蓄电池在线监测系统的设计与实现

产业与科技论坛 2012 年第 11 卷第 9 期
蓄电池在线监测系统的设计与实现
□刘生峰
【摘 要】本文对于蓄电池在线监督系统作出了一定深度的探讨，从蓄电池本身的特点入手，分成了两大部分进行论述，分别是 电池的运行参数和电池的充放电特性，这两点是作者认为落实好蓄电池监督的关键所在。此外还介绍了一种利用高 科技，基于 GPRS 的蓄电池在线先进监测系统，希望通过探讨可以更好地做好蓄电池的在线监测工作，让电力系统的 安全稳定性得到最大的保障。
（ 三） 对电池充电放电的电流量的测量。这一个测量的 方法比较简单，在这一个测量的系统当中采用了霍尔电流传 感器，它将电池中充放电的电流转换成了—4 / + 4V 的直流电 压，然后把电压直接经 A / D 转换器转换即可。
三、蓄电池的充、放电特性 要准备地把握和监督蓄电池的使用，就要先弄清楚蓄电 池的工作原理和 充、放 电 的 特 性，这 样 在 日 常 的 工 作 中 才 可 以对其进行准确的监督，在发现问题的时候可以根据蓄电池 的特性作出最高效最准确的解决方法。 （ 一） 电池充电端电压与容量的关系。经研究发现，为了 使电池的容量完全恢复到 100% 并且能够让容量维持在最大 的方法，是应该在电池充足电之后在电池组两端加入恒定的 电压，也就是对电池进行浮充。浮充这一个步骤是对电池容 量的最大化和稳定化起一个很重要的作用。这一个阶段补 充的电流，应该是补充电池内部因为自己放电而失去的电流 量。浮充的电压不 可 以 过 高，否 则 会 对 电 池 自 身 产 生 损 害。 所以使用适当的电压对蓄电池进行浮充，可以有助于维持蓄
【关】刘生峰，大庆职业学院机电系
蓄电池是通信系统和电力系统中直流系统向外供电的 唯一设备，所以蓄电池性能的好坏直接会影响到通信系统和 电力系统的稳定性。蓄电池组一般是担当直流操作电源的 后备电源，当正常运行的时候由充电机充电。当系统停电之 后，提供电源的来源就是蓄电池组了。所以为了保证直流操 作电源运行的可靠性，必须要对蓄电池运行的参数进行有效 的在线监督，要是蓄电池使用不当或者出现问题没有及时地 进行修复，会影响 到 整 个 电 力 系 统 的 放 电 量 和 后 备 保 障 ，严 重的情况会导致整个电力系统的瘫痪和崩溃，所以对蓄电池 进行在线及时监控是非常必要的一项工作。
一、蓄电池的简介 铅酸蓄电池作为一种化学资源的首次实现 应 用 是 在 1860 年的普兰特，近几年由于阀控式铅酸蓄电池的出现，蓄 电池就凭借着它价格低廉、易于使用浮冲、可移动、电能效率 高等一系列的特 点，被 广 泛 地 使 用 在 轮 船、车 间、变 电 站、铁 路公路等各个不同的领域。在当今社会的工业交通业运输 业等等行业 之 中，蓄 电 池 已 经 成 为 了 最 重 要 的 一 种 后 备 电 源，在电力系统和通信系统中成为了重要的一个组成部分。 二、电池各个运行参数的测量 要很好地对蓄电池进行在线的监控，就要准确地对蓄电 池里面的各个运行参数进行测量，这样才可以及时地把握好 蓄电池的运行状况和及时发现问题和做出解决的方法。 （ 一） 电池单体的温度测量。蓄电池在一般的情况下，由 于电池电阻的不 同，电 池 内 部 所 产 生 出 来 的 热 量 也 不 一 样。 除了一般化学反应进行的吸热和放热反应以外，电池内部的 电阻存在以及电池内部所产生的热量都会影响到电池的温 度。一般电池温度的测量方法就是在电池的负极柱根部安 装温度的传感器，通 过 在 线 去 检 测 电 池 的 温 度，找 出 温 度 发 生异常的电池。电池的温度值其实是电池内阻值的一个间 接反映，研究的结 果 指 出，无 论 是 在 恒 流 放 电 的 状 态 下 还 是 在限压恒充电，或 者 浮 充 状 态 下 的 电 池，荷 电 量 最 小 的 电 池 温度就是最高。 （ 二） 对电池内阻值的测量。对于测量电池内阻这么一 个 复 杂 具 有 难 度 的 工 作 ，一 般 现 行 的 方 法 有 三 种 ，分 别 是 密 度法、开路电压 法 和 直 流 电 路 法 。 密 度 法 的 主 要 测 量 对 象
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Industrial & Science Tribune 2012.（11）.69
是蓄电池的电 解 液 的 密 度 ，是 通 过 测 量 电 解 液 的 密 度 去 估 量蓄电池内阻。但是这个方法没有办法对密封的蓄电池进 行有效的测量。第二种方法是通过测量蓄电池端电压来估 算内阻的开路 电 压 法 ，但 是 这 种 方 法 得 出 来 的 结 果 普 遍 精 度较差，甚至更 坏 的 情 况 会 得 出 一 个 错 误 的 结 果 。 第 三 个 方法是直流电 路 法 ，这 一 个 方 法 是 借 助 欧 姆 定 律 来 进 行 计 算 估 量 的 ，一 瞬 间 对 电 池 进 行 大 电 流 的 放 电 ，从 中 测 量 出 电 池在此过程中 的 瞬 间 电 压 ，再 通 过 欧 姆 定 律 计 算 出 电 池 的 内阻。但是有 时 候 过 大 的 电 流 会 对 蓄 电 池 产 生 巨 大 的 伤 害，影响它们的 寿 命 。 所 以 由 于 这 三 种 方 法 都 有 自 己 的 弊 端和局限性，测 量 人 员 会 采 用 另 外 一 种 低 损 害 而 且 有 效 的 测量方法就是用交流电去测量电池的内阻值。采用交流法 去 测 量 电 池 内 阻 ，无 需 对 电 池 进 行 放 电 ，也 不 需 要 让 蓄 电 池 脱 离 工 作 ，使 之 处 在 静 止 或 者 脱 机 状 态 ，可 以 实 现 完 全 的 实 时在线监测管 理 ，避 免 了 对 设 备 安 全 性 运 作 的 影 响 。 而 且 交 流 电 的 电 流 电 量 很 小 ，并 不 会 对 直 流 的 系 统 造 成 影 响 ，所 以也不需要负 载 箱 进 行 过 多 的 运 作 ，以 最 小 的 工 作 代 价 获 得准确的测量值。