淺談站用蓄電池內阻測量監測技術

李安

摘要：直流系統的穩定對于變電站實施可靠供電十分重要，變電站內直流系統主要由蓄電池提供，蓄電池內阻對于電池性能至關重要。目前對于蓄電池內阻的測量有很多方式，且各自有著不同的特點。本文著重在幾種測量方式基礎上提出優化測量方案，降低測量誤差，提升測量的精度和質量。

關鍵詞：站用;蓄電池;內阻測量;監測技術

引言

在變電站正常工作狀態下，蓄電池作為備用電源是不發揮作用的，但當變電站發生故障時，蓄電池的作用就十分凸顯，其主要為相關控制、通信等裝置提供直流電源，確保變電站電源故障可以及時得到切斷。因此，蓄電池質量的好壞對于變電站非常重要。目前變電站內部絕大多數均使用的是閥控式鉛酸蓄電池，使用該蓄電池有以下幾點優點：一是不需要另外進行加電池液;二是其維護十分便捷;三是其容量較大，可以實施較大電流的放電;四是對環境的污染較小。但蓄電池性能再好，隨著使用時間的增加，蓄電池發生故障也是在所難免的。隨著使用時間的增加，蓄電池內阻在不斷增大，且一旦發生故障均進行整組更換，維護成本大大增加。在此背景下，發展蓄電池內阻測量監測技術就顯得十分重要和必要。

一、當前存在的主流測量監測方式

蓄電池在長期使用過程中產生的內阻相對較小，其測量檢測較為困難，且在其工作時無法實施在線監測。蓄電池的容量和內阻成反比，當內阻值達到或高于30%至50%時，容量達到臨界狀態。當前主要有以下幾種測量方式。

（一）實施直流測量

該方法主要在蓄電池整體放電時通過其壓降實施測量，?具體來說就是在放電回路中實施單個二極管的串聯，實施測量時，進行空開切換，此時充電回路斷開，放電回路開放，蓄電池發揮著備用的作用。該方法主要缺點：一是需要人工實施操作，便捷性較差;二是電流較大時，如果發生空開跳開，會造成較為嚴重的安全隱患。

（二）實施交流測量

與直流測量不同的是，交流測量又可以區分為交流放電測量和交流電流注入測量兩種：交流放電測量法的基本原理是通過附加可控負載的方式進行測量，可控負載與蓄電池產生回路，從而得出交流電壓，通過對電壓和電流的采集，可以計算出蓄電池的內阻。通過研究人員不斷的試驗，當交流放電電流是3Hz時，計算得出的蓄電池的電阻最接近真實值，這就需要對附加的負載進行準確控制。交流電流注入測量主要采取直流和交流信號疊加法實施，其基本原理是將蓄電池作為有源電阻對待，同時在此回路中進行交流電流的注入，從而在蓄電池兩端產生交流電壓，通過電壓和電流數據的采集，可以計算出蓄電池的內阻。此種測量方式的特點：一是其可以不受放電電流的影響;二是對電池的沖擊不大;三是只要注入電流的頻率科學，可以有效減少電紋波干擾;四是其不受直流回路的影響，交流電流可以直接作用于電池，其內阻可以引起交流電壓的變化;五是測量的準確度較高。此測量方式的主要缺點是有可能會導致變電站保護裝置發生誤操作，所以在實踐中用此法測量較少。

（三）實施優化測量法

通過以上闡述不難看出，交流放電測量方式對系統工作沒有明顯影響，也不受直流回路的影響，對于蓄電池的影響也較小。所以交流放電更適合蓄電池內阻的測量。但由于內阻的數值較小，一般閥控式鉛酸蓄電池其內阻值均在3.8mΩ左右，且在采樣時需要接觸電阻，對精度會產生較大影響，因此提出此優化方式。

對單個電阻實施采樣時，采用的計算方式為Ir+IΔr=U，該計算式中，r為內阻，Δr為接觸電阻和線路電阻，I為注入電流，U為電壓。一般情況下，計算出的內阻有較大的誤差，及時采用數字補償技術，也會產生不準確性。但通過交叉測量采點方式，就可以在各個點位之間測量出電壓。具體為1點和3點間，2點和4點間以及3點和5點間。具體方程為：

Ir1+Ir2+IΔr=U13

Ir2+Ir3+IΔr=U24

Ir3+Ir4+IΔr=U35

通過三個等式就可以較為精確的得出蓄電池的內阻值，從而達到消除誤差影響的目的。

1?????2????3????4????5

圖1?電池組采樣圖

二、系統主要構成

具體如圖2所示，主要由主控制器，多路選擇開關和濾波器構成，其中主控制器型號為DSP28335，有著較為豐富的接口，計算能力較快，可以滿足系統需要。其主要原理為：一是通過主控制器生成驅動信號;二是該信號通過選擇開關的選擇形成交流的放電回路;三是形成回路的同時，控制器驅動多路開關實現對信號的采集，通過對電流信號和電壓的采集，信號放大后，經濾波器調理，再有總控制器實施分析處理。

圖2?蓄電池監測結構圖

（一）溫度測試模塊

溫度對于蓄電池性能的影響是顯而易見的，標準狀態下的蓄電池溫度應控制在25℃，高于此溫度時，蓄電池的內阻會出現降低情形。隨著內阻的降低，電流會不同程度的出現加大趨勢，在這一過程中蓄電池的溫度會進一步增加，蓄電池中的電解液會進一步揮發增發，導致電池使用壽命縮短。平時工作實踐中，蓄電池的存放必須具備一定的條件，對于極個別單個存放的蓄電池要及時搞好檢查，一旦發現溫度增高情形，必須要及時采取電池補償舉措或是降溫舉措，以此來及時止損，提升電池使用壽命。蓄電池溫度檢測一般采用的是DS18B20傳感器，該傳感器的優點是線路較為簡單，且體積較小，一條通信線上可以懸掛多個，每個傳感器均會賦予單獨的序列號，傳感器的數據可以較為便捷的讀取出來。該傳感器測量溫度的范圍較廣，完全可以滿足溫度采集的需要。

（二）電壓監測模塊

電壓監測模塊主要由控制端和多路開關構成，控制端主要負責發出控制信號，信號由采集端流入串聯的電阻，此種方式不僅可以有效限制電流，還可以在回路中發生短路時，將電流降到最低，降低對蓄電池造成的影響。由于電壓中的紋波信號存在，交流放電采取的也是交流信號，所以必須采用帶通濾波電路，在工作實踐中，也可根據輸出波形的不同選擇不同的元器件，由于采集到的信號較為微弱，一般均在0至3V之間，所以設計電壓時可以有效抬高電路，然后在控制器中利用一定的算法進行信號的還原，一般采取傅里葉變換法實施對交流信號的有效變換。

（三）交流放電回路

控制信號由控制器發出，經光耦隔離后，發送至驅動輸入端導致驅動能明顯顯著增加，開關管的驅動能又可以使交流放電回路控制得更為精準，開關管的開斷又可以使電池形成交流放電回路，通過R1兩端電壓可以計算得出電流值，其中放電電流也可以通過互感器測得。電流信號處理方式同電壓信號處理。

（四）上位機模塊

主要采取的開發工具為PHP服務器，前端開發工具主要采用Java和HTML5語言等，通過無線通信的方式可以將數據情況發送到上位機，上位機根據數據情況自行判斷內阻是否處于安全運行狀態，如果數據異常，上位機則顯示報警狀態，監控人員根據報警狀態可自行判斷性能情況。對于不同序號的電池，上位機可顯示各自的電壓、內阻、溫度數據，只要超過一定的限定值，上位機就會發出警報。

三、優化測試方式發展趨勢

采用此優化測試的原理和方式，對于站內蓄電池內阻和電壓的測試還可以實施進一步的智能化升級改造，就是研制直流電源綜合測試智能手套，智能手套外觀與普通絕緣手套大致相同，測試插針可固定于手套的指套位置，方便測量蓄電池的兩極;手套背部裝有液晶顯示屏，可顯示測量數據;內部具有數據儲存功能，自動儲存測試記錄;測試數據無需連接數據線，可以通過無線傳輸數據。智能手套內的設備均采用嵌入式，真正做到智能化、實用化，從而滿足實際生產安全和高效的需要。使用此方式：一是非常安全，蓄電池作為電源設備，具有一定的風險，手套的絕緣材質保證了作業人員的安全，這是現場作業最重要的環節;二是輕便且易操作，作為一種測試儀便于攜帶，強大的功能簡化了現場工作的繁瑣步驟，完成工作省力省時，減少工作人員的負擔效果顯著;三是智能化程度較高，靈活的設計讓它能輕松適配不同的作業現場;四是可拓展性強。智能手套的設計是面對蓄電池適用，即使不同行業、不同廠家、不同型號的蓄電池同樣適用。

四、結語

本文列舉了蓄電池內阻測量的兩種主要方式，并深入客觀分析了兩種方式存在的優缺點，在此基礎上，提出了優化方案和措施，即通過控制多路選擇繼電器，實施蓄電池內阻的交叉測量。此方式可以較好的消除蓄電池測試帶來的影響，提升測量的質效和精確度，針對電池處于浮充狀態，電阻增大導致壽命縮短的實際，本文由介紹了三種模塊的設計方式。從整體來看，此優化設計比較科學合理，具備較好的應用價值。

參考文獻：

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