對(duì)單節(jié)蓄電池不脫離系統(tǒng)在線均衡處理延長(zhǎng)壽命的技術(shù)研究及應(yīng)用

羅長(zhǎng)兵 楊偉兆 唐仙鴻

摘 ?要：變電站直流系統(tǒng)蓄電池組運(yùn)行中，經(jīng)常出現(xiàn)單節(jié)蓄電池電壓會(huì)出現(xiàn)高低不一致的情況，特別是整組電池進(jìn)行定時(shí)均充時(shí)，會(huì)出現(xiàn)單節(jié)電壓過(guò)高超過(guò)告警閾值，造成過(guò)充損壞電池，也會(huì)出現(xiàn)單只電池始終低于平均電壓始終充不滿電，造成欠充虧容，容量不滿足運(yùn)行要求，運(yùn)行人員和檢修人員無(wú)對(duì)應(yīng)的解決手段，所以需要有一種裝置在不停電前提下快速對(duì)電池進(jìn)行均衡處理，使每節(jié)蓄電池電壓符合標(biāo)準(zhǔn)要求，保證使用壽命，保障電網(wǎng)運(yùn)行安全。

關(guān)鍵詞：蓄電池;使用壽命;均衡處理

前 ?言

蓄電池在實(shí)際使用中都是串聯(lián)成組使用的，經(jīng)常出現(xiàn)單節(jié)蓄電池電壓會(huì)出現(xiàn)高低不一致的情況，特別是整組電池進(jìn)行定時(shí)均充時(shí)，會(huì)出現(xiàn)單節(jié)電壓過(guò)高超過(guò)告警閾值，造成過(guò)充損壞電池，也會(huì)出現(xiàn)單只電池始終低于平均電壓始終充不滿電，造成欠充虧容，容量不滿足運(yùn)行要求，這是往往是由于電池制造的離散性和使用的原因造成，蓄電池組失效的早期表現(xiàn)總是出現(xiàn)一些落后電池，而落后電池又將進(jìn)一步加速整組電池的損壞。電池組的容量取決于該電池組中容量最低一節(jié)電池的容量。因而，發(fā)現(xiàn)并獲知落后電池的容量，及時(shí)對(duì)落后電池進(jìn)行處理是蓄電池組運(yùn)行維護(hù)的關(guān)鍵，所以研制一種單電池不脫離系統(tǒng)在線均衡處理延壽裝置專門(mén)針對(duì)蓄電池組中落后電池的便攜式智能化維護(hù)系統(tǒng)非常有意義。

1單電池不脫離系統(tǒng)在線均衡處理延壽裝置工作原理

單電池不脫離系統(tǒng)在線均衡處理延壽裝置由高頻穩(wěn)流放電系統(tǒng)、自識(shí)別均衡模塊、旁路隔離系統(tǒng)，PLC控制系統(tǒng)，人機(jī)交互漢顯屏組成。

蓄電池的放電電流經(jīng)過(guò)自識(shí)別均衡模塊的恒流閉環(huán)控制，補(bǔ)償由于電池電壓下降或負(fù)載阻值波動(dòng)等因素造成的充放電流的不穩(wěn)定，并最終將電能消耗的負(fù)載上完成均衡處理。同時(shí)PLC控制系統(tǒng)時(shí)刻監(jiān)測(cè)電池電壓的下降，如果已達(dá)到過(guò)放設(shè)定值則自動(dòng)停止放電，2分鐘后自識(shí)別均衡模塊會(huì)自動(dòng)按照國(guó)家規(guī)定的三段式充電曲線對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。

與此同時(shí)在線活化落后電池，隔離旁路系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)在蓄電池組串聯(lián)回路將該節(jié)電池隔離出來(lái)，使活化工作不影響其它任何運(yùn)行設(shè)備。PLC控制系統(tǒng)通過(guò)人機(jī)交互漢顯屏實(shí)時(shí)顯示電池的電壓、電流、充放電時(shí)間、充放電容量、環(huán)境溫度等各個(gè)參數(shù)。

2系統(tǒng)特點(diǎn)及設(shè)備功能

2.1系統(tǒng)特點(diǎn)

本系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn)：自識(shí)別均衡模塊電路，性能參數(shù)優(yōu)越，更加裝有PLC控制系統(tǒng)，質(zhì)量性能穩(wěn)定可靠。完全按照國(guó)家規(guī)定的全段充放電曲線自動(dòng)完成，精確維護(hù)電池的每一刻。人機(jī)交互雙段漢顯屏顯示、各種參數(shù)、狀態(tài)一目了然，系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)蓄電池的狀況來(lái)決定其工作狀態(tài)來(lái)決定工況，全自動(dòng)進(jìn)行，根據(jù)需要亦可手動(dòng)選擇工作狀態(tài)。全方位保護(hù)及報(bào)警功能，保證了設(shè)備和蓄電池的安全，并有相關(guān)文字及音響提示。兼容2V/12V的各類型單體蓄電池，方便操作，一鍵完成。具有電池活化延壽，可在線或不在線對(duì)單體蓄電池進(jìn)行充放，在不斷電、不拆卸、不更換的條件下，使用本系統(tǒng)激活失效的反應(yīng)物質(zhì)，恢復(fù)容量，并可對(duì)單體電池準(zhǔn)確測(cè)定其容量，效率高、節(jié)能、節(jié)省人力物力。界面友好操作簡(jiǎn)單，重量輕，體積小，攜帶方便。

2.2設(shè)備功能

裝置模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)有手動(dòng)和自動(dòng)模式。本裝置完善的保護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，具有輸入、輸出過(guò)欠壓保護(hù)、單節(jié)電壓過(guò)放保護(hù)、50度超溫保護(hù)、時(shí)間保護(hù)、防反接保護(hù)報(bào)警等功能，有文字提示。容量可根據(jù)要求設(shè)定，一旦設(shè)定錯(cuò)誤設(shè)備不會(huì)啟動(dòng)并有文字提示。監(jiān)控采用PLC內(nèi)置軟件全程控制，抗干擾性強(qiáng)、性能穩(wěn)定可靠。充放電時(shí)完全按照國(guó)家規(guī)定的段充放電曲線自動(dòng)完成，蓄電池充電按GZDW“三階段”微機(jī)充電曲線自動(dòng)完成，并能限定充電電壓、電流及時(shí)間、溫度范圍。人機(jī)交互雙段漢顯屏顯示，操作顯示在一體;充電時(shí)顯示充電電流、充電電壓、充電時(shí)間、充進(jìn)容量、充電狀態(tài)、電池溫度參數(shù);放電時(shí)顯示放電電流、放電電壓、放電時(shí)間、放出容量、電池溫度參數(shù)。裝置具除具有充電和放電功能外，具有脈動(dòng)激活功能，可對(duì)故障蓄電池硫化反應(yīng)物質(zhì)小電流脈動(dòng)激活提高還原效率。裝置具有自適應(yīng)隔離旁路系統(tǒng)，可在線或不在線對(duì)單體蓄電池進(jìn)行均衡處理，不需斷充電機(jī)，不需拆卸電池即可實(shí)現(xiàn)對(duì)落后電池的均衡處理。交流一旦斷電設(shè)備自動(dòng)脫離電池，防止電池過(guò)充或過(guò)放對(duì)被測(cè)蓄電池造成危害。設(shè)備自帶存儲(chǔ)功能，前次的各個(gè)參數(shù)都可在人機(jī)交互漢顯屏上調(diào)取查閱。

3裝置技術(shù)參數(shù)

3.1技術(shù)參數(shù)

規(guī)格：根據(jù)南網(wǎng)正在運(yùn)行的電池規(guī)格，制定本裝置滿足2V/12V單體蓄電池。

3.2環(huán)境條件

環(huán)境溫度：<45℃;相對(duì)濕度：<85%RH;大氣壓力：（80-110）Kpa;工作電源：AC220V±10%（50HZ）;絕緣電阻：≥20MΩ;動(dòng)態(tài)響應(yīng)：≤100us;可靠性指標(biāo)：MTBE≥100000小時(shí);可聞噪聲：≤45dB;周圍無(wú)介質(zhì)導(dǎo)電塵埃，無(wú)導(dǎo)致金屬絕緣或絕緣損壞的腐蝕性氣體;防震等級(jí)：8級(jí)，水平加速度：0.25g垂直加速度：0.125g;防護(hù)等級(jí)：IP40。

4 程序運(yùn)行說(shuō)明

4.1單電池在線均衡條件

電池組處于浮充態(tài)，即充電電壓為浮充電壓，充電回路電流小于0.01C10，此時(shí)可不停充電機(jī)，不拆卸電池的進(jìn)行均衡延壽，此過(guò)程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)容量測(cè)試。

4.2模式選擇

設(shè)備具有手動(dòng)模式、自動(dòng)模式。當(dāng)電池欠充時(shí)可采用手動(dòng)充電方式進(jìn)行補(bǔ)充充電，充電曲線完全符合國(guó)標(biāo)要求，充電結(jié)束時(shí)自動(dòng)停止，并有文字提示。

當(dāng)單電池只進(jìn)行容量測(cè)定時(shí)可采用手動(dòng)放電方式進(jìn)行，設(shè)備采用0.1C10的電流恒流放電，到達(dá)設(shè)定的過(guò)放點(diǎn)時(shí)自動(dòng)停止，并有文字提示。

當(dāng)電池需要均衡處理同時(shí)檢測(cè)容量時(shí)可采用自動(dòng)循環(huán)方式進(jìn)行，裝置根據(jù)軟件程序自動(dòng)啟動(dòng)和自動(dòng)停止，并有文字提示。

4.3系統(tǒng)運(yùn)行程序

裝置采用嵌入式軟件程序控制，單節(jié)高電壓電池采用可控脈沖負(fù)載降低電池虛高電壓，負(fù)載具有電流反饋回路，自動(dòng)根據(jù)電池帶載能力自動(dòng)識(shí)別電池電壓是否是虛高而調(diào)節(jié)載荷，不會(huì)造成電池電量損失。

4.4保護(hù)功能

交流部分與直流部分隔離， 絕緣強(qiáng)度2KV;具有短路保護(hù)功能、正負(fù)反接保護(hù)、設(shè)定超限保護(hù)、接線錯(cuò)誤保護(hù)等。當(dāng)短路后設(shè)備自動(dòng)停止輸出，短路解除后自動(dòng)恢復(fù)輸出。具有輸入、輸出過(guò)欠壓保護(hù)、單節(jié)電壓過(guò)放保護(hù)、50℃超溫保護(hù)、時(shí)間保護(hù)、防反接保護(hù)報(bào)警等功能，有文字提示。容量保護(hù)功能在容量輸入錯(cuò)誤時(shí)設(shè)備不啟動(dòng)。

結(jié) ?論

（1）解決目前直流系統(tǒng)蓄電池組中大量存在的各個(gè)蓄電池單節(jié)電壓高低不一，導(dǎo)致的信號(hào)告警，和電池欠充容量不合格的問(wèn)題，對(duì)蓄電池組中高電壓狀態(tài)（大于2.450V）和低電壓狀態(tài)的（小于2.200V）的單節(jié)電池進(jìn)行均衡處理，實(shí)現(xiàn)整組電池的均衡，滿足規(guī)程中規(guī)定的運(yùn)行要求，使電池在使用壽命內(nèi)能正常工作，不提前失效。

（2）解決單節(jié)電池均衡處理時(shí)可在線工作，不需脫離系統(tǒng)，不需拆卸電池，不影響系統(tǒng)運(yùn)行，可在均、浮充狀態(tài)下進(jìn)行均衡操作，均衡過(guò)程軟件控制全自動(dòng)進(jìn)行無(wú)需人為干預(yù)，均衡時(shí)間短，效果明顯。裝置體積小重量輕，即可在線安裝也可便攜使用。

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作者簡(jiǎn)介：

羅長(zhǎng)兵（1984-），男，高級(jí)工程師、高級(jí)技師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司三級(jí)技能專家;

楊偉兆（1981-），男，助理工程師，繼電保護(hù)技術(shù)負(fù)責(zé)人;

唐仙鴻（1988-），男，助理工程師，繼電保護(hù)專責(zé)。