于基准值的变化情况。在缺乏蓄电池生产者和/或监测装置生产者的特定指南的情况下,宜进行更多试验和分析以确定蓄电池系统的可操作性。电阻值变化有限也并不一定表明蓄电池没有缺陷或退化。

　　一些蓄电池生产者发布了基于不同测量技术的蓄电池基准内阻值。这些值可作为参考进行考虑。蓄电池监测系统长期采集得到的内阻值相对基准值变化能有效反映蓄电池状态变化。

　　蓄电池更换标准根据应用场景确定。根据应用场景类型和供电负载类型确定蓄电池是否更换或更换的时间。基于内阻值的电池组更换标准因电池生产者不同而有所差异。

　　注:对“显著变化”的判定存在解释空间。其显著性取决于具体应用和蓄电池型号。用户需咨询蓄电池生产者和测试设备生产者,以确定特定应用中构成显著变化的标准。

　　7.16 连接电阻

　　7.16.1描述

　　连接电阻是指在相邻蓄电池相互连接的极柱之间测量的连接电阻,包括连接片和接头的总电阻。

　　7.16.2监测目的

　　测量连接电阻旨在识别高阻连接。使得连接处的电压降最小化至关重要,既可降低功率损耗,又能避免过热导致的灾难性故障风险。连接电阻基准值由连接部件的类型和配置决定。

　　7.16.3 指示情况与说明

　　宜确定蓄电池间每种连接类型的基准电阻值。当实测的连接电阻值偏离基准电阻值时,无论是正 偏差还是负偏差,都宜进一步识别和调查产生偏差的原因,详细的纠正措施宜按照 NB/T 20028.4的规定执行。

　　7.17电解液比重

　　7.17.1描述

　　电解液比重(SG)是电解液密度与纯水密度之比。电解液比重取决于蓄电池荷电状态和温度。

　　7.17.2监测目的

　　通过监测蓄电池比重是否处于设计范围之内可用来识别失效的蓄电池。

　　7.17.3 指示情况与说明

　　在铅酸蓄电池中,电解液比重提供了蓄电池的荷电状态的指示。当比重超过生产者建议范围时即表明要进行更深入的检测分析。蓄电池在放电后或补水操作后的充电过程中,所测得的比重值可能存在差异。

　　若未配置自动化比重传感器,则通过人工方式采集比重数据。鉴于人工操作存在的安全风险,加之其他监测数据同样能够有效反映电池健康状态,目前比重测量技术的应用 日趋减少。

　　7.18电解液液位

　　7.18.1描述

　　电解液液位是与蓄电池单体中电解液液位相关的测量。电解液液位以上的极板暴露可能导致蓄电池单体快速故障和损坏。蓄电池单体中的液位需位于电池外壳外部的高和低标记之间。此测量仅适用于排气式铅酸蓄电池。

　　7.18.2监测目的

　　此测量的目的是验证蓄电池单体的极板和汇流排始终完全浸没在电解液中,以防止极板干燥。同时也确定电解液液位的变化率。

　　7.18.3 指示情况与说明

　　蓄电池加水的要求因充电速率和充电电压以及蓄电池特性而异。要求也可因蓄电池的使用年限而变化。耗水率可作为一个粗略的指标用于识别新蓄电池单体的过度充电或更换旧蓄电池单体的潜在需求。均衡充电期间的气体置换可能造成电解液液位的短期波动。

　　电解液液位测量的准确性仅在蓄电池处于完全充电状态时才有意义。由于电解液液位的维护至关重要,并且由于自动检测技术的使用不广泛,通常采用目视检查来补充自动电池监测。均衡充电会导致电解液中气体析出率增加,并可能由于气泡置换导致电解液液位暂时增加。

　　7.19 接地故障监测

　　7.19.1描述

　　接地故障监测的目的是识别蓄电池系统内部非预期的接地电流路径。接地故障路径包括电解液泄漏、电缆绝缘损坏、污垢和潮湿。这些故障可能是由接线端子与地之间的短路造成的,也可能是一个或多个蓄电池单体的电解液泄漏到接地部位造成的。充电设备的直流侧可能会出现其他接地故障路径。

　　7.19.2监测目的

　　通过对非预期的接地电流路径的监测,可监测到可能危及系统安全、完整性和性能的接地故障。7.19.3 指示情况与说明

　　如果未能监测到接地故障,会造成安全隐患、系统耐压能力下降、电压不平衡,如果不及时加以纠正,会导致更严重故障。

　　如果直流系统中已配置具有接地故障检测功能 ,不宜重复使用。多个接地故障检测系统会相互干扰。

　　7.20电压骤降

　　7.20.1描述

　　电压骤降是指充满电的铅酸蓄电池放电时出现的初始电压下降和恢复,如图1所示。电压骤降监测的变量包括负载电流、温度、电压骤降的幅度和持续时间。

　　图 1电压骤降曲线示例

　　7.20.2 监测目的

　　放电开始时初始电压下降的趋势可提供蓄电池健康状态的指示,并可提供数据用于估算蓄电池剩余运行时间。

　　7.20.3 指示情况与说明

　　电压骤降的幅度和持续时间通常会随着蓄电池系统的老化而增加。可将这些变量与蓄电池健康状态相关联 ,并可预测蓄 电池剩余时间。如应用此技术时 ,宜事先对每种蓄 电池类型进行全面 的特性分析。

　　附录A (资料性)测量传感器

　　A.1电压传感器

　　电压传感器测量两点之间的电位差,通过多种测量方式实现。有时需要使用分压器将更高的电压按比例调整到蓄电池监测系统可读取的水平。

　　A.2电流传感器

　　A.2.1 概述

　　电流传感器用于指示蓄电池回路中电流的方向和大小,通过多种测量方式实现。以下是几种将测量值转换为可读数据的方法。对于多组并联蓄电池的系统,按电池组单独监测,有助于隔离各电池组特有的问题。使用分裂式或夹钳式测量装置,能单独测量多根电缆电流,将其相加能得到蓄电池回路总电流,也能测量并联电缆中的一根或多根电缆电流后乘以相应并联数量得到蓄电池回路总电流(此方法仅在所有电缆电阻值相同的情况下有效)。但腐蚀或松动的连接可能会影响此测量方法的准确性。

　　A.2.2霍尔传感器

　　分裂式霍尔传感器不需要断开蓄电池电路。电流测量是通过感应导体周围的磁场来实现的。尺寸合适的霍尔传感器能夹在电池组中任何位置的电缆上。虽然霍尔传感器对常见的低频电流不太敏感,但是开关负载产生的高频电流(除非经过恰当处理)可能会干扰其读数。

　　A.2.3磁场电流装置

　　磁场电流测量装置通过利用磁场强度计算铁氧体磁芯达到饱和所需的时间进行工作。此类装置具有足够灵敏度能检测浮充电流,同时由于其非线性的特性,能覆盖几百安培的测量范围。在低量程侧,它们还能用作电流互感器(CT)来测量电流的交流分量。

　　A.2.4电流互感器

　　在交流应用中广泛使用的电流互感器可用于测量交流分量。

　　A.2.5分流器

　　分流器安装在电路中用于测量电流。分流器两端的电压降与电流成正比。常见的分流器在额定满电流时输出通常为 25mV、50mV或100mV。

　　分流器的规格按其所连接电源的最大额定电流来选择。分流器的传感导线需配置适当额定值的限流装置进行保护。

　　A.3温度传感器

　　温度传感器由于测定蓄电池系统或周围环境空气的温度。温度检测通过多种温度传感设备实现。常用的设备和方法包括温度计、热敏电阻、热电偶、半导体或红外装置(热成像仪) 。温度传感器设备分为模拟式或数字式。

　　附录B

　　(资料性)

　　纹波电压和电流

　　B.1 概述

　　施加在电池直流母线上的纹波电压及其产生的纹波电流可能对蓄电池和连接到蓄电池的电子设备产生不利影响,因此在监测蓄电池时考虑纹波。纹波不能与噪声混淆。

　　B.2描述

　　纹波是叠加在直流母线上的交流分量。纹波由充电器设计缺陷、逆变器设计缺陷、电容器故障或与直流母线并联的负载设备的相互作用引起。这将导致纹波电流流入蓄电池。纹波的幅度主要取决于充电器的设计、充电器输出滤波特性以及与蓄电池并联的负载的类型和大小。

　　在典型的不间断电源(UPS)应用中,蓄电池上的纹波可能更大。蓄电池浮充电压上的高纹波分量会导致电池过度充电,并可能对电池产生以下影响:

　　a)发热:缩短蓄电池寿命,甚至可能导致热失控;

　　b) 析气:导致排气式铅酸蓄电池需要更频繁补水,阀控式铅酸蓄电池加速干涸;

　　c) 高频循环:导致活性极板材料的劣化。

　　高纹波还可能干扰某些类型的电池监测系统和测试设备。单独使用万用表测量纹波电压并不是评估蓄电池健康状态的有效方法。

　　B.3不间断电源(UPS)场景

　　由于其充电器的设计,一些不间断电源设备可能会在电池母线上产生高纹波。一些不间断电源设备中的逆变器以高电流、短时间的脉冲从蓄电池中消耗能量。这不能与纹波混淆,但其幅度和持续时间需被纳入放电周期。当高纹波特性的逆变器与蓄电池连接时,不能将其他对纹波敏感的设备与同一蓄电池连接。有标准规定的电池纹波电流最大值(每100Ah6A)能将电池发热控制在允许范围内。有一些 UPS采用几乎不产生纹波的技术,在正常运行时不会从电池获取电能。

　　B.4 监测目的

　　需监测直流母线上的交流分量,以检测和指示纹波电压和电流的水平,这些指标既能表明需要对系统电子设备进行纠正措施,也能表明电池系统可能因发热、析气或循环而损坏。

　　B.5指示情况与说明

　　蓄电池生产者通常对阀控式铅酸蓄电池的纹波限值为:

　　a)最大纹波电压(有效值) :浮充电压的 0.5%;

　　b) 最大纹波电流:每100Ah额定电池容量不超过5A有效值。

　　纹波电流除了会导致电池发热、析气和高频循环进而引起蓄电池寿命缩短外,其他不利影响尚未完全明确。

　　一些蓄电池生产者仅以允许纹波电压形式规定最大允许纹波。但用户需谨慎使用这一限值,因为纹波电流和发热效应取决于电池内部阻抗。较低的内部阻抗将导致较高的纹波电流,而较高的阻抗将导致较低的纹波电流。尽管电池可能能承受一定程度的纹波电压,但负载可能无法承受。例如,在电信系统中 ,负载可能无法承受超过0.1%的纹波电压 ,而电池可能承受高达5倍的纹波电压也可能不受 影响。

　　充电器和负载产生的纹波频率将根据充电器的设计以及被供电设备的类型而变化。在一些UPS装置中,主要的纹波频率将是 50Hz的低倍数;然而,根据系统设计,最高频率可能达到几十万赫兹。通常认为,超过 500Hz的频率对电池影响不大。

　　尽管过高的纹波会负面影响电池寿命,但较小的纹波可能没有明显的影响,甚至能作为“测试”参数纳入蓄电池监测系统中。例如,当小的纹波电压施加到并联的相同电池组上时,每个蓄电池组中需通过相同的纹波电流;若非如此,则表明蓄电池可能存在问题。

　　附录C (规范性)环境温度

　　环境温度读数采集自电池附近但非紧邻的区域,其数值通常低于蓄电池温度。当蓄电池温度比环境温度高出几摄氏度时,则宜进行核查。

　　对环境温度和蓄电池温度的测量与分析可用于指导纠正措施。例如:环境温度快速升高而电池温度缓慢上升,可能表明暖通系统故障;电池温度升高而环境温度保持稳定或缓慢上升,则可能表明蓄电池发热不稳定。

　　外部空气温度是指电池所在建筑物、房间、机柜外的温度。内部环境温度与外部温度的差值可反映发热源和环境热量的处理效果。例如在蓄电池柜应用中,内部温度会显著受外部温度影响,两者的温差可衡量电池或设备产生的热量以及冷却/通风系统的效能。

　　除某些特殊应用外,外部空气温度测量对电池健康状态和寿命的评估价值有限。通常电池温度和内部环境温度更具参考价值。

　　对于大型蓄电池系统,由于太阳辐射、空气循环死角及热气流分层等因素导致的温度差异,可能需要在多个测温点测量环境温度。若仅使用单个测点时,宜将其安装在所在空间的中部。当采用多点测点监测时,基于温度采取的措施通常以测得的最高温度为准。

　　虽然单点监测能监测体积较小的电池的蓄电池温度,但随着系统变大,宜使用多个测温点以正确表征蓄电池温度。对于具有多个电池组的场合,每个电池组至少有一个测温点。

　　多个测温点还可使用户识别并在必要时消除大型电池中的温度梯度。温度梯度可能由邻近整流器等发热设备、暖通风管气流分布不均或太阳辐射等因素引起。温度梯度会导致电池冷暖区域的单体充电不均衡,予以避免。

　　蓄电池监测装置通常具有历史日志,可用于存储环境温度数据。这些数据有助于分析蓄电池故障的原因。数据收集的间隔通常由用户设置,电池生产者一般要求提供历史环境与电池温度数据以维持保修有效性。

　　与电池温度类似,设置报警或动作阈值具有实用价值。环境温度过高可能表明需要加强环境冷却/通风,或预示热失控风险。

　　在温度不受控制的环境中,“环境温度”的高温报警阈值意义不大,但“温差”(环境温度与电池温度差值)的高温报警阈值非常有效。高温可触发温度补偿等动作。环境温度过低提示蓄电池容量可能下降。

　　参考文献

　　[1] GB/T 2900.19—2022 电工术语 高电压试验技术和绝缘配合

　　[2] GB/T 2900.41—2008 电工术语 原电池和蓄电池