蓄电池充放电（通用9篇）
蓄电池充放电 篇1
摘要：为防止蓄电池工作于过充电和过放电状态,本文设计了一种蓄电池充放电保护电路,通过对蓄电池充放电过程中的电压和电流监测,该电路由滞回比较电路、电流采集电路和逻辑门电路配合控制电池的充放电开关,保证蓄电池处于安全工作状态,以此延长蓄电池的使用寿命。
关键词：蓄电池,滞回比较,门电路,充放电
蓄电池充放电过程中的过充电和过放电都会严重影响蓄电池的使用特性,使蓄电池的内阻升高、容量减小。过充电会使蓄电池内部电解液温度升高,可能会导致蓄电池的自燃或者爆炸,所以在蓄电池的使用过程中一定要防止过充电和过放电这两种现象的出现。蓄电池是否过充电或过放电都无法通过观察实时判断,所以我们需要一个电路来防止电池过充电或过放电。
目前蓄电池的充放电管理以及保护方法有很多种,但不论是使用单片机控制还是使用分立元件构成的控制器都有电路复杂、面积大和功耗高的缺陷。同时,有人提出了通过设计集电池充电和保护功能于一身的IC,来解决面积大、功耗高的问题,可减少了一定的外围电路。但该方法还在设计阶段,且其本身还是存在电路复杂的缺陷。
介于以上问题,本文提出了电路简洁、面积小和功耗低的蓄电池的充放电保护电路。
1 蓄电池安全充放电过程分析
蓄电池安全充放电就是保证电池电量在一个合理范围内变化,根据蓄电池型号的参数可以设定蓄电池安全充放电的剩余电池容量门阈值, 设定上限门阈值Qmax可防止蓄电池过充电,设定下限门阈值Qmin可防止蓄电池过放电。即蓄电池充电时,电量上升,达到上限门
阈值停止充电;蓄电池放电时,电量下降,达到下限门阈值停止放电。这个过程如图1 所示, 蓄电池放电过程如图中A-B-C所示,电量降低到Qmin时停止放电;充电过程如图中C-D-A所示,电量上升到Qmax时停止充电,这样就保证了蓄电池的安全充放电。
2 蓄电池的充放电保护电路设计
由于蓄电池在工作状态下的电量检测电路比较复杂,本电路结合电池端电压和充电电流来估计电池的剩余容量。由蓄电池的安全充放电分析可得,电池充电和放电的安全门阈值不同,所以把采集到的蓄电池端电压通过滞回比较器电路比较,来控制充电或者放电。如图1 所示,放电过程中,蓄电池电压达到电压下限门阈值Qmin时,滞回比较器输出由低电平变为高电平;充电过程中,蓄电池电压上升到电压上限门阈值Qmax时,滞回比较器输出由高电平变为低电平。
充电时,采集到的蓄电池端电压是充电器两端电压,是恒高于上限门阈值的,所以不能只由滞回比较电路来判断蓄电池是否满电。而蓄电池充电时,随着电池剩余容量的增加,充电电流会越来越小,取电池达到过充电的临界充电电流值为电流采集输出门阈值M,充电时,电流采集输出达到这个门阈时,停止充电。
综合以上条件,只有在蓄电池充电电流低于门阈值M且滞回比较器输出为低时,电池停止充电,可供电;蓄电池充电电流高于门阈值M或滞回比较器输出为高时,电池停止供电,可充电。保护电路原理如图2 所示。其中D1、D2 为二极管,S1 为充电开关,S2 为供电开关。
3 小结
蓄电池的充放电保护电路可保证蓄电池在其安全范围内充放电。由于蓄电池在放电工作状态下,同等剩余容量,放电电流越大,采集到的电压越低,在没有电流的情况下,电压最高。所以在实际工作中,放电电流越大,设定的下限门阈值会高于实际安全放电下限门阈值。目前,该电路已成功应用到所设计的直流稳压电源系统中,并且电路工作稳定可靠。
蓄电池充放电 篇2
笔记本电池放电有绝招
不少用户都买了笔记本电脑,由于经常使用电池供电,时间一长,电池续航能力明显下降,充满电后供电时间不足1小时,这种情况只要为电池完全放电,就能恢复电池供电能力,理想的.是,很多笔记本没有内置放电软件,在这样的情况下,需要选择更适合的放电方法.
作 者：安安 作者单位：刊 名：电脑知识与技术-经验技巧英文刊名：COMPUTER KNOWLEDGE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：“”(4)分类号：关键词：
铅酸电池剩余放电时间预测 篇3
摘要：本文拟通过对铅酸电池放电情况出发，利用SPSS软件和Matlab软件，以及Excel软件的强大计算功能，解决在不同电流强度下，电池的剩余放电时间的计算和预测问题。
关键词：剩余放电时间；Matlab软件；SPSS软件；预测；数据筛选
前言
本题的主要问题是铅酸电池的放电的具体情况，铅酸电池以恒定电流放电时，电压随着放电时间单调下降，直到最低的保护电压9V，而影响放电的因素有电池设计（电池的电容量）、电池的制作水平和生产工艺和使用的原材料、放电条件（包括放电电流，放电方式，终止电压，放电温度）、电池内阻、充电条件等。
一、模型的假设
1. 假设电池设计（电池的电容量）都是一样的；
2.假设电池的制作水平和生产工艺和使用的原材料都是相同的；
3.假设放电条件（包括放电方式，放电温度）相同；
4. 假设电池内阻都相同；
5.假设充电条件是一样的；
6. 假设放电时间不受温度的影响；
7、符号定义及说明
符 号含 义单 位
I电流强度A
U电压V
t时间min
zt时间变量min
xa电流变量A
yu电压变量V
二、模型的建立与求解
根据实际情况，由于每个电池放电时的恒定电流强度不同，因此放电时间和放电速度会不同，但从附件1中的数据可以看出，在不同的恒定电流强度下电压随着时间的变化而单调下降，当且仅当五种假设都成立的时候，不同强度电流放电时电压和放电时间成相关关系。
1、问题1的解决（附件一）
根据附件1，在不同的恒定电流下电压随放电时间而单调下降，要用初等函数表
示各放电曲线，利用SPSS软件对不同恒定电流下的时间和电压的变化进行作图，先要在SPSS软件中导入附件一中的数据，通过软件执行。作出部分电流强度下的图象（因文章篇幅有限只作部分图像）：
2、问题2的解决（附件二）
由题目和附件1中的数据，利用matlab软件作出放电时间关于电流和电压的三维图.
利用matlab软件作出电压关于时间和电流的方程，带入55A及放电时间的值，求出相对应的电压值。
问题3的解决（附件三）
根据题目中所给附件2中的数据，首先对数据进行分析，剔除掉无效数据，再利用excle做出新电池状态、衰减状态1、衰减状态2、衰减状态3下随电压的减小放电时间的变化并利用excle绘制出图形，其中，在衰減状态3下，利用添加趋势线的功能，拟合出一条曲线对该曲线做出预测，由所求表达式对电池在衰减状态3下预测剩余放电时间。
三、模型的评价与推广
1、模型优点
（1）铅酸电池以恒定电流的放电过程中，电压何时到达最低保护电压，所以准确预测电池的剩余电量和剩余放电时间是无比的重要。利用matlab软件进行评估，对铅酸电池的放电具体情况进行深入研究，才能合理而有效地利用铅酸电池。
2、模型缺点
（1）SPSS软件不能够解决问题2，建立三维图像。
（2）spss相对matlab而言，处理的数据相对较少。
3、模型推广
利用Matlab软件建立的模型可以推广到对其他高科技或新型产品使用状况的预测，还可以推广到对天气状况及环境状况等预报方法的评价。
参考文献
[1]韩中庚.数学建模方法及其应用[M].北京：高等教育出版社，2005.
[2]曹卫华，郭正.，最优化技术方法及MATLAB的实现[M].北京：化学工业出版社，2005.
蓄电池极板化成充放电电源的设计 篇4
关键词：蓄电池,晶闸管,充放电
1 引言
蓄电池是能反复充电、放电的电池, 它用填满海绵状铅的铅板作负极, 填满二氧化铅的铅板作正极, 并用22%～28%的稀硫酸作电解质。在充电时, 将外部直流电源连在蓄电池上进行充电, 使电能转化成化学能储存起来;放电时电能从电池中释放出来去驱动外部设备使化学能又转化为电能。蓄电池是一种具有良好的可逆性、电压特性平稳、使用寿命长、适用范围广、供电方便、安全可靠的直流电源。随着现代工业的迅猛发展, 蓄电池工业对社会主义现代化建设起着越来越重要的基础性作用, 交通运输和电信设备等行业对蓄电池需求量越来越大, 其配套的化学电源必须具备范围大、高可靠、全密封、免维护和高性价比等优点, 从而对铅酸蓄电池的生产包括即生产过程的质量控制, 原材料, 制造工艺及生产设备提出了更高的要求, 而蓄电池化成过程是影响蓄电池质量的一个非常重要的工艺环节, 因此对蓄电池化成工艺过程的有效控制将直接影响到生产的蓄电池性能和使用寿命, 而充放电电源是决定化成质量的根本保证。因此, 研制一种适用于蓄电池的化成充放电电源, 以提高蓄电池的循环寿命, 降低用户使用成本, 节约资源, 促进行业发展, 是蓄电池厂家及用户共同的呼声。
本蓄电池极板化成充放电电源采用了晶闸管整流技术, 采用先进的双闭环PID反馈控制技术对充放电机的工作电压及工作电流进行整定。微控制器能够按照程序设定给出电压、电流信号与闭环系统反馈回来的直流侧电压、电流信号作比较计算后经过调节电路, 控制移相芯片输出触发脉冲从而触发晶闸管进行整流, 并通过接触器进行充放电的切换。运行时, 系统实时反馈直流侧电压电流信号, 一方面与设定值作比较进行自动调节, 使电压电流参数保持与设定值一致, 另一方面将上述信号传给单片机控制系统并经过计算将实际数值实时显示在LCD上。实现对蓄电池恒流充电, 又可作为蓄电池的放电负载, 把蓄电池放电时的能量回馈到电网, 实现能量的再生。且在蓄电池充、放电的过程中, 均可以实现网侧电流的正弦化和高功率因数、低谐波污染, 节能效果显著。
2 系统功能:
本蓄电池极板化成电源可对蓄电池进行恒流充放电、恒压充放电及浮充, 放电时电能回馈电网, 可实现以下基本功能:
充放电控制功能:可实现对电池组进行多阶段自动充放电, 并能通过时间, 电量, 电压等转换条件实现各阶段的自动切换, 用户可根据各种蓄电池化成工艺设置相应化成程序。
实时监控功能:液晶屏幕显示, 具有全中文菜单, 能够实时显示各种检测数据--充/放电电流、电池组总电压、程式执行时间等, 随时了解设备运行状态。并可通过键盘对充放电状态和充放电参数进行实时设置和修正。
系统保护功能:系统在软硬件均设有完善的保护功能, 防止电流过大等对电池组造成损伤, 具有过压、过流及短路等多种保护措施, 并带有报警指示灯和蜂鸣器。
断电记忆和来电重启功能:在充放电过程中如果突然断电导致系统没有正常结束时, 系统将及时地保存必要的参数。在恢复供电时, 自动调用保存的充放电参数并作适当的调整, 从断电处继续运行以完成充放电过程。
2 系统的总体方案设计
本系统所要实现的功能是对蓄电池进行恒流充放电控制, 通过化成过程使蓄电池达到所设计的电化学性能。系统的总体框图如图2.1所示。
在充放电电源中, 主要由隔离变压器、晶闸管整流输出电路、电流电压信号检测电路与反馈控制电路、单片机最小系统、掉电保护和外部存储器电路、报警显示电路以及键盘输入电路几个部分组成。
蓄电池极板化成充放电电源采用了晶闸管三相全控桥式整流电路, 利用单片机应用系统按照程序设定给出电压、电流信号与闭环系统反馈回来的直流侧电压、电流信号作比较计算后经过调节电路, 控制移相芯片输出触发脉冲从而触发晶闸管进行整流, 并通过接触器进行充放电的切换。系统在运行时, 实时地将运行过程中的各个状态通过LC D和LED显示出来, 接收和响应键盘的操作。
3 系统硬件设计
3.1 化成电源主回路
本系统采用晶闸管三相全控桥式整流电路控制蓄电池的充放电, 三相桥式全控整流电路主回路电路图如图2所示。主回路主要由以下几部分组成: (1) 交流接触器、熔断器、主变压器; (2) 变流器模块; (3) 由平波电抗器组成的直流滤波部分, 由分流器FL组成的电流取样、电池端电压采样部分, 直流熔断器, 等器件组成。其中主变压器起到隔离和改变输出电压最大范围的作用, 交流接触器则起到交流电源的开断作用;变流器部分则由6个晶闸管接成三相桥组成, 直流输出部分的电抗器主要起抑制脉动电流的作用, 分流器则将充放电电流转化为控制电路能采集的电压信号。 (如图2)
3.2 数据采集与输出控制模块
3.2.1 数据采集模块
数据采集分为电流和电压的采集。所谓的数据采集过程, 实质上是信息的采集、传递和处理, 以及对数据采集器控制的过程。其采集过程一般经由传感器获得信号, 并经过以线性放大器为核心的信号调整电路对输入信号进行放大和调整, 再通过AD采样并转换成为数字信号, 进而进入分析系统进行数据的处理和分析, 实现其相应的功能。因此电路的设计主要集中在对采集到的信息迸行预处理的电路中, 使其满足处理器A D转换的要求。数据采集系统的A/D单元对电池的电压和电流这两种信号进行检测, 由处理器根据工艺文件要求, 通过输出电路的D/A单元和充、放电切换单元控制变流器电路, 实时调整充、放电过程的电压或电流。
3.2.2 输出控制模块
系统输出控制电路将经过处理之后的数字量通过DAC模块转换成模拟量, 经过光电隔离并线性放大之后, 最后送给变流器, 通过变流器控制系统的充放电。
3.3 人机界面模块
3.3.1 键盘模块
整个键盘电路采用8279芯片, 不仅可以大大地节省CPU处理键盘的时间, 减轻CPU的负担, 而且, 显示稳定, 编程简单。16个按键接成矩阵形式, 由RL7～RL0组成行线, SL0～SL3组成列线 (或扫描线) 。当有键闭合时, 读入的RL7～RL0不全为零, 根椐RL7～RL0和SL3～SL0的状态即可确定闭合键所在的位置。
3.3.2 显示模块
系统中扩展了LCD, 用于实时地显示系统运行的各个阶段及运行过程中的各个参数, 同时显示时间等相关辅助信息, 当用户通过键盘对系统进行设置时, LCD将通过一系列简单的操作界面, 给用户的操作带来最大程度上的方便, 同时也可以实时地将设置信息显示在界面上。OCMl9264是一种图形点阵液晶显示器, 点阵数为192 (列) ×64 (行) , 可显示12 (每行) ×4 (行) 个 (16x16点阵) 汉字, 也可完成图形与字符的显示。它主要采用动态驱动原理由行驱动控制器和列驱动器两部分组成了192 (列) ×64 (行) 的全点阵液晶显示。同时, 为了实时的显示系统的运行状态, 将系统运行中所处的阶段用LED显示出来。
3.4 掉电保护电路
在蓄电池化成过程中出现停电事故时, 需要对运行文件及运行状态进行掉电保存, 重新上电后按照已保存的状态继续运行, 故需要给RAM外加掉电保护电路。
4 结语
蓄电池极板化成电源吸收了国内外同类产品的技术优点, 整机具有体积小、重量轻、效率高、干扰小、可靠性强等特点, 充电曲线更加理想, 有效的提高了蓄电池的使用寿命。总体性能技术指标达到有些甚至超过同类产品国际先进水平, 是铅酸蓄电池生产厂家极板化成的理想设备。目前已取得良好的经济效益和社会效益。
参考文献
[1]何立民.MCS-51单片机应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社, 1993.
[2]充电电源分布式控制系统的设计.武汉理工大学, 2007.
蓄电池充放电 篇5
理论上, 对于一个10Ah的蓄电池而言, 如果以1A的电流放电, 应该能放电10个小时;若以10A的电流放电, 应该能放电1个小时;然而, 实际上由于蓄电池的有效容量与放电电流的非线性关系, 这些以恒定电流放电而期望达到的时间往往是不现实的。大量实验表明, 蓄电池的放电电流越大, 有效容量就会越小[1], 因此对于使用过的蓄电池, 若想达到标称容量是很困难的。事实上, 人们对于蓄电池存储/释放电能的多少是根据电池荷电状态 (State of Charge, SOC) 来判断的[2], SOC是蓄电池经过部分放电/充电的情况下, 用来衡量蓄电池剩余提供电量能力的重要参数。由于蓄电池中存在许多非线性因素的制约, 这导致了直接测量SOC的值极其困难。本文通过研究蓄电池充放电过程中其端电压的变化情况, 得出端电压与其SOC的准确对应关系, 为提高电动汽车电源管理系统 (BMS) 的精确度奠定基础。
1、铅酸蓄电池工作原理分析
放电过程的微观理解为:
充电过程的微观理解为:
总之, 蓄电池放电过程是化学能转化为电能的过程, 放电时正极的活性物质Pb O2和负极的活性物质海绵铅均变为Pb SO4, 且电解液中H2SO4分子不断被消耗生成H2O, 从而电解液的相对密度降低, 内阻增大。而充电过程中, 正、负极板上的有效物质逐渐得到恢复, 电解液H2SO4比重逐渐增加、电池电压升高、内阻减小, 充电后期由于水的电解会有大量气泡产生, 蓄电池的放电和充电过程类似一个可逆循环的过程。
2、铅酸蓄电池等效电路模型的构建
大量研究表明, 铅酸蓄电池的开路电压 (OCV) 与SOC有很大的相关性[4,5], 但是具体的对应关系还没有很精确的给出。因此, 通过研究蓄电池的端电压来间接得到其对应的SOC值, 为了得到蓄电池的端电压与其SOC值的准确对应关系, 首先建立蓄电池的等效电路模型, 常见的内阻模型或者阻容模型中均假设某些非线性变量为定值, 甚至没有考虑某些主要变量的影响, 本文以蓄电池的三个重要参数SOC、温度、电流为自变量, 假设等效电路中的所有电子元件模型的值均是这三个参数的函数, 构建时变参数阻容模型等效电路如图2所示。
针对第 (1) 种模式可以理解为当蓄电池与外界电路断开连接, 并且静置长时间后, 端电压VB等于开路电压值E0;第 (2) 种为当蓄电池与外界电路断开连接瞬间或短时间内断开电路, 经常为蓄电池经过部分放电后端电压变化情况;第 (3) 中情况为蓄电池与外界电路接通的短时间内出现, 经常表现为蓄电池开始放电或者充电的瞬间, 特别是汽车启动的瞬间或者接入充电机的时候;第 (4) 种则为蓄电池与外界电路接通后充放电时端电压变化状态。
知道了蓄电池端电压的变化, 再利用开路电压法就可以准确地到蓄电池的SOC值[7]。对于铅酸蓄电池而言, 在其性能完全稳定的时候, 其开路电压与剩余容量存在很明显的线性关系, 而且这种线性关系受环境温度以及蓄电池老化因素影响很小。开路电压与剩余容量关系可由下式表示:
其中, VB为电池端电压, a为充满时的开路电压, b为充分放电时的开路电压。这三个量大小随着不同蓄电池生产厂家而略有不同。
3、模型仿真与试验验证
按照中国的国家标准和国际IEC标准, 铅酸蓄电池常用的充电电流一般为0.05C或者0.1C, 这个电流充电对电池最有利, 这里C为蓄电池的标称容量。放电电流一般为C20或者C10, 电动汽车专用电池为C2, 其中C代表电池容量, 后面跟随的数字表示该类电池以某种强度的电流放电到终止电压的时间 (单位为h) , 所以用容量除小时数得出的值就是额定放电电流[6]。这里以瓦尔塔 (VARTA) 6-QW-60 (420) -L蓄电池为研究对象, 并利用杭州德康蓄电池修复仪SF100-S对其进行充放电试验, 如图3所示为蓄电池在0.1C和0.05C的电流下进行充电时其端电压与SOC的变化关系图, 图4为蓄电池在C10和C20的电流下进行放电时其端电压与SOC的变化关系图。
4、结论
对所建立的时变参数阻容模型等效电路进行仿真, 将蓄电池的充放电电压随时间变化的关系以及端电压与SOC值的关系的仿真值与实验测试真实值进行对比, 从图3中可以看出, 蓄电池在充电时, 以恒定的电流充电, 端电压不断地上升, 直到接近充满电时, 端电压不再增大, 开始进行恒压充电, 此时充电电流在不断减小;充电过程中蓄电池的端电压与其SOC值呈线性对应关系, 可由端电压的值来准确得到其SOC值, 对充电状态下估计蓄电池的SOC值有很大帮助。由图4中可知, 放电电流越大, 蓄电池放出的有效容量就越小, 放电时间也就越短, 当然蓄电池在放电时其端电压与其SOC值也呈线性变化关系, 可以由端电压准确得到电池的剩余电量, 这就为蓄电池在充放电时的SOC值的准确估计提供了依据。
参考文献
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蓄电池充放电 篇6
1 系统设计概述
该蓄电池充放电综合控制设备以MC68HC908SR12单片机为控制核心,采用FPGA辅助控制设计。主要包括电源电路、恒流恒压充电控制单元、平衡放电控制单元、中央控制单元、FPGA辅助控制单元、温度检测电路、人机接口电路等。蓄电池充放电综合控制设备主要针对军事应用中一些不断电设备耗能较大,普遍采用蓄电池串联供电的情况设计的。在设计过程中着重考虑蓄电池的平衡特性,以提高串联蓄电池供电组的工作效率、延长其使用寿命。图1是其系统框图。
2 硬件设计
下面对充放电综合控制设备的硬件设计过程进行概述说明。
2.1 电源电路
使用开关电源作为充电器的供电设备。开关电源采用脉冲调制方式PWM(Pulse Width Modulation)和MOSFET,BTS,IGBT等电子器件进行设计。开关电源集成化程度较高,具有调压、限流、过热保护等功能。与线性电源相比其输入电压范围宽(通常可达交流85～265 V)、体积小、重量轻、效率高。同时,其易于FPGA辅助控制单元对其进行控制。
2.2 充电控制单元
充电控制单元采用目前较成熟的恒流恒压充电电路来设计完成。图2是电路原理图。恒流恒压电路由Motorola公司的MC68HC908SR12单片机片内模拟电路模块和片外的MOSFET开关管、肖特基二极管、滤波电感、滤波电容等器件组成。模拟电路模块是Motorola公司的MC68HC908SR12单片机的特有部件,它由输入多路开关、两组可程控放大器、片内温度传感器、电流检测电路等组成。可程控放大器总放大倍数为1～256。放大器的输入可选择为2路模拟输入脚(ATD0,ATD1)、片内温度传感器、模拟地输入(VSSAM)。ATD0和VSSAM间可接一个电流检测电阻,用于测量外部电流,它还连接至电流检测电路,可在电流超过指定值时产生中断并输出信号。
在充电开始前的预处理阶段,根据检测到的不同电池特性,软件选择相应的充电算法,充电算法由单片机和FPGA辅助控制单元实现。在充电开始后,软件定时采集感应电阻R上的电压值,经过计算,设置SR12单片机的输出控制参数。同时,电流检测电路实时检测充电电流,在电流超过指定值时产生中断并由SR12单片机控制及时关断充电电流,实现恒流恒压的充电控制。
均衡充电是本充放电综合控制设备的一个重要特点。在充电的过程中,由于电池的质量不相同,容量小、质量差的电池端电压在充入相同电量后会出现电压增长比另一个电池多的情况,如果不采取措施,它们的电压差将会增大,以至其中一个电池很快达到规定的安全电压,充电过程也将被迫停止。此时应该停充电压高的电池,即均衡充电。这样有利于恢复电池内受损的单元,使充电过程能顺利地进行下去。
2.3 放电控制单元
放电控制单元主要有2部分组成,一是返驰式平衡放电电路,可以实现电池组的平衡放电。平衡放电是本充放电综合控制设备的一个重要特点。在放电的过程中,由于电池的个体差异,如果不采取措施,电池组内电池个体的差异将越来越明显,这样会使电池组工作效率降低,使用寿命减少。放电控制单元采用的返弛式放电电路设计,其原理图如图3所示,该电路本身具有的电感端电压互相牵制特性(也称电路的返弛性)可以实现蓄电池组放电电池个体的平衡放电。这样有利于恢复蓄电池内的受损单元,提高蓄电池的工作效率和使用寿命。二是过度放电保护电路,该电路可以实现对电池组的过度放电保护。图4是电池组过度放电保护电路原理图,当端电压检测电路检测到的电压低于设定的安全放电电压时,该保护电路可以把放电电路切断,实现对蓄电池的保护。
2.4 温度检测电路
在充电过程中,电池的温度会随着充电容量的增加而上升,尤其在接近充电终止时,温度变化率ΔT/Δt最大,该特性是判断电池是否充满的主要条件之一。因此,采用美国国家半导体公司出品的单片高精度数字温度传感器LM92设计温度检测电路。其电路原理图如图5所示。
2.5 人机接口单元
(1) 键盘响应电路
设计键盘响应电路时,使用MC68HC908SR12单片机PORT D(PTD6和PTD7)端口的键盘中断功能(KBI)。根据实际情况,在MC68HC908SR12单片机的键盘中断使能寄存器KBIER中写入相应的值,写入“1”表示中断允许,写入“0”表示不能中断。键盘中断允许的端口,MC68HC908SR12单片机将对其内部上拉30 kΩ的电阻,这样键盘响应电路的设计十分简洁,要注意的是应用软件中要增加键盘消抖动子程序,防止误操作。
(2) 状态显示电路
状态显示电路的设计使用MC68HC908SR12单片机PORT A(PTA0～PTA5)端口的LED直接驱动功能。编程时首先设置PORT A的工作状态,在LED控制寄存器LEDA中写入相应的值,写入“1”表示可直接驱动LED,写入“0”表示作为标准I/O端口。在充电的每个阶段均有状态显示,如:电池处于正在充电状态、电池因温度过高进入温控状态等。
2.6 中央控制单元和FPGA辅助控制单元
中央控制单元和FPGA辅助控制单元主要实现充放电综合控制设备的状态控制转换功能。根据传感器获取的不同状况,写入不同指令,转换不同的工作模式。
3 软件设计
充放电综合控制设备的软件设计思想是:各个功能组件实现模块化编程,软件流程采用中断工作方式。其目的是使应用软件流程清晰、可读性强、易于功能调试以及产品的维护和升级。本软件主要由初始化、预处理、控制算法、充放电4个部分组成。
3.1 初始化
在程序的初始阶段应首先对MC68HC908SR12单片机进行初始化操作,包括设置I/O端口的输入/输出状态,设置PLL锁相环电路参数,设置TIM定时器参数等。
3.2 预处理
预处理阶段是充放电综合控制设备正常工作前的准备阶段。程序初始化后,先根据利用MC68HC908SR12
单片机的内部温度传感器检测环境温度。当环境温度过低或过高时,均不能对电池进行充放电,否则将损伤电池。然后,设置A/D转换参数和通道,检测电池的端电压。将检测数据与理论经验值比较,判断电池的类别以及是否连接正确。对端电压低的电池,采用短时间的脉动电流充电,这样有利于激活电池内的化学反应物质,部分恢复受损的电池单元。
3.3 充放电
根据控制单元给出的指令,进行充放电。
综合充放电设备在硬件电路设计时考虑了平衡充电、平衡放电以及过放电保护等情况,因此,软件设计时也给予相应的考虑。
3.4 控制算法
控制算法主要是控制MC68HC908SR12单片机和FPGA辅助控制单元,写入相应指令,控制充放电综合设备各模块协调工作。
4 结 语
该蓄电池充放电综合控制设备设计时充分考虑了串联电池组充放电时的平衡效应,可以很好地应用于串联电池组的充放电控制,能够提高串联电池组的工作效率、延长其使用寿命;同时考虑到该充放电综合控制设备主要配合军用不断电设备使用,在其设计时也充分考虑了军事应用环境的复杂性和特殊性,因而,该蓄电池充放电综合控制设备在军民两用方面具有广泛的应用前景。
参考文献
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蓄电池充放电 篇7
现阶段电网同步信息的捕获仍较多采用过零比较器,虽然该方法在工程上容易实现,但锁相速度和精度十分有限[1,2]。将基于单同步旋转坐标变换的锁相环(SPLL)技术应用在蓄电池充放电装置中,可以有效提高锁相的速度和精度,但装置控制系统在锁相过程中仍然无法使动态响应速度与稳态精度达到最佳平衡点。
本文将基于双同步旋转坐标变换的新型SPLL应用在基于可逆PWM整流器的蓄电池充放电装置中,可实现装置控制过程中利用双同步旋转坐标变换检测角频率和相位信息。当出现三相电网电压畸变以及电网电压不平衡状况时,装置控制系统能够快速、准确地锁定电网电压相位,实现dq旋转坐标系与电网电压合成矢量的同步,即控制系统具备收敛速度快、相位估计精度高、抗干扰能力强等特性;同时,通过合理设计新型SPLL中PI控制器参数,使其对电网电压的零负序分量、谐波、直流偏移也有较好的抑制能力,达到较为理想的动静态特性。基于新型SPLL和蓄电池充放电特性所建立的装置控制策略将充分提高蓄电池充放电装置的充放电性能和效率,满足绿色环保和节能减排要求[3],具有重大的理论价值和现实意义。
1 基于双同步旋转坐标变换的新型SPLL设计
1.1 双同步旋转坐标变换原理
对于三相无中线系统,一般不考虑零序电动势[4,5],即三相电网电压不平衡时可将电网电压矢量表示为:,其中为正序电压分量,为负序电压分量。用正负序分量合成表示的在三相静止abc坐标系下表示为:
式中,为正、负序分量峰值;φ+1、φ-1为正、负序分量的初始相位角。
将式(1)变换到两相静止αβ坐标系下,则表示为:
双同步旋转坐标系下的电网电压矢量相位分布图如图1所示,其中包括分别以角频率ω'和-ω'旋转的d+1q+1和d-1q-1坐标系,旋转角分别为θ'和-θ'。
当锁相环正常工作时,d+1q+1坐标系旋转角则式(3)、式(4)可简化为:
上述分析可知,建立双同步旋转坐标系可以实现对电网电压矢量中正序分量和负序分量的量化分析:在d+1q+1坐标系下,为直流量,为2ω频率的交流分量;在d-1q-1坐标系下,为直流量,而为2ω频率的交流分量。其中,二次谐波分量是由于正负序分量在与之旋转方向相反的坐标系中分解而造成的,可视为锁相环在检测电网电压正、负序分量幅值过程中所受到的扰动。
1.2 新型SPLL结构模型的建立
为了消除锁相环在检测电网电压正负序分量幅值过程中所受到的扰动,可以分别对双同步旋转(d+1q+1和d-1q-1)坐标系下的正负序分量进行解耦计算。
首先分析电网电压正序分量:根据式(5)建立如图2所示的解耦计算单元,由该解耦计算单元可得:
式中为电网电压负序分量在d+1q+1坐标系中的平均值,决定着d+1q+1坐标系中二次谐波分量的幅值。计算时,可采用一阶低通滤波器在与之间建立转换关系,然后对此关系式进行时域变换,建立空间状态方程,最终可获得的值。消除d-1q-1坐标系中的扰动时可采用同样结构建立解耦计算单元。
上述分析可知,解耦计算单元的建立消除了在电网电压发生畸变或不平衡条件下,d+1q+1坐标系下q轴电压中由负序电压分量引起的二次谐波分量,得到直流输出分量。
设计新型SPLL结构模型时,可将直流输出分量与给定信号进行比较,经PI调节与积分运算,实时捕捉电网电压相位角,从而抑制了三相电压不平衡的影响,达到完全锁相,如图3所示。
由于图3所示锁相环含有非线性环节,因此考虑在假设误差信号较小的前提下,采取近似法建立新型SPLL数学模型,计算解耦网络的等效开环及闭环传递函数,对新型SPLL的系统稳态及动态性能进行分析,进而合理选择PI控制器参数,实现电网电压矢量相位角闭环控制。
2 新型SPLL在蓄电池充放电装置的应用
根据蓄电池的恒压充电特性建立直流侧电压外环、功率内环的双闭环装置控制策略[6],如图4所示,其中电压外环保证装置快速跟踪给定电压、提高直流侧输出电压的稳定性,功率内环用于减小装置无功功率直流分量、稳定系统输出的有功功率以及改善系统稳态性能。
控制系统首先通过电压电流检测获取三相电网电压和电流,经由新型SPLL计算出θ';然后将电压电流进行正负序分解和坐标变换,计算出瞬时有功功率和无功功率的估算值p、q;有功功率给定值p*通过电压外环经PI调节器获得,无功功率给定值q*设置为0,实现单位功率因数;然后将估算值p、q与给定值p*、q*比较后输入PI调节器,得到整流器交流侧电压ud和uq,再经两相dq同步旋转坐标/两相αβ静止坐标变换,转换成交流侧电压矢量uα和uβ,最终利用SVPWM调制算法,产生6路触发脉冲,控制装置中可逆PWM整流器中开关器件IGBT的导通和关断,实现网侧电流正弦化、单位功率因数运行、能量双向流动、输出电流脉动小等控制目标。
3 仿真分析
使用Matlab/Simulink软件在电网电压发生畸变情况下,对本文提出的装置控制策略进行了仿真研究,系统的主要仿真参数如下:交流输入电压220 V,交流电感L=1.4 mH,滤波电容C=3 600μF。仿真波形如图5所示。
仿真结果表明,当电网电压发生畸变时,装置控制系统能够快速、准确地锁定电网电压相位,实现dq旋转坐标系与电网电压合成矢量的同步。当蓄电池充电时,交流侧电压电流同相位,电流波形平滑且近似正弦波,装置功率因数近似为1;当蓄电池放电时,交流侧电压电流相位相反,电流波形平滑且近似正弦波,装置功率因数近似为-1。
本文设计了一种基于双同步坐标变换的新型SPLL,以保证实时、快速、准确地捕获三相电网电压同步相位,并将此新型SPLL应用于基于可逆PWM整流器的蓄电池充放电装置。在充分考虑蓄电池充放电特性的前提下,建立了电压外环、功率内环的双闭环装置控制策略,使充放电装置在电网电压发生畸变时,能够快速、准确地跟踪电网电压相位变化;同时,在蓄电池恒压充放电时,装置均能以单位功率因数运行,系统响应速度快,稳态性能好,为蓄电池提供稳定可靠的能量转换。
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蓄电池充放电 篇8
2011年6月, 焦作某电厂出现了一起蓄电池充放电试验过程中两组直流母线失电, 最终导致两台机组跳闸的事故。从表面上看, 蓄电池充放电试验误断开关是造成事故的主要原因。深入分析, 直流系统运行方式不合理, 存在瓶颈效应则是事故扩大的主要因素。
目前, 国内火电机组直流系统在设计、基建施工、调试、竣工验收、定期试验等方面, 国家及行业规程、规范中均有详尽要求, 但在涉及运行方式的问题上, 规程、规范中无明确规定。各厂在实际运行方式上也不尽相同。
文中通过资料收集、检查、试验, 对此次事故原因进行了分析, 就上述问题对机组安全运行的影响进行了探论, 提出了直流系统运行方式的改进措施。
1 事故概况
2011年6月29日, 焦作某电厂#1、#2机组带额定负荷运行 (135 MW) , 直流系统运行方式为:#1号蓄电池组因做充放电试验, 将#1蓄电池组及#1充电柜退出运行。#2蓄电池组与#2充电柜并联以浮充方式带II段直流母线正常运行, I段直流母线经本段联络开关1QS2连接在II段直流母线上并列运行。
18时32分, #1、2机组主汽门突然同时关闭, 发变组保护“程序逆功率”动作跳开#1、#2机组发变组出口开关, #1、#2机组与系统解列, 锅炉灭火。集控室分布式控制系统 (DCS) 上光字牌首出“主汽门关闭”, 电气系统“程序逆功率”光字牌及高低压厂用段“控制回路断线”光字牌均闪烁, 无其它保护动作信号。当班值长立即联系中调查询220 k V线路是否有故障, 中调答复线路正常。
19时10分左右, 两台机组相继并网成功。事故造成的直接及间接经济损失约20余万元。
2 电气主接线及直流系统接线方式
2.1 电厂主接线简介
该厂2台机组均为发变组单元接线方式, 发变组分别经GIS (封闭式组合电气) 开关通过两条220 k V线路接入焦作地区220 k V变电站。2台机组设1台高压启动/备用变压器, 为6 k V母线提供备用电源, 其电源接至独立110 k V母线上。
2.2 直流系统接线方式
该厂直流系统共设两段220 V直流母线, 采用单母线接线方式, 每段母线上设有一组蓄电池和一台充电柜作为直流系统电源, 另设一台备用充电柜, 作为工作充电柜的备用柜。每一台充电柜交流输入为两路, 可自动切换。连接两段母线的分断开关, 分别与本段的蓄电池回路开关之间有可靠的机械闭锁。
直流系统主要为机组重要的控制负荷及动力负荷供电, 控制负荷主要为:电气和热工的控制、信号、测量、继电保护、自动装置等;动力负荷为:直流事故油泵、断路器合闸机构、交流不停电电源装置、远动及通信装置电源、事故照明等负荷。该厂直流系统原运行方式如图1所示。
3 检查试验情况
1) 事故后检查#1、#2机组发变组保护, 最后动作报告均为“装置上电”、“程跳逆功率”保护动作。2) 检查#1、#2机组6 k V段、380 V段上负荷开关微机综合保护装置, 在事故发生时刻均发“控制回路断线”报警信号。3) 检查汽轮机ETS系统动作报告, 未发现有汽轮机保护动作信息。4) 检查Ⅰ、Ⅱ组直流母线电压正常, 绝缘监测装置显示对地绝缘电阻正常, 无接地报警信息。运行方式为:#1蓄电池组及#1充电柜停运, I段直流母线经I段母线联络开关1QS2由II段直流母线并带运行。5) 查阅DCS直流母线电压历史趋势, 发现18时32分43秒直流I段、II段母线电压同时下降至140 V左右, 持续时间13 s后各电压电流恢复正常。
4 事故分析及存在问题分析
4.1 事故分析
对DCS历史趋势中220 V直流I段、II段母线电压在18时32分43秒同时下降至140 V左右进行分析, 发现在此时两台机组主汽门控制电磁阀失电后主汽门关闭;电气系统高低压厂用段开关“控制回路断线”光字牌均黄闪, 推断此时直流母线已断电失压, DCS历史趋势中显示的母线电压140 V为假数值。进一步检查母线电压测量环节, 直流母线电压使用AM-T-VTL14型变送器将母线电压转变为4~20 m A信号送至DCS显示, 该变送器直流24 V工作电源取自本柜电源模块, 电源模块工作电源取自本组直流母线。在母线失电时电源模块失去工作电源进而引起变送器无工作电源, 其输出为0, DCS上数值显示由于量程设置关系而显示的是虚假值, 为验证分析结果, 对直流母线电压显示环节做模拟实验, 人为断开电源模块工作电源 (模拟直流母线失电) , 观察DCS上显示为140 V左右, 证明了分析结果正确。
通过试验、检查, 结合故障录波、事故追忆、DCS历史曲线、保护和自动装置的动作记录, 对此次事故过程分析如下:2011年6月29日18时32分左右, 直流I段、II段母线意外同时失压, 引起主汽门控制电磁阀 (ETS) 失电, 造成主汽门关闭。主汽门关闭后, 本应立即自动跳闸的发变组出口开关因其保护装置及开关本身均失去直流电源而未跳闸, 发电机由正常时的发电状态转变为电动机状态, 拖动汽轮机逆功率运行, 经13 s直流母线电压恢复正常后, 程跳逆功率保护动作出口, 跳开#1、#2机组发变组出口开关。
直流I段、II段直流母线同时失压的原因经调查, 系蓄电池实验人员在使用#1充电柜对#1组蓄电池充电时, 误将II段直流母线联络开关2QS2断开所致。
4.2 存在问题分析
为什么一次正常的蓄电池定期核对性充放电试验会引发一起2台机组跳闸事故, 试验中误操作导致直流母线全部失电是主要原因。直流系统为全厂的控制及动力等负荷提供电源, 是火电机组工程设计中重点考虑的内容, 国家及行业相关标准对直流系统设计、安装、运行等环节都作出了严格规定, 为什么还会出现误断一个开关就引起全厂直流母线失电的问题呢?
以往, 该厂直流系统两段220 V直流母线正常运行时分段运行, 每段母线上工作充电柜以恒压方式、蓄电池以浮充电方式并联运行。充电柜供正常直流负荷, 同时向蓄电池充电, 以补偿其自放电。运行方式如图1所示。
这种方式下充电柜与蓄电池并联在一起, 再通过一个刀开关接于母线上。不足之处主要在于, 尽管母线有充电柜和蓄电池两个电源点, 但由于两个电源点通过一个刀开关接在母线上, 所以母线的供电可靠性完全取决于唯一的刀开关。如果这一个刀开关运行中触头烧损、或发生人为误操作被断开、以及该刀开关回路中熔断器熔断, 对应的直流母线就会失电。
特别的是, 这种运行方式在对一组蓄电池进行充放电试验时, 其瓶颈效应会被放大。蓄电池充放电试验需将一组蓄电池退出运行, 将退出蓄电池的直流母线同另一直流母线并联运行, #1蓄电池试验时直流系统运行方式如图2所示。
在上述运行方式的前提下, 直流系统供电可靠性大大降低, 连接电源点 (蓄电池和充电柜) 及母线的刀开关成为全系统的瓶颈。因为两组直流母线仅靠一个刀开关与电源相连, 一旦这唯一的刀开关误断开或损坏, 就会引起两组直流母线均失电, 使全厂重要的直流控制、动力负荷等电源失电。
发电厂全厂直流失电, 极端情况下对机组带来的危害不堪设想。为什么采用这种不合理的运行方式呢?
1995年12月1日施行的DL/T 5044-95《火力发电厂、变电所直流系统设计技术规定》条文说明中第4.1.3条款“充放电设备连接方式”说明有如下阐述:“充电设备尽量实现与蓄电池并联, 减少连接导线, 合理电流分布, 所以单母线接线的充电设备经刀开关与蓄电池并联后, 再经刀开关与主母线相连”。紧跟着还有一段阐述:“目前有一种看法, 即只是备用充电设备按上述要求接线, 而将工作充电设备经开关直接接在母线上或可切换, 这样当蓄电池利用备用充电设备充电时, 可以和负荷母线断开, 而负荷母线可以临时由充电设备供电, 增加了灵活性。”[1]
由此可见, 当时对直流系统运行方式存在两种不同看法, 这也是各厂直流系统运行方式不尽相同的原因。
5 整改措施
5.1 优化直流系统正常运行方式
直流系统的原运行方式为充电柜和蓄电池两个电源点通过一个刀开关接在母线上, 母线的供电可靠性完全取决于唯一的刀开关, 显然存在瓶颈效应。这种效应在一组蓄电池因故退出运行, 两组直流母线并联运行的非正常运行方式下, 其影响更甚。
为破除系统瓶颈, 提高直流系统供电可靠性, 将运行方式修改如下:每组母线上充电柜与蓄电池分别通过独立的刀开关直接接于母线上, 即使其中一个刀开关损坏或被误断开, 直流母线还有另一个电源点供电而不会失电, 供电可靠性大大提高。优化后直流系统运行方式如图3所示。
我国较新版本的相关标准对发电厂直流系统的连接方式有如下规定:
(1) DL/T 5000-2000《火力发电厂设计技术规程》中第13.4.7款规定, 发电厂的直流系统宜采用单母线和单母线分段的接线方式, 当采用单母线分段时, 每组蓄电池和相应的设备应接在同一母线上, 公用备用的充电设备应能切换到相应的两段母线上[2]。
(2) DL/T 5044-2004《电力工程直流系统设计技术规程》中第4.5.1条, 母线接线方式规定:“2组蓄电池的直流系统, 应采用二段单母线接线, 蓄电池组应分别接于不同母线段。”另有:“2组蓄电池配备3套充电装置时, 每组蓄电池及其充电装置应分别接入不同母线段, 第3套充电装置应经切换电器可对两组蓄电池进行充电。”[3]
所以, 改变后的运行方式符合国家相关标准规定。同时, 对正常运行来讲, 改变运行方式后充电柜直接接于母线上, 母线上增加的浮充电电流因较小 (3 A左右) , 不需考虑直流母线载流量问题, 对电流分布基本构不成影响。
5.2 制定直流系统检修状态下的非正常运行方式标准模式
直流系统蓄电池需定期进行核对性充放电试验, 试验时要退出运行, 此为最常见的非正常运行方式之一。直流系统因一组蓄电池退出, 运行方式薄弱, 供电可靠性会降低, 有必要合理安排此状态下的运行方式, 以最大限度保证供电可靠性。以#1蓄电池组为例说明, #1蓄电池组做充放电试验需退出运行, 步骤为:先将#1充电柜连接在Ⅰ组直流母线上, 再将Ⅰ组直流母线和Ⅱ组直流母线联络运行。此时Ⅰ组直流母线上接有#1充电柜并且同Ⅱ组直流母线相连, 相当于有两个电源点, 具有较高供电可靠性。使用#3充电柜为已退出系统、处于试验中的#1蓄电池充电, 和运行系统完全隔离, 互不影响, 可最大限度降低误操作可能。但目前许多电厂存在的问题是:#1、#2充电柜为工作充电柜, 具有均充、浮充等全部功能, #3充电柜为备用充电柜, 设计时出于经济性考虑, 只能浮充, 无均充功能。甚至有些厂#3充电柜本身无控制监控装置, 只能用#1、#2充电柜的控制监控装置对其实现控制。所以, 当一组蓄电池充放电试验时, 必须使用工作充电柜对其充放电, 使退出蓄电池的直流母线上的充电柜也退出了运行, 造成该直流母线供电可靠性大大降低。
因此, 直流系统设计时应该考虑#3充电柜要完全独立具有全部均充、浮充电功能, 设计时功能不全的应考虑进行设备改造, 才能在检修状态下继续保证直流系统供电可靠性。
6 结语
此次事故实属罕见, 带来的教训是深刻的, 如文中所述, 看似可靠的系统在几种因素的作用下会变得非常不可靠。鉴于火电机组对直流系统供电可靠性的高要求, 按如下措施进行了整改:
(1) 改变直流系统正常运行方式, 按充电柜与蓄电池分别通过刀开关直接接于直流母线上的方式运行, 以提高直流系统供电可靠性。
(2) 在蓄电池充放电试验的非正常方式下, 解决了备用充电柜无法均充问题后, 优先用备用充电柜对退出的蓄电池组充电。这样既能做到试验设备与运行设备完全隔离, 还能保证退出蓄电池对应的直流母线仍可接入工作充电柜而具有两个电源点, 从而在非正常方式下也保持较高的供电可靠性。
(3) 加强直流系统设计审查、竣工验收力度, 保证直流系统备用充电柜也应具备全部功能;审查直流系统熔断器的配置, 保证级差的合理配合, 防止熔断器越级熔断。
参考文献
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蓄电池充放电 篇9
1 传统测试维护方法及弊端
目前对蓄电池推崇的维护方法是对所有的蓄电池组严格按照维护规程进行定期的全容量放电试验, 以期确切了解各阶段蓄电池的剩余容量, 防止蓄电池的活性物质老化。全容量放电试验确实是最精确的检测蓄电池剩余容量的方法, 但也是最复杂最耗时的方法。在蓄电池组数量不断增加, 种类也比较多, 维护人员又不断精简的形势下, 这种维护方法的弊病逐步显示出来, 主要表现在:
日常只是简单的用万用表测量一下各单体的浮充电压来判断电池性能的好坏。而测量各单体电压已经被实际证明是难以判断各单体电池质量是否正常。实际情况是蓄电池组处于浮充状态时, 蓄电池的质量已经出现问题了, 它的端电压还是正常的。同时, 对于维护技术人员工作量大, 耗时耗力。
日常维护也是排查隐患而不是全程监管, 所以当发现该组蓄电池有质量问题时, 可能问题早在半年前就存在了。也就是说即使非常严格的按照维护规程进行着维护, 仍然无法确保在用蓄电池的性能良好, 保证通信网络的顺畅运行;
定期对蓄电池进行放电测试。放电测试的方法主要有两种: (1) 离线放电, 将并联系统上的电池组, 逐一脱离后, 接上智能假负载进行放电; (2) 在线试探性放电, 调整整流器输出电压到一定保护值, 让并联电池组一起对外供电。离线全容量放电测试存在严重的安全隐患问题, 操作不当会对系统供电安全造成严重的影响, 同时严重浪费能源, 而且放电结束后被测蓄电池组和系统存在巨大的压差, 回接系统相当困难且危险。而一些单位采用定期的在线试探性放电测试, 虽然这种在线试探性放电测试相比离线放电测试, 操作较简单, 也没有电能的浪费和电池组回接困难的问题。但是在线核对性放电测试是将系统电压降低, 系统上所有的电池组同时对实际负载放电, 如果市电停了, 系统上就没有满容量的电池组, 同样存在巨大的安全隐患问题。而在线核对性放电测试放电深度不够, 且放电不恒流, 不能准确的测试出蓄电池的剩余容量, 达不到检测蓄电池性能的目的, 给系统维护留下安全隐患。
2 新型维护管理体系基本思路
新型电池管理维护模式:单节电池在线养护消除硫化差异化补充能量→补充能量提升整组电池性能。让每节电池性能恢复到最佳状态。减缓电池劣化速度延长电池使用寿命。利用综合数据网通过在线监测系统全程记录电池特性变化, 从这些数据曲线可以看到电池性能是优化提升, 还是有故障隐患的端倪, 在线测试捕捉到隐患信息后主动告警, 提供准确的维护信息, 把隐患消除在萌芽状态, 实现蓄电池供电的安全可视化和智能管理。
3 UPS在线监测及远程在线充放电
本案研究实现目标如下:
(1) 提出蓄电池剩余寿命评估方法, 智能在线除硫活化, 消除电池劣化, 提升电池容量, 智能在线主动均衡, 提高单体电池均匀性, 延长蓄电池运行寿命;
(2) 开发出蓄电池远程核对性放电硬件;
(3) 开发出UPS蓄电池组现场监测硬件;
(4) 提供智能巡检及决策管理平台软件, 实时监测蓄电池组各单体性能, 将各项实时精细化网络监控, 准确甄别蓄电池组单体劣化程度, 预警劣汰单体, 预防事故, 集中管理、系统维护, 实时显示每站蓄电池组各单体状态, 以及远程监测蓄电池的运行环境与告警;
(5) 满足且不限于有远程控制蓄电池组在线放电, 进行容量核对的功能, 可通过算法分析蓄电池组剩余寿命;
(6) 通过数据变化分析判断蓄电池组的状态变化以及每支蓄电池的状态变化。
拓扑组网图为图1。
根据本方案能实现蓄电池在线网管的实时监控和充放电状态, 通过系统可快速发现劣化蓄电池, 准确甄别电池劣化程度、及时预警电池故障隐患并给出合理的维护指导建议, 将事故被动告警变为主动预警, 提高运行设备供电安全;放电、充电程序都是设定后自动完成的, 而且在所有动作完成以后, 被测电池组与用电设备之间处于正常导通状态。所以全在线测试可以大大降低维护人员的工作强度, 并提高工作效率。
4 UPS蓄电池智能在线监测维护及智能管理
蓄电池智能在线监测维护管理系统首先是解决电池的硫化问题, 电池储运过程及长期浮充导致每节电池上积淤的硫化结晶是严重的, 在线养护设备把极板上的硫化结晶在线逐渐消除, 使参与充放电的活性物增多, 等同于单节电池的内阻降低, 每节电池内阻降低电池组内阻自然降低, 整流模块因电池组内阻降低便有可能通过电池组这个大回路有效补充能量, 在线养护仪对每节电池都有独立的充电回路, 各单节电池因内阻降低差异化补充能量, 大回路和若干个小回路同时对电池补充充电的工作机理能保证每节电池处于完全充饱的荷电状态。值得一提的是常规充电对已经硫化结晶的电池无效, 本案采用以时序交叉的方式实现消除硫化和补充充电。这样的机理把在线维护设备安装前积淤的问题解决了, 且此工作机理始终处于在线工作状态, 可以有效保障电池处于最佳状态。
实时监测蓄电池组各单体性能, 将各项实时精细化网络监控。
准确甄别蓄电池组单体劣化程度, 预警劣汰单体, 预防事故。
智能在线除硫活化, 消除电池劣化, 提升电池容量。
智能在线主动均衡, 提高单体电池均匀性, 延长蓄电池运行寿命。
集中管理、系统维护, 实时显示每站蓄电池组各单体状态。
远程控制蓄电池组在线放电, 进行容量核对。
系统拓扑图为图2。
通过基于大量在线监测数据和历史数据分析运用, 建立UPS电池管理智能系统实现以下功能:
定期输出电池体检报告, 及时掌握电池运行状况;
值班员工每天在信息通信网络监控室实行远方巡检;
及时发现异常, 告警并短信通知运维人员;
实现远程在线充放电;
实现全寿命周期管理, 在可控情况下延长蓄电池使用寿命;
对不同厂家的电池建立运行数据库, 开展性价比评估;
机房环控、报警;
建立基于现代电池技术及电力系统应用要求的运行维护标准。
5 结束语
信息通信网络已成为电力企业内部的神经网络, 支撑企业正常运转和安全生产, UPS后备电源被广泛使用, 信息通信机房分布各变电站.本文着重针对传统UPS蓄电池运行维护存在的问题进行分析, 提出采用在线监测及远程充放电技术, 实现可视化管理, 建立智能管理系统, 延长蓄电池使用寿命, 提高UPS供电可靠性, 探讨建立基于现代电源技术的UPS蓄电池运行维护标准。
摘要：电力系统信息通信机房遍布各变电站、通信站、办公楼, UPS蓄电池安全可靠运行对保证电力信息通信系统正常运行非常重要, 一直以来对蓄电池维护“有心无力”, 无论是人力还是财力投入运行维护都不够, 且维护工作还停留在原始的“人扛马驮”时代, 任何检修测试都要人员去现场, 站点至各站点之间的往返交通占用大量工作时间, 维护工作效率较低;维护方式是例行检修或者事故发生后进行处理, 是被动的维护方式, 无法预判和预防;维护修基本上是靠维护人员的经验判断, 没有很好的监测手段和办法, 人为因素较大, 巡视质量参差不齐, 故障隐患难以发现, 造成事故事后方知。所以笔者所在团队出于这样的背景并对近年发生的事故进行分析, 对蓄电池在线养护及智能管理技术方案提出探讨, 并建立基于新一代电源技术的运行维护标准。
关键词：蓄电池,在线养护,远程充放电,智能管理,探讨
参考文献
[1]苗莉, 朱德庄.国外蓄电池文献摘要[J].蓄电池, 1980 (02) .