物聯(lián)網(wǎng)框架下蓄電池全生命周期監(jiān)控研究

朱小浩

（江蘇常熟發(fā)電有限公司，江蘇 常熟 215500）

0 引言

蓄電池是一種常見的電氣化學(xué)設(shè)備，被廣泛用于交通、電力、通信等眾多行業(yè)。當(dāng)前，由于社會發(fā)展，世界人口數(shù)量不斷增多，人類面臨著傳統(tǒng)化石資源枯竭、環(huán)境生態(tài)惡化、氣候極端化等問題，能源結(jié)構(gòu)調(diào)整勢在必行[1]。在此背景下，光伏、風(fēng)能等清潔能源開始受到各國的青睞，發(fā)展迅速。隨著清潔能源的應(yīng)用，蓄電池儲能進(jìn)一步得到更大規(guī)模的使用。為了保證蓄電池的安全生產(chǎn)和使用，應(yīng)通過物聯(lián)網(wǎng)一類的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對其進(jìn)行生命全周期的監(jiān)控研究。

1 利用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行蓄電池全生命周期監(jiān)控的重要性

基于可持續(xù)發(fā)展觀和環(huán)境友好節(jié)約型社會的背景，蓄電池作為一種高性能的電氣化學(xué)設(shè)備被廣泛使用于諸多領(lǐng)域。近幾年，科技不斷地發(fā)展，蓄電池已經(jīng)成為通信系統(tǒng)、電力系統(tǒng)、交通系統(tǒng)以及國防系統(tǒng)中高可靠性電源系統(tǒng)的核心部分。由于蓄電池需求量的不斷增多，生產(chǎn)和所服務(wù)的領(lǐng)域也逐漸擴(kuò)大，隨之而來的安全問題也逐步增多。為了有效避免此類問題的發(fā)生，進(jìn)一步提高蓄電池的壽命，使用物聯(lián)網(wǎng)這種能夠?qū)⒈O(jiān)控、連接、互動優(yōu)化整合在一起的技術(shù)，是監(jiān)控蓄電池全生命周期的最佳選擇。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)主要利用網(wǎng)絡(luò)作為監(jiān)控和管理的介質(zhì)，能夠?qū)⑿铍姵厝芷谶^程中的所有能夠被尋址的普通物理對象連接在一起，在收集和傳輸信息的同時，人們可以依據(jù)相關(guān)系統(tǒng)所發(fā)送出的數(shù)據(jù)，實(shí)施有效及時的處理，極大程度地節(jié)省人力資源，科學(xué)有效地延長蓄電池的使用壽命。相關(guān)工作管理人員可以依托物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的故障預(yù)警預(yù)測以及所發(fā)出的安全警報信號，對蓄電池的安全狀態(tài)做以決策，構(gòu)建全新的蓄電池管理體系[2]。

2 物聯(lián)網(wǎng)框架下蓄電池全生命周期監(jiān)控

蓄電池全生命周期管理主要包括生產(chǎn)線、物流、倉儲、在線使用、報廢以及回收六大板塊，其監(jiān)控的主要目的是為了保證蓄電池在生產(chǎn)和使用過程中的安全穩(wěn)定性[3]。使用物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行相關(guān)監(jiān)控工作，要涵蓋蓄電池信息統(tǒng)計分析功能、實(shí)時數(shù)據(jù)功能、歷史數(shù)據(jù)分析以及故障預(yù)測報告功能?？梢酝ㄟ^建立信息報表的模式，將各個環(huán)節(jié)需要使用和應(yīng)用到的數(shù)據(jù)，傳送到各個環(huán)節(jié)和作業(yè)實(shí)物中。工作人員依托每一環(huán)節(jié)系統(tǒng)所傳送和反映出的問題做好相關(guān)決策工作。建立綜合管理系統(tǒng)時，應(yīng)將生產(chǎn)管理系統(tǒng)、物流管理系統(tǒng)、倉儲管理系統(tǒng)、在線使用管理系統(tǒng)設(shè)立統(tǒng)一的報表收發(fā)形式，通過系統(tǒng)將其傳送至統(tǒng)計分析模塊系統(tǒng)中。

2.1 生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)

蓄電池的構(gòu)造主要由外殼、上蓋、極板、匯流排、極柱、過橋保護(hù)板以及端子等部分組成。傳統(tǒng)的蓄電池生產(chǎn)線主要依靠人工組裝，最后完成相關(guān)作業(yè)。雖制造工具成本較低，投入的制造成本較少，但由于人工組裝和制造較慢，其沒有標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)械化要求去衡量，就會導(dǎo)致蓄電池的質(zhì)量較差。目前都是使用自動化機(jī)械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)和組裝，像蓄電池包扳機(jī)、蓄電池極耳拋光機(jī)以及蓄電池極群壓裝機(jī)等，其生產(chǎn)線的監(jiān)控主要依托在自動生產(chǎn)裝置上安裝智能監(jiān)測設(shè)施，通過計算機(jī)以及物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行收集及監(jiān)測，將相關(guān)信息反饋給工作人員。工作人員根據(jù)提前設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)和程序?qū)ιa(chǎn)過程中出現(xiàn)的安全或預(yù)警信息采取相應(yīng)措施，以保證生產(chǎn)過程的順利開展。在此過程中，蓄電池電子標(biāo)簽以及蓄電池相關(guān)信息的錄入工作，是生產(chǎn)過程中的重點(diǎn)，可以通過在生產(chǎn)線終端設(shè)置閱讀器的方式，保證蓄電池相關(guān)生產(chǎn)信息的錄入。蓄電池生產(chǎn)結(jié)束之后，閱讀器通過掃描、讀取、錄入的方式將電子標(biāo)簽中的相關(guān)信息自動錄進(jìn)蓄電池生命周期狀態(tài)中。管理數(shù)據(jù)庫得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)之后，通過系統(tǒng)自動生成的信息報表，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)傳送到綜合管理系統(tǒng)之中，方便工作人員讀取。

2.2 物流監(jiān)控系統(tǒng)

蓄電池的物流生產(chǎn)工作是供應(yīng)鏈的重要一環(huán)，包括蓄電池的分配以及貨物配送工作。采用物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能使作業(yè)流程更加規(guī)范化，能夠有效地控制成本投入，對后期倉儲管理工作也有一定的幫助。蓄電池物流監(jiān)控系統(tǒng)主要涵蓋六大板塊：一是蓄電池的運(yùn)輸工作，二是蓄電池的配送工作，三是蓄電池的包裝工作，四是蓄電池的搬運(yùn)以及裝卸工作，五是蓄電池的流通加工工作，六是蓄電池相關(guān)的物流信息[4]。

首先要設(shè)立相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集和追蹤器，安置于運(yùn)輸貨物的車輛內(nèi)。物流監(jiān)控系統(tǒng)采集的主要內(nèi)容包括貨物信息、運(yùn)輸路線、駕駛時間以及駕駛員工作狀態(tài)，這樣做的主要目的一是能夠保障貨物的準(zhǔn)確分配，二是能夠了解貨物目前的運(yùn)輸狀態(tài)，三能夠防止駕駛員疲勞駕駛所造成的安全事故。

在物流轉(zhuǎn)接站設(shè)立相應(yīng)的物流管理系統(tǒng)并設(shè)置閱讀器，用來讀取貨物的電子標(biāo)簽信息，通過采集和錄入信息表的方式，進(jìn)一步完善貨物的信息狀態(tài)，這樣不用再通過人工錄取信息，大大地節(jié)省了工作時間，提高了工作效率。物流管理的數(shù)據(jù)采集信息表內(nèi)容應(yīng)包括蓄電池出廠信息、蓄電池運(yùn)輸方式、蓄電池始發(fā)地、到達(dá)目的地以及相應(yīng)的負(fù)責(zé)和對接人員。

2.3 倉儲監(jiān)控系統(tǒng)

倉儲監(jiān)控系統(tǒng)主要針對蓄電池在倉庫內(nèi)的存儲狀態(tài)和出入庫保管工作加以管理。監(jiān)控的目的一是為了能夠快速地找到對應(yīng)的蓄電池存放的位置，進(jìn)一步提高工作效率，二是控制生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，三是方便蓄電池在存儲期間的安全管理工作。當(dāng)前較為先進(jìn)的倉儲監(jiān)控系統(tǒng)為射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID）監(jiān)控管理系統(tǒng)，它可以實(shí)現(xiàn)對倉儲內(nèi)的蓄電池進(jìn)行控制和管理，能夠在需要時快速地找出蓄電池的存儲地點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效有力的監(jiān)管。

設(shè)置倉儲監(jiān)控系統(tǒng)時，在成品蓄電池安裝了RFID 電子標(biāo)簽的前提下，應(yīng)將物品與系統(tǒng)標(biāo)簽所需要使用的發(fā)卡器進(jìn)行綁定。然后在放置蓄電池的物品位置或貨架上安裝RFID 讀寫器和擴(kuò)展器，將其分布于各個存儲點(diǎn)中，這樣便于讀取蓄電池的電子標(biāo)簽信息。之后將RFID 讀寫器通過網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)中心的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接。當(dāng)取出或者放置相對應(yīng)的蓄電池時，系統(tǒng)便可以及時地更新蓄電池的全生命周期狀態(tài)，這樣便于倉儲管理人員的梳理和檢查。

2.4 在線使用監(jiān)測管理系統(tǒng)

在線使用監(jiān)測管理系統(tǒng)是對蓄電池全生命周期實(shí)施監(jiān)控的重點(diǎn)核心內(nèi)容。在蓄電池開始使用之前，應(yīng)掃描蓄電池的電子標(biāo)簽，這樣在全生命周期狀態(tài)中就可以直觀地看出蓄電池正在使用中。根據(jù)預(yù)設(shè)的系統(tǒng)程序設(shè)定，使用狀態(tài)傳送到綜合管理系統(tǒng)平臺之后，系統(tǒng)對蓄電池的監(jiān)控及監(jiān)測就會發(fā)生變化，通過監(jiān)控蓄電池內(nèi)阻、電壓以及溫度等因素，保證蓄電池在使用過程中安全穩(wěn)定運(yùn)作。使用過一段時間之后，系統(tǒng)會存儲以往的歷史使用數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析結(jié)果，結(jié)合當(dāng)下的實(shí)時使用數(shù)據(jù)分析能夠形成綜合性的在線使用安全信息結(jié)果，并將其反饋到相關(guān)管理人員或使用者的手中。工作人員或使用者可以根據(jù)反饋出的信息，有計劃地對蓄電池實(shí)施保養(yǎng)工作，以保證蓄電池的使用壽命。

2.5 報廢監(jiān)控系統(tǒng)

蓄電池在使用到一定的期限后，就要及時地采取報廢處理，以免蓄電池超出使用負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。蓄電池出廠時，要在電子標(biāo)簽和相關(guān)識別號信息中錄入蓄電池的使用期限，具體報廢情況應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用狀況對蓄電池所產(chǎn)生的影響進(jìn)行相應(yīng)的處理。在監(jiān)控過程中，除了要對年限進(jìn)行監(jiān)控和分析之外，還要將蓄電池的使用狀態(tài)以及實(shí)時狀態(tài)進(jìn)行綜合分析，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，到達(dá)一定使用參數(shù)之后，就應(yīng)馬上進(jìn)入報廢環(huán)節(jié)。在監(jiān)控系統(tǒng)中設(shè)置報廢標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)注意蓄電池容量、蓄電池溫度及蓄電池壽命這三個方面的問題。對于蓄電池的容量而言，通常情況下蓄電池的實(shí)際放電容量低于額定容量的70%，對于經(jīng)過維修以后無法恢復(fù)的，應(yīng)予以報廢處理。如果蓄電池長期處于高溫狀態(tài)，就很容易對外形造成影響，導(dǎo)致極板軟化和活性物質(zhì)的脫落，致使電解液發(fā)黑并難以修復(fù)，應(yīng)進(jìn)行報廢。蓄電池在到達(dá)一定的使用期限之后就會出現(xiàn)短路以及斷路的現(xiàn)象，如果再繼續(xù)使用就會產(chǎn)生安全隱患，所以也應(yīng)予以報廢。應(yīng)在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)置相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，蓄電池達(dá)到設(shè)定的參數(shù)后，系統(tǒng)就會自動提醒相關(guān)人員及時地開展報廢和回收工作。

2.6 回收監(jiān)控系統(tǒng)

蓄電池到達(dá)一定的使用期限后，在報廢的前提下，不能隨意丟置，其中含有的鉛、汞、鎘等重金屬所產(chǎn)生的有毒物質(zhì)會對環(huán)境以及生態(tài)平衡造成極大的影響，對人體神經(jīng)以及造血功能產(chǎn)生極大的破壞[5]。為了防止此類現(xiàn)象的發(fā)生，必須重視蓄電池的回收工作。在此項工作中使用物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)有積極的社會意義，能夠有效防止蓄電池對于周圍環(huán)境和人體的破壞。當(dāng)報廢的蓄電池進(jìn)入到回收環(huán)節(jié)，應(yīng)通過掃描電子標(biāo)簽的方式，對報廢蓄電池的性質(zhì)加以分析，將蓄電池的全生命周期階段改為回收，這樣工作人員就能夠通過綜合管理系統(tǒng)查閱到蓄電池的信息狀態(tài)。錄入信息時，仍要設(shè)立相應(yīng)的信息錄入數(shù)據(jù)表格，其中應(yīng)包括蓄電池的出廠相關(guān)信息、回收地點(diǎn)、回收時間以及相關(guān)負(fù)責(zé)人等。

3 結(jié)語

蓄電池全生命周期管理主要包括生產(chǎn)、物流、倉儲、使用、報廢及回收六大板塊。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)能夠通過信息傳感器、射頻識別技術(shù)、定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器以及激光掃描器等裝置和技術(shù)，對蓄電池進(jìn)行科學(xué)有效的管理和監(jiān)控。通過人、機(jī)、物的互聯(lián)互通，進(jìn)一步穩(wěn)定了蓄電池在全生命周期的安全，實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立尋址的普通物理對象形成網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的安全作業(yè)目標(biāo)。