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高可靠电力保障领域的最后一道防线

发布时间:2020-07-21 18:35:09 阅读: 来源:机加工厂家

1、 引言

本文引用地址:蓄电池作为直流电源系统的核心组成部分,起着储备电能、应付电网异常和特殊工作情况、维持系统正常运转的关键作用,是需要高可靠电力保障领域的最后一道防线。当前,蓄电池在线监测及状态评估逐渐被人们所重视,在电力、通信等行业应用越来越广泛,然而,蓄电池在线监测及状态评估所采用关键技术—内阻测量技术,并不被人们所了解,还存在模糊的认识。

2、 蓄电池状态在线评估

目前对蓄电池(落后)状态在线评估有浮充电压监测法和蓄电池内阻监测法。

浮充电压监测法过去曾广泛采用,但是理论分析和大量实验证明,浮充电压与蓄电池的(落后)状态及预计使用寿命无关,因此现在已不在用于对蓄电池的状态进行评估。

理论分析和大量实验证明,蓄电池(落后)状态及预计使用寿命与其内阻具有密切的关系,目前国内外使用的蓄电池监测设备及蓄电池状态分析设备都是以蓄电池内阻为主要指标,结合蓄电池内阻的变化速率及历史数据,建立专家系统,对蓄电池(落后)状态进行在线评估,预计其使用寿命。

电站蓄电池往往采用大容量蓄电池,其内阻极其微小,为几十到数百微欧,甚至接头的紧固的松紧程度都会对测量结果不影响,并且蓄电池在线工作是因为充电装置产生一定的纹波干扰,因而传统的电阻测量技术难以达到要求,应采用微电阻精密测量技术进行蓄电池内阻测量,以对蓄电池内阻微欧级这样微小的变化做出的反映。

3、蓄电池的内阻模型

图1(a)为蓄电池简化等效电路,图中RC1和RC2分别为正负电极的极化电阻,C1和C2是正负电极的双电层电容,RΩ是蓄电池的欧姆电阻。图(a)还可以进一步简化为(b),图中R和为蓄电池的极化电阻,C为两电极双电层电容等效值。蓄电池连接部分主要是欧姆电阻,而电极活性物质部分既有欧姆电阻又有极化电阻。

(1)欧姆电阻:由极板、汇流排、极柱、电解液、隔膜等的电阻组成,它们服从欧姆定律。

(2)极化电阻:包括浓差极化电阻和电化学极化电阻,它们由扩散极化电阻、电荷传递电阻组成,是由电极动力学过程和物质转移引起,它们不服从欧姆定律。

浓差极化:电流通过蓄电池后,引起正负电极表面附近的电解液浓度变化,进而产生浓极化电动势η+、η-,其大小与电流大小、温度、电极反应速率、电迁移、扩散速度有关。

电化学极化:当电流通过蓄电池时,由于电极过程某一步的迟缓,阻碍了电极过程的进行,使电极电位离开平衡电极电位。其大小与电流大小、温度、电极真实有效表面积等因素有关。

4、影响蓄电池内阻的因素

影响蓄电池内阻的因素主要有:

(1) 蓄电池的落后程度:随着蓄电池使用时间的增加,由于电池失水、极板及连接条的腐蚀、极板的硫酸化、极板的变形及活性物质的脱落等因素,造成蓄电池容量减小,蓄电池的内阻逐渐变大。

(2) 蓄电池的荷电量:同一只蓄电池,放电程度不同,由于蓄电池电解液深度、电极表面反应物质的厚度、电极表面的孔隙率明显不同,而使蓄电池的内阻差异很大。放电程度越深,蓄电池的内阻越大。

因而在对蓄电池落后状态进行评估时,同一生产厂家同一型号的蓄电池应建立统一的内阻标准,应将电池充满电后再进行内阻测量,对照标准对蓄电池落后状态进行评估,如果未充满电,由于无法区分是蓄电池落后状态引起的内阻增加,还是蓄电池荷电状态引起的内阻增加,而使评估失去意义。

(3) 温度:随着温度的升高,反应物质的扩散、电荷传递、电极动力学过程和物质转移更容易进行,因而蓄电池内阻减小。

(4) 蓄电池的型号:不同生产厂家、不同种类、不同型号的蓄电池,由于电极、电解液、隔膜的材料配方不同、电池的结构不同、装配工艺不同而使蓄电池内阻产生差异。

(5) 测量信号频率:目前许多蓄电池内阻测量实际上测的是蓄电池的阻抗,而蓄电池并非纯电阻特性,还包含电容,因而其阻抗大小和测量信号频率有关,使蓄电池内阻测量结果不具有客观性。

为使蓄电池内阻测量结果具有客观性,应根据测量信号电流和电压的相位关系,用解析的方法去除蓄电池电容对测量结果的影响,使测量结果和测量信号频率无关,即在任何测量信号频率下,内阻测量结果具有唯一性。

(6) 测量时间和测量电流大小:在采用较大测量电流的情况下,在施加测量信号和关闭测量信号的瞬间,由于极化和建立和稳定是个变化的过程,不同的测量电流,不同的测量时间,极化是不同的,使蓄电池内阻测量结果不具有客观性。

为使蓄电池内阻测量结果具有客观性,应尽量用较小的信号电流进行内阻测量,根据实验,测量电流应≤0.05C10,其中C10为10小时放电率下蓄电池的容量。使内阻测量结果与测量时间及测量电流大小无关,内阻测量结果具有唯一性。

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