邱健蓄电池在线监测技术的最优化方法选择

摘要：蓄电池是一种直流系统的备用电源，在变电站中被广泛的运用，但由于在实践运用中完善的监测东西仍是比较缺乏，往往导致直流电源电池由于出现问题形成了许多不必要的缺点。一个有用的蓄电池在线监测方案的规划，是通过准确把握电池内阻监测软件、电压和剩余电量等参数的规划选择。因此，蓄电池在线监测技术的优化方法选择是十分重要的，本文对蓄电池在线监测技术的概念及方法进行了分析。

关键字：蓄电池；在线监测技术；优化方法

导语：蓄电池作为直流工作电源系统的首要组成部分，在电力、铁路、石油、电信等职业发挥了重要的作用。近年来，蓄电池的运用和修补已成为国际电力技术的抢手，且对电池的运用情况和工作监测正逐步的得到了注重，所以蓄电池在线监测技术是现在研讨和展开的抢手问题。

1.蓄电池内阻的概念

欧姆、电化学及浓差极化3部分构成了蓄电池的内阻。当电池彻底充电和放电，内阻通常会产生约2-4倍的距离。跟着电池充电进程的延伸，电池内阻会逐步的变小，跟着电池放电进程的继续，电阻会逐步的增大。另外，电池老化的程度越大电阻就越大，剩余容量也逐步缩小。电阻改动率比电池电压改动率的电池充放电和全放电（端电压改动率为30%～40）要大得多，所以电阻R猜测剩余容量比开路电压测量更准确。一般在变电站浮充电池中，蓄电池都是处于满功率情况，因此对电池内阻进行测量和与原始数据相比较时，可以分辨出电池的运用情况[1]。

电阻R包含电池内电极、电解液、分离器、电阻联接极和电池的所有组件，但在每个测量进程中都可以视电池内阻是不变的。由于浓差极化电阻是由离子浓度改动引起的，只需存在电化学反响，离子的浓度就是改动的，所以它的值是改动的。不同的测量方法和不一同间的测量，测量的成果会有所不同。电化学反响系统的性质是由活化极化电阻决议的；电池系统确认其结构，活化极化电阻决议了电池的寿命；只需通过改动反响电流密度才干导致放电电极结构和情况的改动，但它的数值是十分小的。

2.蓄电池及其在线监测技术现状

各种类型的蓄电池在线监测方法在国内外得到了广泛的运用，如容量放电法、放电曲线法、电压巡检方法、温度测量方法和内部电阻测量方法等，这些方法各有优缺点。从电池功用和检验技术的影响、透视作用动身，蓄电池的在线监测技术有两种类型：定性检验和定量检验技术。电压检验方法是一种定性检验，用来确认电池的功用，但它不是依据电池容量的电压参数猜测；容量放电检验技术是定量的，电池容量指标是其测量的方针。由于电池的内阻存在一些凌乱多变的成分，因此无法用普通的方法实施准确的测量，现在蓄电池在线监测用电阻测量的方法有：直流实验方法、交流电检验法和多频的电化学分析方法。

3.蓄电池在线监测系统的规划思路和原则

3.1规划思路

蓄电池在线监测系统的规划与研制可参阅下面的思路：

蓄电池信息搜集模块，实时数据搜集，监测本地主机通过分析报警及闪现，并将必要的信息凭仗以太网上传，数据保存和数据库的运用，根据直流电源和蓄电池的工作情况实时进行PI系统软件的开发，并分析历史数据的曲线及动态电池功用趋势分析。

3.2规划原则

该系统选用技术先进、功用全面、功用安稳、削减浪费的原则，以及制作综合考虑，及时的进行保护和操作，并为今后的创立等要素供应了宽广的空间。该系统的规划方针是无缺的、全面的、系统的；该方案具有科学、合理性和可操作性。此外，还应遵循以下原则：

（1）牢靠性：该系统保证长时间工作的安全性。硬件、软件系统和信息设备应抵达牢靠性规划要求。（2）安全性：该系统有必要的安全防护和加密措施，通过威严的管理系统来满足系统的权限和有关信息的安全保密要求。跟着较高的系统规划牢靠性，在系统出现问题或缺点引起中止后，可以保证数据的无缺性和一致性，一同又具有快速恢复功用，且系统有一套无缺的系统工作策略，可以保证系统的正常工作。（3）容错性：该系统具有必定的容错才能和抗烦扰才能强。可以自动提示或消除各类用户的误操作现象。（4）习惯性：系统可以更新和更换变电所直流的设备，通过一系列的简易创新或操作就可以完结，系统具有了必定的习惯性。（5）可扩展性：系统组成时考虑到未来技术的范畴和运用的需求，或许扩大和更新甚至晋级系统。该系统的硬件和软件应该具有晋级的空间，不能由于硬件和软件扩展、晋级而出现修正原有系统的举动。（6）经济实用性：该系统的制作全面考虑用户实践需求和电子技术的展开走向，按照现场用户环境，对网站的规划功用和系统装备要严厉的按照用户的要求，进行有机的组合，做到最合理的功用价格比，意图是为了节省工程本钱，所以为了保证系统的功用需求，在成熟技术的实践运用上应给予必定注重，让投入产出系统的制作抵达最高，可以生成必定的经济效益和社会效益。（7）先进性：该系统的技术标准和质量点评抵达国际先进水平；一同，系统的后期检验、软件程序和运用方法简略易控制，很契合该系统的系统制作现状。在许多国际先进技术中，该系统体现了控制技术和核算机网络技术的最新展开，其时的核算机以彻底习惯了年代的要求。一同，该系统是面临各种管理方向的系统，为用户供应一个愉快、安全、便利的功用，在操作上也是简略易控制。（8）可扩展性：依据项目实践需求扩展系统功用，规划方案留冗余，以满足未来的展开需求。对机房设备进行必定的容量控制，以改造系统中的新控制点，并将其核算机或自动化系统的联接接口也保留在系统中；检验考虑未来科技展开的运用。（9）易操作性：完结了面向最终用户的方针，组成了调和的用户交流界面，用户操作直观简略且易学。（10）优化性：在质量、功用、功用和服务等各方面的要求下，寻求设备的最佳装备，以下降系统本钱[2]。

4.蓄电池在线监测的方法

近年来，蓄电池监控装备厂家都推出了具有抗性监测单个电池技术功用的产品，在电池检测技术方面带来了质的改动，由被迫电压监测转变为无缺的监测方法，即以自动检验方法来监控电池的内部情况。通过快速检测，可以完结电池内阻、电池电流、电压和温度参数的监测，通过内部监控也能快速了解电池的运用情况。电阻在线实时监测方法可分为直流电阻检验和交流阻抗检验两种。

4.1直流内阻检验

直流电阻检验会使负载添加，因此测得产生的电流和电压，电压的改动值除以电流改动值就是电阻值（如图4.1）。

这种检验方法在于瞬间负载电流在电池组中产生，电池极柱上电压瞬间改动被测出来，在负载接通后的瞬间电压在降和断开负载后得以恢复，内阻被推导出来。在对直流参数有用测量中，忽略了交流讯号，在高噪声的条件下此类型仪器可以工作，在线检验可以成为极大的或许性，这体现出对测量工作环境的广泛性，也就是说需求的测量条件并不高。

从作业原理上来说一组电池组可以构成多个循环，每次对内阻进行测量时，先对第一个循环放电，再进行第二个循环的放电，直到最终循环的放电。在放电中对每节电池放电曲线以高速的方法进行搜集，对电池内阻进行压降的处理。在放电负载中对恒流负载加以选用，在放电中使电压处于不变的情况，可看出这种检验方法的高速性与不变性。

由此可看出这种检验方法的优势：系统每隔必定时间后，可对内阻进行一次性的自动测量，并不需求人工的干涉；抗UPS烦扰才能强，具有准确方便性、安全牢靠性。

直流电阻检验方法也有以下缺点：（1）放电电流比较大，这样或许会对电池自身带来不必要的危害；假设测得的频率过大，就会加大危害累积的危险；（2）直流电阻检验方法只能测量蓄电池内阻的欧姆阻抗，没有偏振测量所以电池阻抗无法测量。因此无法成功的对蓄电池进行判别；（3）电池间的联接线需求超越10平方毫米厚厚，且该方法对放电器和连线牢靠性的要求也较高。

4.2交流内阻检验

图4.2交流电导法示意图

交流电阻检验方法是往蓄电池中加入特定频率的交流消息，由于电池的阻抗存在蓄电池的内部，凭仗反响电流信号测量蓄电池，通过信息处理，反响信号的电阻与测量信号之间的差异即可判别蓄电池的内阻（如图4.2）。

交流检验法有以下特点：（1）由于不需求放电，可以躲避电池大电流放电形成的危害；（2）没有离线操作检验，避免了因系统产生的安全隐患，实时在线监测真正得到了完结；（3）在同一时间测量电池的欧姆电阻和极化阻抗，可以对蓄电池的健康情况进行愈加牢靠、实在的分析；（4）不运用负载检验，显着下降了监测设备的本钱。

从以上可以看出交流检验方法的优点，但这种方法抗烦扰性并不强。交流电阻与荷电情况呈正比例关系，交流电压在电池两端加上后，交流电流与频率具有相关性。从理论上看交流电流信号在电池中馈入之后，由信号产生的电压改动为电池电阻。遭到信号幅值的影响，信号容易遭到烦扰的影响大。此外这种方法只能对大容量的蓄电池进行测量；当有大电流通过时，内部电极产生极化现象，极化内阻由此产生。假设测量时间过短的话，会存在很大的内阻值误差；大电流还会对内阻值形成危害。

4.3戴维南等效电路

志向电压源可以等效为一个并联的电流源和电阻方式；志向电流源可以等效为电阻的串联电压源。戴维南等效电路相当于在线监测蓄电池，操作极点便利简略，核算也简略易懂且愈加直观和清晰。可以清楚的了解蓄电池在线监测情况。

关于缺点，首要有以下几点：等效只是对外电路而言，内电路并不等效，运用这个定理并不能提出等效电阻与电源电动势；在对有源二端网络进行分析核算时，其网络电路仍很凌乱；对有源二端网络只对线性适用，对非线性元件并不适用。

5.完善蓄电池在线监测的系统功用

传统的检测和放电设备一般都运用电阻丝来进行电池的放电，并且是手动操作，程序十分凌乱，还触及一些潜在的人身危害，现在检测和放电检验这一传统的审核试放电正逐步的被筛选。

交流单频测量法几乎可以用来测量交流电的各种蓄电池，这种测量对电池自身不会产生太大的危害。单频交流测量方法在测量精度上是小于直流电阻检验方法的，电流纹波一般会影响测量精度，有时由电磁烦扰电流会使测量成果收到影响，所以电路检验的抗烦扰功用还有待进步。选用单频交流法（SOC）因子判据健康情况提取信息来确认电池剩余容量的阻抗并不是很充沛，且单频方法平衡精度难以抵达标准要求，一同还受其他凌乱度等要素的影响[3]。

以上检测方法各有长处和短处，我们在选择在线监测方法的一同，应依据不同的运用条件和检验要求来进行选择，可以考虑运用2种或2种以上的方法来检测和分析，以进步对蓄电池在线监测的水平即标准。

定论：

综上所述，进行浮充蓄电池充电，电池一直归于热备用情况，而在交流电源中止时，蓄电池马上转向作业情况，为变电站不同的负荷供应作业电源，这时电池的容量在特定的时间有必要满足所需的功率容量，电池的情况对变电站的正常工作起到了必定的作用。跟着电力系统的展开，通讯系统容量的添加，对用于这些范畴的蓄电池的牢靠性就提出了更高的要求，以此来满足实践运用的要求。因此，对蓄电池的保护和在线监测是日常运作必不可少的，逐步进步蓄电池在线监测水平变得及其重要。