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內(nèi)阻交流放電法在蓄電池在線監(jiān)測中的應用

點擊次數(shù):746 更新時間:2021-07-24

蓄電池作為直流電源系統(tǒng)的核心組成部分,起作儲備電能、應付電網(wǎng)異常和特殊工作情況、維持系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵作用,是電力系統(tǒng)正常工作的最后一道防線。當前,蓄電池在線監(jiān)測逐漸被人們所重視,在電力、通信等行業(yè)應用越來越廣泛,但是,蓄電池在線監(jiān)測及狀態(tài)評估所采用的關(guān)鍵技術(shù)---內(nèi)阻交流放電法并不被人們所了解,還在模糊認識中。
    從理論分析和大量實驗證明,蓄電池工作狀態(tài)及預計使用壽命與內(nèi)阻具有密切的關(guān)系,目前國內(nèi)外使用的蓄電池監(jiān)測設(shè)備及蓄電池狀態(tài)分析設(shè)備都是以蓄電池內(nèi)阻為主要指標,結(jié)合蓄電池內(nèi)阻的變化速率及歷史數(shù)據(jù),建立起專家系統(tǒng),對蓄電池狀態(tài)進在線評估,預計其使用壽命。現(xiàn)代電站和變電站都采用大容量蓄電池,其內(nèi)阻極其微小,為幾十到數(shù)百微歐,甚至接頭的松緊程度都會對測量結(jié)果造成影響,并且蓄電池在線工作時有一定的充電紋波干擾,因而使傳統(tǒng)的電阻測量技術(shù)難以達到測量要求,應采用微電阻精密測量技術(shù)進行蓄電池內(nèi)阻測量才行。

影響蓄電池內(nèi)阻的因素主要有:
    1.蓄電池使用的時間:隨著使用時間的增加,使電解液失水、極板與連接條的腐蝕、極板的硫酸化、極板變形及活性物質(zhì)的脫落等因素,造成蓄電池容量減小,蓄電池內(nèi)阻變大。
    2.蓄電池的電荷量:由于注入蓄電池的電解液深度、電極表面反應物質(zhì)的厚度、電極表面的孔隙率等不同,而使蓄電池的內(nèi)阻相差較大,從而電荷量也相差較大。
    3.溫度:環(huán)境溫度的變化,例如上升,這時反應物質(zhì)的擴散加快、電荷傳遞、電極動力學過程和物質(zhì)轉(zhuǎn)移更容易進行,因而蓄電池內(nèi)阻減小。反之,就會增加。
    4.蓄電池的型號:不同生產(chǎn)廠、不同種類、不同型號的蓄電池,由于電極、電解液、隔膜的材料配方不同,電池的結(jié)構(gòu)不同、裝配工藝不同而使蓄電池內(nèi)阻產(chǎn)生差異。
    5.測量信號頻率:目前許多蓄電池內(nèi)阻測量,實際上測的是蓄電池的阻抗,內(nèi)中包括了容抗,而容抗大小和測量信號頻率有關(guān),使蓄電池內(nèi)阻測量結(jié)果不具有客觀性。要具有客觀性,應根據(jù)測量信號電流和電壓的相位關(guān)系,用解析的方法去除蓄電池電容對測量結(jié)果的影響,使測量率結(jié)果與信號測量頻率無關(guān),即在任何測量信號頻率下,內(nèi)阻測量結(jié)果具有性。
    6.測量時間和測量電流大小:在采用較大測量電流的情況下,在施加測量信號和關(guān)閉測量信號的瞬間,由于極化的建立和穩(wěn)定是個變化過程,不同的測量電流,不同的測量時間,極化是不同的,使蓄電池內(nèi)阻測量結(jié)果不具有客觀性。要具有客觀性,應盡量用較小的信號電流進行內(nèi)阻測量,根據(jù)實驗,測量電流小于或等于0.05C10,(其中C10為10小時放電率下蓄電池的容量。)

用內(nèi)阻交流放電法測量蓄電池內(nèi)阻
    內(nèi)阻交流放電法是在交流注入法蓄電池內(nèi)阻測量技術(shù)的基礎(chǔ)上更進一步的發(fā)展,該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優(yōu)點。其原理是用CPU通過D/A控制智能負載,使蓄電池向智能負載放電,產(chǎn)生一個低頻(頻率小于100HZ),幅值約為0.01C10-0.05C10 的正弦波交流信號(頻率為fo,角速度為ω=2πfo的電流I=IoSin(ωoT),其中C10為10小時放電率下蓄電池的容量。在蓄電池上產(chǎn)生的電壓響應為:
    U=UoSin(ωoT+Φ); 其阻抗為:Z=Uo/IoXejφ

內(nèi)阻交流放電法測量內(nèi)阻的特點
    1.安全可靠:蓄電池工作主回路不接入任何器件,測量回路設(shè)計有10仟歐的限流電阻和保險管,測量回路為高阻設(shè)計,蓄電池工作回路和測量回路安全獨立,互不影響,可以在蓄電池在線工作時更換蓄電池監(jiān)測設(shè)備。
    2.放電電流小,對蓄電池無損害:因放電電流為0.01--0.05C10,不對蓄電池產(chǎn)生沖擊,不會造成柵極板變形及活性物質(zhì)脫落,對蓄電池壽命無影響。
    3.抗干擾性強,適應于對工作中的蓄電池進行實時在線監(jiān)測:采用可編程帶通濾波器進行濾波。用數(shù)字信號處理技術(shù)對信號進行處理,有效地消除了直流充電裝置紋波對測量的影響,具有很好的抗干擾性能,適應于對工作中的蓄電池進行實時在線監(jiān)測。
    4.測試精度高,狀態(tài)評估和壽命預測準確:帶通濾波器+多級高精度運算放大器+數(shù)字信號處理,使蓄電池內(nèi)阻測試精度高于傳統(tǒng)的直流放電法和交流注入法測量蓄電池內(nèi)阻,能準確反映蓄電池老化狀況及壽命預測的要求。蓄電池內(nèi)阻在線測量精度要在2%以內(nèi),重復精度在1%以內(nèi),目前傳統(tǒng)的直流放電法和交流注入法是無法達到的。
    5.測試的結(jié)果是蓄電池的真實內(nèi)阻,和測量時間、信號頻率、測試電流大小無關(guān),具有客觀性,也便于數(shù)據(jù)的橫向比較。

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