蓄电池在线监测自动化及其实现

分类：技术教程日期：2009-06-08 11:31:17 来源：

　引言

　阀控式铅酸蓄电池（VRLA）中，由于电解液比重较大，使用中浮充电流也大，因而电极腐蚀较为严重、迅速。整组电池充电的特性是，如电池组内有一个或几个内阻变大的老化电池，其容量必然变小，充电器给电池组充电时，老化电池因容量小，将很快充满。充电器会误以为整组电池已充满而转为浮充状态，以恒定电压和小电流给电池组充电。其余状态良好的电池不可能充满。电池组将以老化电池的容量为标准进行充放电，经多次浮充—放电—均充—放电—浮充的恶性循环，容量不断下降，电池后备时间缩短。如不定时检测，及时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。因此，电池和电池组的定期检测和在线检测是非常重要和必须的，是备用电源系统中非常重要而又往往被人们忽视的重要环节，也是本文要解决的首要问题。

1 变电站蓄电池组容量检测的常用方法

　变电站蓄电池组容量检测，一般采用核对性放电法。这种方法是将运行中的蓄电池退出运行，静置24小时后，用电阻对蓄电池组进行放电，放电电流控制在0.1C。每小时对整组电压和单只蓄电池电压进行记录，到规定时间内蓄电池电压在额定终止电压之上为合格，在额定终止电压之下为不合格。以上核容方法时间长，在放电过程中如果发现某只电池电压不合格，需停止放电进行退出处理，影响了核容的准确性。

　经过总结多年的工作经验以及查阅国内外科技资料，我们发现蓄电池的内电阻能反映出蓄电池的容量。因而可以通过测量蓄电池的内阻数据，分析出蓄电池容量是否合乎要求，这种检测方法很简单，不需要将电池退出运行。这种方法具有简单快捷、安全可靠的特点，因而可以用蓄电池容量检测仪核容方法取代电阻放电核容方法。

2 蓄电池组内阻在线监测自动化的工作原理

　直流放电法测内阻是一个接近蓄电池工作方式的测试方法,但蓄电池内阻很小,从几十μΩ到几百μΩ(12V的蓄电池一般为1～3mΩ)，测试电流要达到30A以上，才能准确地测试电池组每块电池的内阻值。依此类推，我们试验的直流放电电流高达30～70A，是由控制模块(主机)按编程信号顺序接通每节电池向负载模块(RTM)放电的阀门开关，每节电池向负载模块大电流30～70A放电，时间为3.25s。放电过程由数据采集模块(DCM)监测和采集电池的通断电压（放电电压稳定后的瞬间断电压差)，负载模块(RTM)承载和采集放电电池的电流，DCM和RTM均有相应的电压和电流感应器件，测定负载模块断开的瞬间的电压差，据此计算出准确的电池内阻值（R_in=ΔV/I），DCM、RTM和控制模块均有储存记录并将相关的数据以图表和数字的方式，直观地在PC终端上显示出来。

　图1是测试中电压、电流的变化曲线。图1中ΔV=V₂－V₁=2.088－2.061=0.027V，I=72A则R_in=ΔV/I=0.027/72=375μΩ。

图1 内阻测量原理图

3 试验结果分析

　现场试验主要抽取了佛山地区220kV桃源变电站、220kV都宁变电站、110kV石湾变电站、和10kV建新分站等4个变电站多个型号的部分蓄电池组设备进行了内阻与容量关系的测试研究工作。以佛山市220kV桃源站蓄电池组设备为例，求出容量的相关曲线和特性关系曲线图，如图2所示。

图2 蓄电池内阻定检测试折线图

　由图中可剔除出内阻异常的＃19蓄电池单体。以在线监测内阻测试法，＃19蓄电池单体内阻为781μΩ，特性明显。然而用以往的电压测试法，＃19蓄电池单体电压为1.3V，属正常波动范围，特性模糊。重新测量＃19蓄电池单体容量为120A·h，容量已超出额定范围，可见用以往的电压测试法不能有效剔除早期容量异常的蓄电池，存在安全隐患。而在线监测内阻测试法则有较好的前瞻性，更为客观、准确地反映蓄电池单体容量特性，确保后备电源系统可靠、安全、高效运行。

　从上面的测试结果看，可以用蓄电池内阻在线监测装置代替蓄电池电压巡检装置，蓄电池内阻在线监测装置能真正反映蓄电池容量的变化，建立完善的蓄电池内阻档案，实时掌握蓄电池实际容量的变化。

4 BDS-256/MPM-100蓄电池智能监控系统

　 BDS-256/MPM-100蓄电池智能监控系统是利用内阻测试技术的高级综合应用设备，这种系统的独特之处是能对蓄电池存在的任何问题提供早期的预报。通过测试蓄电池内阻的方法，系统能够自动检查到每个电池单体的情况，并可靠地预测出它们的性能。BDS-256/MPM-100的系统框图如图3所示，它主要由以下部分组成：

图3 BDS-256/MPM-100系统方框图

1）数据采集模块(DCM)：实时扫描采集与蓄电池有关参数，如总电压、总电流、电池电压和温度等；定期测试并采集电池的内阻和连接电阻。

2）控制模块：连续查询所有的DCM，存储相关的数据、确定报警、控制内阻测试并负责与外部的计算机通讯。

3）负载模块(RTM)：这个模块中带有电源和控制电路，作为测试蓄电池内阻时的负载。

BDS-256的配置是一个柔性配置系统，单体电压2～16V，整组电压24～720V，每组电池可以使用多个DCM，每个DCM可监测48节电池，每个控制器可支持8组（每组256节）电池或128/DCM，每组电池需要一个负载模块。

5 SCT-200电池容量测试维护系统

　在现场一般使用BDS-256/MPM-100智能监控系统作为电池的检测和在线监测，查找出弱电池，再用SCT-200来测试该单体的容量，以确定该组电池的容量。这种测试，相对整组容量测试不失为一种经济合理的折中方法。同时由于SCT-200有自动切换连续充放电功能，所以我们也用于激活电池。SCT-200通常应用于蓄电池的抽检和活化。

　蓄电池的特性告诉我们，当放电电流越大，蓄电池电压下降就越快。因此，蓄电池组容量是关键，它必须满足控制母线直流负载的用电电压要求。

　我们用BDS-256/MPM-100和SCT-200两种系统分别进行了电池内阻及电池容量的测试试验，结果表明无论采用BDS-256/MPM-100系统还是SCT-200系统进行测试维护，相对偏差满足－30％≤B≤30％的概率都大于70％，所以可以说两种电池容量测试维护系统方法都是可行的。

　在定期检查时应用SCT-200系统，比在用BDS-256/MPM-100系统时准确度要好些，即偏离真实值的情况要少。

　应用SCT-200系统，则更方便简捷一些。

　综上所述，两种方法都是可行的，但应尽量避免再利用蓄电池电压进行换算，实际上蓄电池电压进行换算对运行没有太大的意义，而应用蓄电池内阻衡量蓄电池容量。

6 结语

　蓄电池内阻是影响蓄电池容量变化的一个重要因素。通过对大量现场数据进行分析，得出了用测量蓄电池内阻的方法判断蓄电池的容量。通过BDS-256/MPM-100系统和SCT-200系统，实现了变电站蓄电池组容量在线监测的自动化。

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