采用浅放电预测邱健蓄电池Trojan电瓶容量

电力通讯等行业均选用蓄电池组作为后备电源，以进步有关设备工作电源的供电可靠性。但在长期运转傍边，蓄电池的功能将不断下降，可放电容量不断减少，甚至失去容量，而不能起到后备电源的作用，给电网安全运转带来极大的危险。如2013年4月26日，贵州某220kV变电站，因为单个蓄电池开路毛病（即蓄电池容量下降为0），使维护操控设备不能正确动作，电网毛病扩大，终究导致大面积停电事端。为保证蓄电池组在事端条件下具有足够的放电容量，国内外开展了很多的研究工作，但作用都不佳[1-6]。本文经过对蓄电池进行3h浅放电，使用单体电池电压随放电时刻的改变趋势，猜测蓄电池可放出容量，可及时发现容量不足的电池，对电网安全运转具有重要意义。

1放电电压改变

1.1东莞站的STATCOM挂网情况

铅酸蓄电池以稳定电流放电，其端电压随放电时刻的改变趋势如图1所示。在放电初期（放电开端-T1），端电压下降极快如图中A-B段；放电中期（T1-T2），端电压下降较为平缓如图中B-C段；放电末期（T2-T3），端电压也快速下降到达放电截止电压，如图中C-D段。

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图1电池端电压与放电时刻的关系

Fig.1Relationshipbetweenbatteryterminalvoltageanddischargetime

以2V铅酸蓄电池为例，在浮充电状态下开端恒流（0.1C电流）放电，图1中A、B、C、D各点时刻与电压值大致如表1所示。实践核容放电过程中，如果是在线放电，蓄电池处于浮充电状态，V0大约为2.25V，不然V0与蓄电池脱离浮充电的时刻有关。

蓄电池的容量首要取决于图1中B-C段的放电时刻，而B-C段电池端电压的下降受以下两方面的影响：

（1）电解液中硫酸的浓度随放电时刻不断下降，从而使蓄电池的电动势（E）随放电时刻不断下降；

（2）极板中活性物质（铅/二氧化铅）随放电时刻不断转化为硫酸铅、电解液中硫酸的浓度随放电时刻不断下降，从而使离子移动阻力随放电时刻不断添加，即蓄电池内阻（R）随放电时刻不断添加。

表1图1中各点放电时刻与端电压数据

Table1TerminalvoltagevsdischargetimeinFigure1

众所周知，放电过程中，蓄电池端电压V=E-I*R。从上面的剖析得知，蓄电池的电动势E随放电时刻下降，内阻R则随放电时刻而添加，因而，当放电电流I坚持稳定的条件下，蓄电池端电压随放电时刻出现加速下降，而不是随放电时刻线性下降，实践情况也是如此。

2猜测办法

对超越2万节电池放电电压随放电时刻的改变曲线剖析，阀控铅酸蓄电池恒流放电过程中，端电压随时刻的改变趋势选用时刻的二次函数进行拟合，拟合函数的计算值与实践放电电压最为吻合，如公式（1）所示。

（1）

从图1中不难发现，T1-T2放电时刻段，蓄电池端电压随放电时刻的改变趋势（图1中BC段）平滑，没有明显的转折点，而蓄电池的容量又首要由T1-T2放电时刻所决议，这一特征为浅放电猜测蓄电池容量提供了依据。

所谓浅放电猜测蓄电池容量，是对蓄电池进行30-50%额外容量放电，如图1中放电至E点。再使用B-E段蓄电池端电压值进行二次函数拟合，求出公式（1）中有关参数a、b、c详细数值。

以10h放电率为例，放电截止电压为1.8V，将1.8V代入公式（1），即可计算出蓄电池可放电时刻，从而可猜测蓄电池可放电容量。明显，因为蓄电池在放电末段（图1中C-D段），电压下降速度要快于主放电段（图1中B-C段），因而，上述猜测的容量将大于实践容量，需要进行校对。

3参数计算

3.1近区单相毛病

公式（1）中，a、b、c三个常数决议了电池端电压随放电时刻的改变趋势，要猜测蓄电池的可放电时刻（放电容量），必须先计算出a、b、c三个常数。

经过对蓄电池进行浅放电，获取对应放电时刻的蓄电池端电压，如表2所示。

表2蓄电池放电时刻与端电压

Table2Terminalvoltagevsdischargetime

将表2中的数据代入二次拟合函数计算公式（2）-（4），当n≥3时，可求出公式（1）中a、b、c三个常数。

（2）

（3）

（4）

4容量猜测成果剖析

4.1数据来历

从国内发供电企业收集了300多组蓄电池组核容放电数据，基本情况如下：蓄电池组运转时刻3-10年、标称电压110/220V；单体电池额外容量200-1000Ah、额外电压2V。对每组电池核容放电数据进行整理，如表3所示。

选用前3小时放电丈量的单体电池电压，即对应放电时刻60、120、180Min三个电压值，经过公式（2）、（3）、（4）求取公式（1）中a、b、c三个常数，得到该电池放电电压与放电时刻的二次拟合函数公式（1）。再将2V铅酸蓄电池0.1C电流放电截止电压1.8V代入公式（1），即可求出该电池以0.1C恒流的继续放电时刻T（Min）。以0.1C电流放电，放出额外容量的放电时刻为600Min，因而，电池的猜测容量与额外容量之比（%）=T/6。

4.2功能判别准则

浮充用蓄电池组定时（1次/1-2年）核容放电，判别电池容量是否合格的规范为能否放出80%额外容量。即当电池放出容量≥80%额外容量时，该电池容量满意运转要求，不然该电池容量不合格。

目前有关规程要求放电电流的误差≤1%，即由放电电流误差形成的放电容量丈量误差为±1%。而放电设备对单体电池电压丈量误差（一般在±10-30mV），形成的放电容量丈量误差约为2~5%。明显，上述准则不太合理。

为解决上述问题，本文将将判别规范由80%额外容量一个点变为一个区间即75-85%额外容量。如表4所示，将电池容量分为3个区域。单体电池容量＜75%额外容量判别为不合格，＞85%额外容量判别为；75%~85%额外容量判别为合格但须重视。

4.3成果剖析

选用上述容量猜测办法，剖析了11855节电池核容放电数据，比照猜测容量与实践放出的容量，按表4容量区间进行统计，成果如表5所示。

可以看出，11855节电池容量猜测总正确率为98.81，不正确率为1.19%。猜测容量不精确的电池，有以下4种情况。

（1）猜测为不合格（＜75%），实践为合格但须重视（75%~85%），占比0.12%。

（2）猜测为合格但须重视（75%~85%），实践为不合格（＜75%），占比0.06%。

（3）猜测为合格但须重视（75%~85%），实践为合格（＞85%），占比0.35%。

（4）猜测为合格（＞85%），实践为合格但须重视（75%~85%），占比0.67%。

表3核容放电数据

Table3Dischargedatawhileverifingbatterycapacity

表4容量分区与功能判别

Table4Capacitypartitioningandperformancejudgment

表5猜测容量与实测容量比照

Table5Comparisonofpredictedcapacityandmeasuredcapacity

5改善方向

上述浅放电容量猜测办法正确率虽然高达98.81%，但未能到达100%；特别是“容量猜测为合格但须重视（75%~85%）”，但实践丈量容量“为不合格（＜75%）”，虽然只占0.06%，实践使用中却是不能承受的。为进一步进步猜测精确率，并避免容量不合格电池被误判为合格电池，应从以下几方面进行改善。

（1）进步单体电池端电压丈量精度，并显现小数点后3位，如2.055V，而不是显现2.06V；

（2）一致丈量方位，最好是丈量单体电池正负极柱间的电压，以免连接条的不一致形成端电压丈量误差；还应减少接触电阻的影响；

（3）研究放电电压波动原因。有少数电池端电压不是随放电时刻一向下降，而是偶然出现升高的现象；

（4）结合单体电池前史放电电压曲线的改变，对容量猜测成果进行批改；

（5）在两次浅放电之间，依据内阻等参数的改变，对蓄电池容量改变趋势进行补偿判别，补偿容量猜测的不足。