蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)的最優(yōu)化方法選擇

李文亮，虢文兵，李衛(wèi)，吳治軍，廖松林，劉樂

（云南電網(wǎng)有限責任公司普洱供電局，云南普洱，665000）

蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)的最優(yōu)化方法選擇

李文亮，虢文兵，李衛(wèi)，吳治軍，廖松林，劉樂

（云南電網(wǎng)有限責任公司普洱供電局，云南普洱，665000）

閥控鉛酸蓄電池作為直流系統(tǒng)后備電源被廣泛的應(yīng)用在變電站中，但由于在具體的使用過程中缺乏完善的監(jiān)測手段，導致直流電源常常由于電池問題引發(fā)一些不必要的事故。設(shè)計選擇一種有效的蓄電池在線監(jiān)測方案，通過監(jiān)控軟件準確地掌握蓄電池的內(nèi)阻、電壓以及剩余容量等參數(shù)顯得十分重要，論文介紹和分析了蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展及各類方法。

蓄電池內(nèi)阻；在線監(jiān)測最優(yōu)化

0 引言

作為直流操作電源系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，蓄電池組在鐵路、電力、石油、通訊等諸多行業(yè)都起著舉足輕重的作用[1]。近些年來，關(guān)于蓄電池的運行和維護成為了國際電源技術(shù)的焦點，且蓄電池運行狀態(tài)監(jiān)測和運行研究的越來越受到重視，蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)是其中研究和開發(fā)中的熱點方向[2]。

1 蓄電池及其在線監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀

國內(nèi)外提出了多種蓄電池在線監(jiān)測方法，比如電壓巡檢法、容量放電法、放電曲線法、溫度測量法和內(nèi)阻測量的方法等,這些方法各有利弊。

從蓄電池性能和容量測試技術(shù)、效果等角度來說，我們將蓄電池在線監(jiān)測技術(shù)大致的分為兩大類：定性測試技術(shù)以及定量測試技術(shù)。電壓測試法是屬于定性測試技術(shù)，可來判斷電池性能的狀態(tài)，但目前還無法根據(jù)電壓的參數(shù)預測電池容量；容量放電法屬于定量的測試技術(shù)，可測得蓄電池容量的指標。由于電池內(nèi)阻中包含復雜且不斷變化著的成分，所以不能用一般方法來進行精確的測量，目前應(yīng)用于蓄電池在線監(jiān)測中的內(nèi)阻測量方法有：直流電測試法、交流電測試法以及多頻電化學的阻抗分析法[3]。

2 蓄電池在線監(jiān)測的方法

近幾年來，蓄電池的監(jiān)測設(shè)備廠商都陸續(xù)推出了具有單電池內(nèi)阻監(jiān)測功能的產(chǎn)品，帶來了電池監(jiān)測技術(shù)方面的質(zhì)變，由被動的電壓監(jiān)測發(fā)展成為以主動測試方式完成電池內(nèi)部狀態(tài)監(jiān)測。通過內(nèi)阻的快速巡檢可以實現(xiàn)蓄電池電流、電壓和溫度等參數(shù)的監(jiān)測，還可以通過內(nèi)阻監(jiān)測及時發(fā)現(xiàn)蓄電池的健康程度。內(nèi)阻的實時在線監(jiān)測方法可以歸為兩種：直流內(nèi)阻測試和交流內(nèi)阻測試[4]。

2.1 直流內(nèi)阻測試

直流內(nèi)阻測試法也存在下列不足之處：（1）采用的放電電流一般比較大，對蓄電池本身可能會帶來一定損害；如果測量的頻度大，這種損害還有累積的危險；（2）直流內(nèi)阻測試法只可以測量蓄電池內(nèi)阻里的歐姆阻抗，無法測量極化阻抗。所以對蓄電池失效的判斷并不是很充分；（3）蓄電池之間的連接線需要超過10平方毫米厚，且該方法對放電器和連線可靠性的要求也較高。

2.2 交流內(nèi)阻測試

交流內(nèi)阻測試法就是向蓄電池注入一定頻率的交流信號，由于蓄電池內(nèi)部存在著阻抗，通過測量蓄電池的反饋電流信號，經(jīng)過信號處理，比較反饋信號和注入信號間的差異來測量蓄電池的內(nèi)阻。

交流測試法的特點如下：（1）因為不需要放電，所以避免了大電流放電對蓄電池的損壞；（2）測試時蓄電池無需離線運行，消除了系統(tǒng)的安全隱患，真正的實現(xiàn)了實時在線監(jiān)測；（3）交流內(nèi)阻測試法同時測量蓄電池歐姆阻抗和極化阻抗，可以對蓄電池的健康狀況進行更加可靠、真實的分析；（4）測試時無需施加負載，顯著降低了監(jiān)測設(shè)備的成本。

2.3 戴維南等效電路

理想電壓源可以等效為電流源與其內(nèi)阻并聯(lián)的形式；理想電流源可以等效為電壓源與其內(nèi)阻的串聯(lián)形式。戴維南等效電路把蓄電池的在線監(jiān)測等效成了簡單的在線監(jiān)測，使得計算更加的簡單，更加的直觀明了?？梢砸荒苛巳坏牧私庑铍姵氐脑诰€監(jiān)測狀況。

3 蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)功能完善方案

傳統(tǒng)核對性放電設(shè)備普遍都是采用電阻絲對電池進行放電，而且都是人工操作，它的程序很繁瑣，還存在一定人身危險，現(xiàn)在這種傳統(tǒng)的核對性放電試驗正在被逐步淘汰。

單一頻率的交流測試法幾乎可以用來測量所有種類電池；交流法的測量對電池的本身不會造成大的損害。單頻率的交流測試法的缺點是測量精度比不上直流內(nèi)阻測試法，其測量精度可能會受紋波電流影響，有時還受到電磁波電流干擾，測試電路的抗干擾能力還需要加強。使用單一頻率交流法來提取電池阻抗信息來判斷蓄電池剩余容量（SOC）以及健康狀態(tài)的判據(jù)還不是很充足，且單一頻率的方法難以平衡測量的準確性、復雜度的等因素。

上述方法都各有優(yōu)缺點，我們要根據(jù)不同的應(yīng)用情況和測試要求來選擇在線監(jiān)測的方法，可以綜合考慮采用兩種或兩種以上的方法進行判斷和分析，以完善對蓄電池組的在線監(jiān)測水平。

4 結(jié)論

正常情況下，蓄電池由充電機對其進行浮充電，蓄電池始終處在熱備用狀態(tài)，而在交流停電的時，蓄電池立即轉(zhuǎn)為運行狀態(tài)，為變電站各類負載提供操作電源，此時蓄電池組的容量一定要滿足事故停電時間內(nèi)所需要的放電容量，蓄電池的狀態(tài)對變電站能否正常運行有著極其重要的作用。隨著電力系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)容量的日益增大，對蓄電池組在這些領(lǐng)域應(yīng)用的可靠性就需要提出更高的要求，這樣才能滿足實際應(yīng)用的需求，因此，對蓄電池組的日常運行維護及在線監(jiān)測必不可少，逐步完善蓄電池在線監(jiān)測水平顯得尤為重要。

[1] 史相玲.蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究[D].河北:河北農(nóng)業(yè)大學，2009，12.

[2] 高鵬，崔君瑩，白瑞雪.閥控密封式鉛酸善電池的原理及其運行維護[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2009(11)：23-25.

[3] 賈立高.閥控式鉛酸蓄電池的使用和保養(yǎng)[J].西部廣播電視，2005(09)：33-42.

[4] 李建軍.影響閥控式鉛酸蓄電池使用壽命的原因及其維護[J].中國科技信息，2010(20)：45-46.

[5] 熊立峰.蓄電池性能分析與測試方法比較[M].2009：1-7.

Optimization Method of Battery On - line Monitoring Technology

Li Wenliang,Guo Wenbing, Li Wei, Wu Zhijun,Liao Songling,Liu le
(Yunnan Power Grid Co., Ltd. Pu’er Power Supply Bureau,Puer Yunnan,665000)

Valve-regulated lead-acid battery is widely used as a back-up power supply in DC system. Due to the lack of perfect monitoring means, DC power supply often causes some unnecessary accidents due to battery problems. It is important to select an effective on-line monitoring program for the storage battery. It is very important to accurately grasp the parameters such as the internal resistance, voltage and residual capacity of the battery by monitoring software. The paper introduces and analyzes the development and various methods of the on-line monitoring technology of the battery.

Battery inner resistance；Online monitoring optimization