蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的原理技術

       蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)采用具有世界先進水平的多頻點交流放電法內(nèi)阻測試技術，能夠實時在線監(jiān)測蓄電池組電壓、充放電電流、溫度及每每節(jié)蓄電池的歐姆電阻、極化電阻、雙電層電容、端電壓等參數(shù)，能夠計算電池的容量，可以監(jiān)測充電裝置穩(wěn)壓精度、穩(wěn)流精度、紋波系數(shù)等參數(shù)，準確分析蓄電池容量及荷電量。具有專家管理系統(tǒng)，用SQL-SEVER數(shù)據(jù)庫對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行管理，方便隨時調(diào)用數(shù)據(jù)并進行分析。系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)蓄電池工作異常及劣化電池時能夠及時報警，保證供電系統(tǒng)的安全，為蓄電池組的精細維護提供依據(jù)。

       系統(tǒng)可以和放電儀進行通信，控制放電儀按設定的放電終止條件（電池組電壓、單體電壓、放電時間、放電容量）對蓄電池進行核對性容量放電，精確測試蓄電池的容量，放電結束后，可以自動生成核容報表。在停電放電及充電時，系統(tǒng)全程監(jiān)測并記錄充放電過程中電壓、電流、溫度、單體電池電壓變化情況。

       系統(tǒng)具有以太網(wǎng)、GPRS、RS232/485、USB等多種通信接口及MODBUS通信協(xié)議，可以和動力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)進行無縫連接，可以在廣闊的地域范圍內(nèi)以多種通信方式組建蓄電池監(jiān)測網(wǎng)絡。系統(tǒng)采用B/S結構，方便各級管理和檢修人員在允許的權限內(nèi)隨時隨地查看現(xiàn)場數(shù)據(jù)及調(diào)閱歷史相關數(shù)據(jù)，有利于提高蓄電池維護技術管理水平。

工作原理
1、交流放電法
公司研發(fā)的交流放電法蓄電池檢測技術，綜合了直流放電法和交流注入法的優(yōu)點。
其原理是：
（1）CPU通過D/A控制智能負載，使蓄電池向智能負載放電，產(chǎn)生一個低頻的5A（有效值）正弦波交流激勵電流信號（特征激勵信號）；
（2）由于蓄電池阻抗的存在，每節(jié)蓄電池上也產(chǎn)生相應的特征電壓信號；

 

交流放電法測量原理圖
 

交流放電法特征激勵電流及特征電壓波形圖

（3）對該電壓信號和電流信號進行帶通濾波放大，對干擾信號進行初步濾除；
（4）對濾波放大后的電壓和電流信號進行高速同步采樣變?yōu)閿?shù)字信號；
（5）對電壓和電流數(shù)字采樣信號進行付利葉分析和小波分析，提取特征電流信號：i（t）=ImaxSinωt
和特征電流信號：
v（t）=VmaxSin（ωt + φ）；
（6）進行計算：
A）阻抗為：Z（ω）=ejφ×Vmax/Imax
即阻抗是與頻率有關的復阻抗，其相角為φ，而其模|Z|=Vmax/Imax。
B）角差為：φ
C）直流電阻：R=|Z|/Cos（φ）
（7）結合蓄電池單體電壓、浮充電池、內(nèi)阻的變化趨勢對蓄電池進行計算狀態(tài)評估。

       由于蓄電池內(nèi)阻極小，一般為微歐級，相應地，特征激勵電流信號產(chǎn)生的特征電壓信號非常小，也為微伏級。因此需要采用高精度、低零漂的多級放大器進行放大。
       低頻交流激勵電流信號和蓄電池上感應電壓信號經(jīng)放大、濾波后，送入同步高速A/D轉換器轉變?yōu)閿?shù)字信號。由于蓄電池組在線工作時還存在較大的工作電流，而工作電流存在各種頻率的諧波成分，相應在蓄電池上也感含有應出各種頻率的諧波成分的電壓信號。這些干擾信號的幅值較大，往往大于測量信號，測量電路需要采用多級帶通濾波器對測量信號進行處理。

       由于理想的帶通濾波器是不存在的，因此，實際采樣的電流和電壓的數(shù)字信號除有效成分外，還夾雜著大量的各種頻率的非有效成分，需要用數(shù)字信號分析處理方法對實際采樣的電流和電壓的數(shù)字信號進行分析處理，提取出有用信號。綜合采用付利葉變換和小波變換的數(shù)字信號處理方法，從數(shù)字化的采樣信號中，提取特征激勵電流信號和特征電壓信號，再通過數(shù)學計算，計算出特征激勵電流信號和特征電壓信號的有效值和相位，最后計算出蓄電池內(nèi)阻。
 

2、基于模型的多頻點內(nèi)阻測試
對于處于在線運行狀態(tài)蓄電池的評估，要取決于以下兩個參量：
（1）荷電量（SOC）：是指蓄電池當前的實際荷電量或能夠放出的容量，一般用核容放電法可以確定，其單位是Ah。
（2）容量（C）：是指充分充電的情況下，蓄電池的最大荷電量或放電量，其單位是Ah。
容量是對蓄電池劣化狀態(tài)的評估，而荷電量則是對蓄電池充電狀態(tài)的評估。在通訊基站中，雖然蓄電池一直處于充電狀態(tài)，但由于蓄電池的不均衡性，很難保證荷電量=容量。
       實際運行中，蓄電池過充或欠充的不均衡現(xiàn)象的普遍存在。欠充的蓄電池，只是其荷電量是不足，但其容量是正常的。這類蓄電池，只需做均衡處理后，即可正常使用。
       但是，現(xiàn)有的蓄電池維護技術手段，并未區(qū)分蓄電池荷電量與容量的關系，簡單地把蓄電池的荷電量等同于蓄電池的容量，把許多荷電量不足但容量正常的蓄電池，當作容量不足的劣化蓄電池來看待。實際工作中，把欠充的蓄電池當作劣化蓄電池來處理，要求退出或更換，造成不必要的浪費。
       蓄電池是一個極為復雜的系統(tǒng)，其放電及充電反應是復雜的化學及電化學過程，真正決定蓄電池容量及荷電量的是電池的化學和電化學狀態(tài)。下圖是實際蓄電池的電路模型：

 
蓄電池電路模型

蓄電池電路模型中，各符號的含義如下：
E：蓄電池電動勢；
R1：蓄電池歐姆電阻，包括極板、極柱、溶液、隔膜的電阻及接觸電阻；
R2：蓄電池極化電阻，包括電化學極化和濃差極化的電阻；
C2：電極雙電層電容。
根據(jù)上述的電路模型，蓄電池復阻抗計算公式如下：
 

式中：f為測試信號頻率。

       從式中可以看出，通過采用多個頻率進行測試，可以建立聯(lián)立方程，分別計算出蓄電池歐姆電阻、極化電阻、電容、電感等特性參數(shù)。
       博試電氣根據(jù)電池的電路模型，使用多頻點蓄電池測試技術，精確測量蓄電池的電壓、電流、歐姆電阻、極化電阻、電容、電感等特性參數(shù)，相比于目前市場上簡單的內(nèi)阻測試的蓄電池監(jiān)測設備，通過先進的多頻點交流放電法蓄電池測試技術與蓄電池多參量的分析，可以更加準確地分析蓄電池容量、荷電量，可防止電池因欠充而硫酸鹽化，或因過充而失水，從而顯著提高蓄電池的使用壽命。此項具有自主知識產(chǎn)權的專利技術，明顯優(yōu)于國外同類技術，因而獲得國家科技部重點支持。

標簽： 蓄電池