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工业蓄电池电量检测系统设计[范文]

时间:2018-02-23 08:02:55 编辑:知网查重入口 阅读:

0  前言

工业生产电气化水平日渐提高,后备电源对工业生产生活的影响日益显著,充足的电力供应才能保证正常的生产生活,而由于电力设备需要进行检修可能使电力供应产生中断并影响工业生产正常进行,所以电能存储对工业生产生活意义非常重要。目前广泛应用的的电能存储设备就是蓄电池,经过数百年发展改进,蓄电池性能逐渐提高具有输出电压平稳、容量大、成本低、耐使用等,作为一些设备的重要组成部分广泛的应用于日常生活的各个方面,例如交通、电力、通讯等。

蓄电池做为后备电源,供电系统的可靠与否和供电持续性受到电池剩余电量的影响,所以电池的剩余电量是用户非常关注的一个问题。研究和使用经验表明,系统能正常工作的前提是有稳定可靠的电源作为保障,要实现这个目的就必须防止电池过度充放电以保证工作在最佳状态。通过及时采取合适的控制策略就能及时了解电池剩余电量状态,可以保障电池不发生过度的充放电。在某些领域,如果不大量耗费蓄电池存储的能量就可以实时在线监测蓄电池电量状态,这样就不影响系统稳定,例如:通讯基站、电力系统等。

如今在工业生产中所使用的蓄电池多为密封式的铅酸蓄电池。如果能随时在线监测电池的荷电状态(State of charge)就能防止电池发生过度的充放电,从而保证蓄电池的使用寿命,充足的电量储备使生产能够在特殊状况下照常进行,因此通过检测蓄电池剩余电量能够及时准确的掌握蓄电池工作状态,很具有实际意义。

0.1  国内外研究现状

经常以电荷描述蓄电池的容量,也就是负载正常工作时消耗的电池能量。由于蓄电池的端电压受诸如温度、负载等外界因素的影响较大,所以选用安时(Ah)表示其电量特性,公式如下:

铅蓄电池是基于电化学原理设计制造的电源,其SOC受众多外部因素的影响,比如温度、负载大小、使用时间等。国内外针对VRLA蓄电池的研究方向大概分为两类,一类是从改变电池内部电化学进程入手,利用新型电极、电解液等材料改变蓄电池的存储能力和耐老化性能;另一类研究是基于“黑箱子”原理,即把蓄电池内部结构作为一个“黑箱子"不做研究而将蓄电池外部可测的电气参数作为研究对象,例如开路电压、电流等。通过研究这些参数与电池电量的关系而达到估计蓄电池的剩余电量的目的。改变电池内部结构受到众多因素影响,电池外部参数的测量比较简单且检测精度很高。大多数的研究都偏向于通过检测电气参数去预测电池电量,具有很大的优势。

美国由于电力工业的需求而研发了蓄电池监测系统BMS(Battery Monitoring System)。在1989年,美国开始对无人值守的铅蓄电池在线监测系统展开研究,该系统于五年后完成并交付使用。随着科学技术的不断革新,电子微处理器的出现使得蓄电池SOC的检测更容易实现,通过测定电池组电压、单体电压、充放电电流、电池内部温度、电池环境温度等对蓄电池的SOC做出预计,得出电池剩余电量,并通过控制电池充放电系统实现电量控制,对铅蓄电池状态实行在线监测。我国为了发展清洁能源也大力研究光伏系统中蓄电池工作状态检测系统,测量的内容有:单体电压、电池组电压、电解液比重及放电电流等。每个被选中的电池作为一个研究对象并测量采集该系统数据,该系统有多路通道,数字多路选择器及上位机组成。国外有研究机构为了监测铅酸电池而研究VMS(VRLA Battery management System)管理系统,该装置不仅仅只是监测电池状态,而且具有管理和控制电池的能力。它是将电池的众多参数的检测分析结果进行综合比对,针对不同状态有不同的管理措施,改变蓄电池恒压充电的方法更利于对电池的维护并延长电池寿命。国外对蓄电池管理系统的研究比较深入,具有很高的性能,比如内部温度补偿、动态充放电保护、智能控制、防错误操作等。我国蓄电池管理系统研究起步比较晚,与国外相比还有不小差距,但由于最近几年国家大力发展新能源尤其是风能与太阳能,由于新能源需要先进行存储从而加快了我国蓄电池管理系统的研究,目前所据具有的功能有充满指示、欠压指示、负载切离以及电路保护和故障诊断。

蓄电池工作原理

蓄电池工作原理

目前所采用的最简单的电量检测方法就是开路电压法,但受负载干扰大精度低;在电池充放电过程中由于化学反应造成电解液中可溶物变化最终导致密度变化,所以产生了用电解液密度来估算剩余电量的密度法,该方法受电池结构影响造成精度低且不能用来预测密封式蓄电池;高电率放电法,给蓄电池加重负荷,通过测量端口电压来判断蓄电池的荷电状态,但不能用于正在充电以及刚刚充电完成的蓄电池;内阻法,蓄电池内阻与SOC成反比例关系,通过测量蓄电池内阻再与内阻-剩余电量曲线对比实现电池剩余电量估计,但内阻在电池刚开始放电时变化并不明显且电池内阻小不易测量;安时积分法,电流和时间做积分便是电池放出的电量,采用积分的方法实现对电池电量的实时监测,该方法对电池本身的影响较小,能满足多种使用要求,也有微机控制能耗小的优点,能实现电池SOC的在线监测。

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