鉛蓄電池的實時動態監控原理及設計——桂超
2019-11-03 09:52:27
供稿：網友
鉛蓄電池的實時動態監控原理及設計——桂超摘要 闡述了閥控式密封鉛蓄電池組中各單電池的浮充電壓值是服從正態公布規律的。為使蓄電池組中93％以上的電池工作在正常狀態，建設用Va＝Va ＋1.5。作為浮光電控制參蓄電壓，式中Q分別是蓄電池組中各單電池的浮充電壓的平均值和標準差。然后以此為基礎提出了一仰電源設備的計算機實時監控系統設計。關鍵詞 實時控制，蓄電池，浮充電壓分類號 TM 912．1 閥控式密封鉛蓄電池在我國已廣泛用于通信部門，這是由于它具有密封結構，不漏酸，沒酸霧，可跟通信設備放在一起等主要優點。由于其使用歷史較短，國外只有十幾年，國內尚不足十年，于是在使用中就出現了一些前所未見的問題，其中最突出的是電池使用壽命不長。各生產廠家的使用說明書中都列出電池使用壽命會有十年以上（主要是根據正極板柵腐蝕速度來設計確定的），但用戶普遍反映電池使用壽命只有幾年。主要原因是沒法對蓄電池組實施有效的監控。本文根據統計數學原理對蓄電池組的工作狀態進行計算機實時動態監控，以期對延長通信用闊控式密封蓄電池組的使用壽命和提高其可靠性有所幫助。1 蓄電池組的浮充電壓 通信用閥控式密封蓄電池是在浮充狀態下工作的。通常由24只電池組成一組，用戶通常用一組或數組電池。理論和實踐均已證實，蓄電池組浮充電壓選擇恰當與否，對其使用壽命有關鍵性作用。浮充電壓過高，電解水反應就加劇，析氣速度就大（密封電池的氣體復合率總是小于 1OO％的），久而久之會引起電池失水，容量下降；若浮充電壓過低，雖然可降低失水速度，但容易導致極板硫酸鹽化，最終縮短電池壽命。 廠家的說明書或許多論著中提出的密封鉛蓄電池的浮充電壓均指單只電池而言；然而蓄電池組中的各個電池的浮充電壓是不相同的，郵電通信部門規定了蓄電池組中各單只電池浮充電壓應當在平均值的±50mV之內，即最高與最低值相差 100 mV，新電池基本上可以滿足這一要求，但使用過一段時間之后，各只電池的浮充電壓差距就拉大了。表1列出某通信站使用的48只電池的浮充電壓值，可以看出，其中大部分電池的浮充電壓都高于標準中規定的電壓值（2.23 V～2.27V），其最大值跟最小值之間相差23OmV。 那么蓄電池的浮充電壓應當如何控制呢？如果以某個電池的浮充電壓作為判斷標準，從而調整全組電池的浮充電壓，偶然性太大，況且浮充電壓偏高的電池也不會永久偏高，高的可以變低，低的可以變高，顯然不合理。如果以全組電池浮充電壓的平均值來作為判斷標準，則會有約50％的電池浮充電壓處于過高狀態，這將引起這些電池溫升升高，失水加快，內阻加大，進而加大各單電池浮充電壓的差別，如此惡性循環的。最終結果必然是縮短電池壽命。如果將整組電池的浮充電壓預先調整在某個數值固定不變，則將忽略了電壓過高的電池對其他電池帶來的不利影響。下面介紹從統計數學的角度出發對蓄電池組浮充電壓的動態監控辦法。2 蓄電池組性能參數的統計分布規律 統計數學指出：若影響某一隨機變量的隨機因素很多，而且其中每個因素的影響都不能起決定性作用，這些因素的影響又可以迭加，則該隨機變量服從正態分布。圖1表示X服從正態分布的概率密度函數f（x）曲線，其數學表達式為： 該曲線是完全對稱的，曲線的最高點x就是取值概率3 如何選擇監控參考點 由方程（1）可以看到，決定正態分布概率密度函數f（x）曲線的參數有兩個：數學期望月（即平均值）和標準差。，其表達式為： 式中x；可代表蓄電池組中各單電池的浮充電壓值，n表示蓄電池組包含的單電池數，標準差。反映了蓄電池組中各單電池浮充電壓的均勻性程度，a越小電池的均勻性越好，f（x）曲線形狀越陡峭；a越大，電池的均勻性越差，f(X) 曲線的形狀越平坦。顯然，。是反映最大的點，它所對應的橫坐標就是全部xi 的均值，也就是說，如果x變量取值概率函數是正態分布函數的話，則取均值的概率最大，偏離均值的概率略有減小，曲線在x= ±a 處有轉折，即偏離平均值為標準差a 的概率將迅速減小。 對開口式自由電解液鉛蓄電池的性能參數分布規律進行的跟蹤觀察統計結果表明，鉛蓄電池組中各單電池的電解液密度、溫度、充電電壓、放電電壓的分布服從正態分布，閥控式密封鉛蓄電線池的廣泛應用時間還不長，它是否也具有跟自由電解液的鉛蓄電池同樣的分布規律呢？讓我們首先觀察表2的數據，它是將表1觀測數據進行統計歸納后得來的。從表2可以看到：該48只電池浮充電壓的平均值為2.274 V；浮充電壓在 2.274 V附近的電池數最多；浮充電壓遠離 2.274 V的電池數迅速減少，而且以2.274 V為中心呈對稱分布。用文獻提供的數據處理方法不難得出：閥控式密封鉛蓄電池組中各單電池的浮充電壓分布是呈正態分布的。蓄電池組性能的一個關鍵性參數。 圖1中陰影部分的面積表示x的取值范圍 的概率，它等于O.683（可查正態分布），x取值范圍為…一1.5a ～P＋1.5。）的概率為0.866；x取值范圍小于p 十1.5a 或大于產p1.5a 的概率均為O.933因f（x）曲線是對稱的。既然閥控式密封鉛蓄電池組中各單電池的浮充電壓分布服從正態分布，則根據上述的統計學原理并考慮到使蓄電池組中絕大多數電池工作在比較正常狀態，建議采用： VR= Va ＋ 1.5a作為監控參考點，即將蓄電池組中全部電池浮充電壓的平均值V。加上蓄電池組此時此刻各單電池浮充電壓標準差a 的1.5信作為監控參考電壓VR；再將VR 跟表3所列數值相對照。如果VR ＞Vf ，則要適當降低浮充電流；如 VRPROM，控制軟件的核心部分是電壓判斷控制，其實現算法可以C語言描述。（5）結論 閥控式密封鉛蓄電池組中各單電池浮電壓值的分布服從正態分布，據此可利用計算機對整組電池進行動萬言書監控，使93%以上的電池處于最佳工作狀態。這對改善電池組中各單電池浮充電壓的均勻性和延長電池使用壽命有利。
