內(nèi)阻交流放電法在蓄電池在線監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用
蓄電池作為直流電源系統(tǒng)的核心組成部分,起作儲(chǔ)備電能、應(yīng)付電網(wǎng)異常和特殊工作情況、維持系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵作用,是電力系統(tǒng)正常工作的最后一道防線。當(dāng)前,蓄電池在線監(jiān)測(cè)逐漸被人們所重視,在電力、通信等行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛,但是,蓄電池在線監(jiān)測(cè)及狀態(tài)評(píng)估所采用的關(guān)鍵技術(shù)---內(nèi)阻交流放電法并不被人們所了解,還在模糊認(rèn)識(shí)中。
本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/176551.htm從理論分析和大量實(shí)驗(yàn)證明,蓄電池工作狀態(tài)及預(yù)計(jì)使用壽命與內(nèi)阻具有密切的關(guān)系,目前國內(nèi)外使用的蓄電池監(jiān)測(cè)設(shè)備及蓄電池狀態(tài)分析設(shè)備都是以蓄電池內(nèi)阻為主要指標(biāo),結(jié)合蓄電池內(nèi)阻的變化速率及歷史數(shù)據(jù),建立起專家系統(tǒng),對(duì)蓄電池狀態(tài)進(jìn)在線評(píng)估,A計(jì)其使用壽命?,F(xiàn)代電站和變電站都采用大容量蓄電池,其內(nèi)阻極其微小,為幾十到數(shù)百微歐,甚至接頭的松緊程度都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成影響,并且蓄電池在線工作時(shí)有一定的充電紋波干擾,因而使傳統(tǒng)的電阻測(cè)量技術(shù)難以達(dá)到測(cè)量要求,應(yīng)采用微電阻精密測(cè)量技術(shù)進(jìn)行蓄電池內(nèi)阻測(cè)量才行。
1蓄電池的內(nèi)阻模型
圖1為蓄電池的簡化等效電路。圖中Rc為蓄電池正負(fù)電極的極化電阻,C為正負(fù)電極的雙電層電容等效值。R為蓄電池的歐姆電阻。蓄電池連接部分主要是歐姆電阻,而電極極化部分既有歐姆電阻又有極化電阻。
1.1歐姆電阻:由極板、匯流排、極柱、電解液、隔膜等的電阻組成,它們服從歐姆定律。
1.2極化電阻:它包括濃差極化電阻和電化學(xué)極化電阻,由擴(kuò)散極化電阻、電荷傳遞電阻組成,是由電極動(dòng)力學(xué)過程和物質(zhì)轉(zhuǎn)移引起,它們不服從歐姆定律。
1.3濃差極化:電流通過蓄電池后,引起正負(fù)電極表面附近的電解液濃度變化,進(jìn)而產(chǎn)生濃極化電動(dòng)勢(shì),其大小與電流大小、溫度、電極反應(yīng)速率、電遷移、擴(kuò)散速度有關(guān)。
1.4電化學(xué)極化:當(dāng)電流通過蓄電池時(shí),由于電極過程某一步的遲緩,阻礙了電極過程的進(jìn)行,使電極電位離開平衡電極電位。其大小與電流大小、溫度、電極真實(shí)有效表面積等因素有關(guān)。
2影響蓄電池內(nèi)阻的因素
影響蓄電池內(nèi)阻的因素主要有:
2.1蓄電池使用的時(shí)間:S著使用時(shí)間的增加,使電解液失水、極板與連接條的腐蝕、極板的硫酸化、極板變形及活性物質(zhì)的脫落等因素,造成蓄電池容量減小,蓄電池內(nèi)阻變大。
2.2蓄電池的電荷量:由于注入蓄電池的電解液深度、電極表面反應(yīng)物質(zhì)的厚度、電極表面的孔隙率等不同,而使蓄電池的內(nèi)阻相差較大,從而電荷量也相差較大。
2.3溫度:環(huán)境溫度的變化,例如上升,這時(shí)反應(yīng)物質(zhì)的擴(kuò)散加快、電荷傳遞、電極動(dòng)力學(xué)過程和物質(zhì)轉(zhuǎn)移更容易進(jìn)行,因而蓄電池內(nèi)阻減小。反之,就會(huì)增加。
2.4蓄電池的型號(hào):不同生產(chǎn)廠、不同種類、不同型號(hào)的蓄電池,由于電極、電解液、隔膜的材料配方不同,電池的結(jié)構(gòu)不同、裝配工藝不同而使蓄電池內(nèi)阻產(chǎn)生差異。
2.5測(cè)量信號(hào)頻率:目前許多蓄電池內(nèi)阻測(cè)量,實(shí)際上測(cè)的是蓄電池的阻抗,內(nèi)中包括了容抗,而容抗大小和測(cè)量信號(hào)頻率有關(guān),使蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果不具有客觀性。要具有客觀性,應(yīng)根據(jù)測(cè)量信號(hào)電流和電壓的相位關(guān)系,用解析的方法去除蓄電池電容對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響,使測(cè)量率結(jié)果與信號(hào)測(cè)量頻率無關(guān),即在任何測(cè)量信號(hào)頻率下,內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果具有唯一性。
2.6測(cè)量時(shí)間和測(cè)量電流大?。涸诓捎幂^大測(cè)量電流的情況下,在施加測(cè)量信號(hào)和關(guān)閉測(cè)量信號(hào)的瞬間,由于極化的建立和穩(wěn)定是個(gè)變化過程,不同的測(cè)量電流,不同的測(cè)量時(shí)間,極化是不同的,使蓄電池內(nèi)阻測(cè)量結(jié)果不具有客觀性。要具有客觀性,應(yīng)盡量用較小的信號(hào)電流進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)量,根據(jù)實(shí)驗(yàn),測(cè)量電流小于或等于0.05C10,(其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。)
3用內(nèi)阻交流放電法測(cè)量蓄電池內(nèi)阻
內(nèi)阻交流放電法是在交流注入法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量技術(shù)的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步的發(fā)展,該方法綜合了交流注入法和直流放電法的優(yōu)點(diǎn)。其原理是用CPU通過D/A控制智能負(fù)載,使蓄電池向智能負(fù)載放電,產(chǎn)生一個(gè)低頻(頻率小于100HZ),幅值約為0.01C10-0.05C10 的正弦波交流信號(hào)(頻率為fo,角速度為ω=2πfo的電流I=IoSin(ωoT),其中C10為10小時(shí)放電率下蓄電池的容量。在蓄電池上產(chǎn)生的電壓響應(yīng)為:
U=UoSin(ωoT+Φ); 其阻抗為:Z=Uo/IoXejφ
交流放電法蓄電池內(nèi)阻測(cè)量原理圖見圖2。
評(píng)論