蓄电池性能在线监测技术研究与系统设计

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1、蓄电池性能在线监测技术研究与系统设计ResearchandDesignofBatteryOnlineMonitoringSystem袁愿YUANYuan（厦门红相电力设备股份有限公司，福建省厦门市361001）（XiamenRedPhaseInstrumentsco.,Ltd,Xiamen361001，FujianProvince，China）摘要：文章介绍了铅酸蓄电池性能测试的基本原理，分析了其在线监测技术的重点、难点，并以此为基础探讨了蓄电池在线监测系统的硬件、软件设计以及主要指标参数。Abstract:Itintroducesthebasicpr

2、inciplesoftheleadacidbatteryperformancetesting,analyzestheemphasisanddifficultiesinitsmonitoringtechnology,andinvestigatesthehardwareandsoftware,parametersrelatedofbatterymonitoringsystemonthebasisofpreviousanalysis.关键词：蓄电池；在线监测系统；内阻测量；剩余容量Keywords:Battery；On-lineMonitoringSyste

3、m；ResistanceMeasurement；SOC中图分类号：TP216引言在电力系统中，综合自动化装置、继电保护装置、照明系统等均由直流系统供电。因此，直流系统的稳定、可靠对系统的安全运行有着及其重要的作用。蓄电池组在直流电源中充当了后备电源的角色。在正常工作状态下，充电机对蓄电池充电；当系统中的交流电源失电时，蓄电池立即带负荷运行。为确保直流系统的可靠性和稳定性，必须实现对蓄电池性能的全面、准确地在线监测。1蓄电池在线监测技术基本原理通常，对直流系统蓄电池性能的在线监测是通过对单体电池端电压的测量及核对性放电来实现。这种测试方法主要是在蓄电池浮

4、充状态下完成，无法反映出蓄电池的真实性能状况，其主要原因是在浮充时，蓄电池性能即使比较差，所测得的端电压也可能是合格的，但其本身的剩余容量无法满足在交流系统停电时的性能需求，极易导致事故范围扩大[1]。根据IEEE1188-1996技术标准，蓄电池容量与电池内阻有着很大的相关性。一般情况下，电池容量和内阻成反比，要想对容量进行准确的评估，就需要对蓄电池内阻进行精确的测试。一套较完善的蓄电池在线监测系统应具备蓄电池组单体电池电压、内阻、充放电电流以及温度的测量功能[1][2]。同时，在线监测系统还应能够将蓄电池组的测试信息通过网络传送到监控中心，实现远程

5、监控和信息管理。1.1单体电池电压测量对于容量较大的直流操作电源系统，蓄电池多使用108节，单体额定电压为2V的电池串联获取。其中，单体电池的两端共模电压比较高，往往会超出模拟开关共模电压输入范围，为了消除这一影响，可以通过轮流切换电磁继电器来测量单体电池电压。考虑到电磁继电器寿命以及动作时间上的弊端，在线监测系统使用BURR-BROWN公司的可承受高共模电压的差分放大器INA148。图1为测量单体电池电压的原理图。图1测量单体电池电压的原理图1.2单体电池温度测量内阻的存在使得电池充放电时会出现温度的变化。我们在对温度进行测量的时候，主要安装一个温度

6、传感器于其负极柱根部，进而找出温度异常的电池。研究及试验表明，无论电池处于何种状态，温度最高的即是荷电量最小的电池。本监测系统使用的温度传感器为DALLAS生产的DS1820，它不仅具有单线接口技术，还具备64位光刻标识码，不需要外围元件，且测温范围宽，测温精度较高，其测温范围达到-55℃～+125℃，精度为±0.5℃。1.3内阻测量内阻测量主要有开路电压法、密度法、交流法、直流放电法等。其中，由于测量精度等方面的原因，密度法和开路电压法不适合应用于本研究，在此不作讨论。直流放电法则是通过瞬时大电流对蓄电池组放电，对电池的瞬时压降进行测量，并根据欧姆定

7、律进行计算得到单体内阻，已有一定的应用。直流放电测试的优点在于测试速度快，且测试过程不受充电机纹波干扰，但需在蓄电池组脱机或浮充状态下进行，存在一定的安全隐患，且频繁的大电流放电可能给蓄电池带来一定损伤，因此本研究仍考虑采用传统的交流测试方案。交流测试法的原理是将向蓄电池组注入一个低频交流信号，对蓄电池中流过的电流IS以及两端的低频电压U0进行测量，并获取二者的相位差，然后根据相关公式对电池的内阻进行计算。在应用该方法的过程中，无需放电，蓄电池组也无需处于脱机或浮充状态，整体安全性较高；其次由于注入的电流的频率比较低，幅值也比较小，不会影响直流系统的性

8、能[3]。同时，这一方案的成本较低，其具有明显的性价比优势。图2为交流测试法的原理框图。电压采