蓄電池智能恒流放電系統

2019-11-03 10:03:23

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供稿：網友

岳德坤

成都電子機械高等專科學校，四川成都 610031

　　摘　要：在介紹蓄電池維護要求的基礎上，分析了恒流放電系統的工作原理和監控單元的功能，并設計了主電路和恒流控制電路。系統智能化程度高，能滿足不同容量蓄電池的恒流放電要求。

　　關鍵詞：蓄電池；恒流放電系統；電路

　　Battery Intelligent Constant-current Discharge System

　　YUE De-kun

　　(Chengdu Electromechanical College, Chengdu 610031，China)

　　Abstract: On the basis of the introduction to maintenance of battery, this paper analyses the PRinciple of constant-current discharge system and the function of supervisory control unit, and also designs the main circuit and constant-current control circuit. The advanced intelligent system can satisfy the constant-current discharge of different capacity batteries.

　　KeyWords: Battery; Constant-current discharge system; Circuit

　　一、引言

　　隨著我國電力工業的發展,電網設備現代化建設要求也隨之提高。直流設備運行狀態是否可靠，直接關系到整個電網的安全運行工作。特別是電力系統內無人值守變電所的增加，以及為適應電力設備狀態檢修的需要,對直流設備的可靠性運行提出了更高的要求。發電廠、變電所的直流系統運行是否安全可靠,關鍵在于直流設備的可靠性與先進性，更為關鍵還在于保證日常運行中的蓄電池是否有足夠的容量(即能滿足在事故狀態下的放電容量)，那么定期對蓄電池進行核對性容量放電鑒定是保證、檢驗蓄電池經常滿容量的重要一環。

　　任何蓄電池在半年至1年內必須進行至少一次充、放電,而且要求充、放電必須近似恒流,否則容易導致蓄電池報廢。為延長蓄電池使用壽命,使用恒流放電器成了蓄電池維護的當務之急。

　　二、蓄電池的特點及維護要求

　　閥控密封鉛酸蓄電池（VRLA）以其密封、維護少、自放電小、性能穩定等特點,被廣泛應用于電力工業和郵電通信,然而由于電池本身的設計、生產工藝及使用維護等原因,電池早期失效現象常有發生,尤其是國產免維護電池,有的只能使用2～3年,遠遠短于預期壽命,嚴重影響系統的安全運行。閥控密封鉛酸蓄電池是一個復雜的電化學體系,電池的性能和壽命取決于制備電極的材料、制造工藝、活性物質的組成和結構及電池運行狀態和條件等。用戶通常認為免維護電池是不需要維護的,而實際上閥控電池在維護上應該加強而不是免維護,原因有兩個方面:①由于過充電產生的氣體不可能完全被再化合,從而引起電池內部壓力增加,當增加到一定的壓力時,安全閥門打開,氫氣和氧氣逸出,同時帶出酸霧,消耗了有限的電解液,導致電池容量下降或早期失效。為了避免產生多余的氣體,閥控電池對充電機穩壓、限流精度提出了較高的要求,而現有的充電機做得還不夠。②閥控電池在使用中對溫度有一定的要求。據國外資料介紹,當高于25℃時,每升高6～9℃電池壽命縮短一半。浮充電壓,也應該根據溫度進行補償。由此可見,要保證直流系統長期安全地運行,就迫切需要一種切實有效的電池容量檢測裝置。而國內外至今尚無能準確、簡便、快速地檢測免維護蓄電池實際容量的方法,許多檢測方法只是間接測量,如測端電壓、測電池內阻。雖然這類方法比較簡便迅速,但實際使用過程中卻發現該類儀表不能真實反映電池容量。國內外公認的能了解蓄電池真實容量的方法就是實放電,以放電電流和放電時間來計算容量。

　　根據中華人民共和國原水電部(1962)水電技字第21號有關條文規定:為保證發電廠與變電所按浮充電運行蓄電池的使用容量與壽命,必須定期進行核對性容量鑒定放電工作,其中規定:新安裝或大修后的蓄電池組,第1年每6個月進行1次,運行1年以后的蓄電池組每年進行1次核對性放電,在只有1組蓄電池的發電廠與變電所在進行放電時,只允許放出其額定容量的50%～60%。放電終期電壓(單只電池的端電壓)不得低于制造廠的規定值。

　　三、恒流放電的原理

　　隨著放電時間的增加,蓄電池的電壓開始下降,這樣就引起了電流的下降,要想保證電流恒定,必須調整負載,因此,我們結合主控對象為變換器輸入電流的特點，采用如圖1基于BUCK變換器結構的主回路。在電路中因電阻端無需穩壓,去掉了BUCK變換器電阻端的電容,而將電容C放到了前級。在這里L0和D起到續流和保護開關管的作用,C在開關閉合時工作在放電方式,在開關斷開時工作在充電方式,同時C和L0結合使電池電流穩定。

　　該電路拓撲有其獨到之處,可保證電池的放電過程平緩、受控、放電電流恒定。由于采用高頻斬波降壓,電池瀉放能量92%以上由外掛固定電阻板轉換成熱能,故降壓回路與監控回路可集成一體化,增加裝置的可靠性,且便于攜帶。

　　系統控制電路如圖2所示。蓄電池電流由電流傳感器檢測，輸入到圖中IF端。U2-A、U2-B及R9、R10、R11、R12、R13、R14、C3構成三角波發生器，U1-A、U1-B、U3-A及R3、R4、R5、R6、R7、R8、R15、R25構成調節電路，使UC=K1IG+ K2(IG-IF)，U3-B及R16、R17、R18構成比較器，將UC與三角波信號比較產生PWM波形,如圖3所示。由OUT端輸出，經功率放大后可驅動開關管，控制放電電流的大小。

　　當IG=IF時，即放電電流與給定值相等，UC=IG，PWM波形為給定脈寬，保持電流恒定；

　　當IG>IF時，即放電電流小于給定值，IG-IF>0，UC>IG，PWM波形增大脈寬，使放電電流增加；

　　當IG
　　由手動調節或監控單元（如單片機）給出設定值,調整ＰＷＭ波形以合適的脈寬比驅動開關管,使電流始終保持與給定值恒定。

　　四、放電系統的監控功能

　　由于是智能化設計,整個放電過程不需要人工干預，監控部分能對放電過程的啟停與電流進行實時控制、記錄與打印,能對每節電池進行檢測與分析,發現異常可報警。監控部分具有以下功能：

　　（1) 在放電接近末期時,掌握好電池的剩余容量,如發生電池過放電情況時(數值可任意設定)自動停止放電,不會發生過放電情況；

　　（2) 放電裝置對待放蓄電池組的單只電池電壓進行檢測,以便在放電過程中隨時地監測單只電池的情況,及時發現故障；

　　（3) 繪制電池組放電曲線,以便隨時觀察電池組放電的工作情況；

　　（4) 對放電過程、放電歷史記錄進行存儲、打印報表,并分析蓄電池的容量和使用狀況。

　　監控單元的測量結果可真實、直觀地反映蓄電池組的性能參數，便于電池的日常維護，保證系統可靠地工作，其原理框圖如圖4所示。



　　五、結論

　　本文設計的蓄電池恒流放電系統成本低、控制簡單、易于實現，放電過程不需人工干預，智能化程度高。放電電流可根據不同容量的電池要求進行設定，電流恒定無波動，滿足蓄電池日常維護的要求，使用方便、可靠。

　　參考文獻

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摘自《電訊技術》

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