锂电池组范文

锂电池组范文（精选8篇）

锂电池组 第1篇

关键词：锂电池,主动均衡,电池管理系统

0 引 言

车载动力 锂离子电 池成组后 , 电池单体 性能的不 一致严重影 响了电池 组的使用 效果 ,减少了电 池组的使 用寿命。造 成单体电 池间差异 的因素主 要有以下 三方面 :( 1 ) 电池制作 工艺限制 , 即使同一 批次的电 池也会出 现不一致 ;(2)电池组中 单体电池 的自放电 率不一致 ;(3)电池组使用 过程中 ,温度、放电 效率、保护 电路对电 池组的影响 会导致差 异的放大 [1-4]。因此均 衡系统是 车载动力锂 电池组管 理系统的 关键技术 。本文设 计了一种 车载动力锂 电池组主 动均衡系 统 , 通过能量 双向转移 的方式 ,在电池组 充放电末 期对电池 组内各单 体电池进 行均衡处理 ,使电池组 单体性能 保持一致 ,避免单体 过充过放 ,延长了电 池组的使 用寿命[5,6,7,8]。

1 主动均衡系统设计方案

1 . 1 系 统 硬 件 设 计

车载动力 锂电池组 主动均衡 系统结构 图如图1所示 ,N个单体串 联构成锂 电池组模 块 , 通过电池 管理系统 (Battery Management System ,BMS) 从机采集 锂电池组模块中各 单体的电 压信息 ,由通信将 各单体电 压信息传递 于均衡主 控模块 ,通过均衡 策略控制 均衡模块 组对电池组 内各单体 电池进行 均衡[9,10,11,12]。

主动均衡 系统设计 主要由两 部分组成 :

( 1 ) 主动均衡 主控部分 : 均衡主控 部分负责 对各单体电 压信息的 处理、均 衡策略管 理、与均 衡模块化 部分通信和PWM控制信号 产生及驱 动。

(2 ) 主动均衡模块组部 分 : 均衡模块组由N个均衡模块 单元构成 , 每个均衡模块单元与 其对应的 单体电池 并接。均衡模块单元由一个反激变压器和两个开关管构成。

1 . 2 均 衡 主 控 芯 片

均衡模块 单元控制 芯片采用LTC3300, 该芯片可 实现多达6节串联锂 电池的双 向同步反 激式平衡 、高达10 A的平衡电 流、高达92 % 的电荷转 移效率、 可堆迭式架 构可用于 大于1 000 V的系统、高 噪声裕度 串行通信 、48引脚带裸 露衬垫QFN封装和LQFP封装。

1 . 3 均 衡 主 电 路

主动均衡模块组由N个均衡模块单元构成,本文设计的均衡系统模块单元如图2所示。均衡模块单元包括一个反激变压器和两个开关管,每个均衡模块单元反激变压器的原边绕组与对应该单体电池的正负极连接,副边绕组均连接到功率总线。开关管分别串接到原边绕组的非同名端与副边绕组的同名端。其中开关管为MOSFET开关管。

图3为均衡模 块组电路 。均衡主 控模块通 过均衡策略 控制各均 衡单元MOSFET管的导通 顺序 , 从而实现 能量转移型 双向型能 量变换。 能量从电 压较高单 体通过变换 直接传递 到电压较 低单体。

例如 : 当检测到CELL1的单体电 压较高 ,CELL3电压较低。 此时开启 均衡功能 ,实现能量 由CELL1转移至CELL3。首先 , S11导通 ,S12断开 ,放电电流Id从CELL1正极经T1原边绕组 流到CELL1负极 ,T1原边绕组 储存能量 ; 经过设定 时间t1之后 ,S11断开 ,S12导通 , 储存在T1原边绕组 的能力耦 合至T1副边 ; 经过设定 时间t2后 ,S32导通 ,此时T1副边绕组 储存的能 量传递于T3副边绕组 ;经过设定时间t3后 ,S12断开 ,S32断开,S31导通 , 储存在T3副边绕组 的能量耦 合至T3原边 , 给单体电 压较低的CELL3补电 , 如此实现 能量从CELL1转移到CELL3。

1 . 4 单 体 电 池 电 压 测 量

精确的单 体电压测 量是整个 电池管理 系统的核 心 ,为均衡功 能的顺利 实现提供 了基础 ,同时为电 池管理系统 中SOC(State Of Charge) 值的精确 计算提供 了保证。 本文利用BMS从机模块 采集各单 体电压 , 由通信将 单体电压信 息传递给 均衡主控 模块。电 压采集芯 片为LTC6802 - 2 , 该芯片是 一款完整 的电池监 视IC , 它内置一个12位ADC、一个精准 电压基准 、一个高电 压输入多工 器和一个 串行接口 。每个LTC6802-2能够在总 输入电压高 达60 V的情况下 测量12个串接电 池的电压 。所有12个输入通 道上的电 压测量都 能在13 ms的时间之 内完成。可 以将多个LTC6802-2器件串联 起来 ,以监视长串 串接电池 中每节电 池的电压 。

1 . 5 均 衡 控 制 策 略

电池管理 系统BMS实时监测 电池的电 压、电流等 参数 ,然后根据SOC算法计算 电池的剩 余电量。 当发现电池 出现不一 致时 ,BMS主机向均 衡主控模 块发送均 衡命令 ,开启均衡 功能。启 动均衡功 能之后 ,均衡控制 策略根据电 池的SOC、单体极 值、单体 压差等情 况控制均 衡电路 , 使电量从 最高的单 体电池转 移到其他 的单体电 池 ,相当于电 量高的电 池给电量 低的电池 充电 ,最终实现 电池组内各 单体电池 的均衡。

2 实 验与测试

为验证能 量双向转 移型主动 均衡方案 的性能 , 在电池组静 态下进行 了实际电 路实验 , 均衡时间 为30 min。电池组由12个50 Ah锂电池单 体串联构 成 , 初始各单体 电压如表1所示。从 表可以看 出 ,Cell7单体电压 最高 , 为3.166 5 V;Cell8单体最低 , 为2.640 0 V。通过均衡 策略控制 计算出均 衡所需时 间 ,30 min后测量单 体锂电池电 压。均衡 前后的单 体电压变 化如图4所示。由 图4可以看出 : ( 1 ) 均衡后单 体最高为Cell7 ( 为3 . 043 5 V ) ,单体最低 为Cell8(为2.788 5 V)。对比均 衡前单体 最高电压下 降了0.123 0 V,单体最低电压上升了0.148 5 V;(2)均衡前电 压均方差 为2.22045E -16, 均衡后均 方差为1 . 11022E - 16 ; ( 3 ) 均衡后12串单体更 趋向于某 一电压值 , 电池单体 的一致性 有明显提 高 , 说明了该 电路具有较 好的均衡 效果。

3 结 论

通过分析 现有均衡 技术 , 本文设计 了一种能 量双向转移 型主动均 衡系统。 该方案通 过反激变 换电路实 现 ,采用多变 压器法均 衡拓扑结 构 ,使得电荷 能量在单 体间和模块 间高效传 递。由实 验可以得 出 ,该均衡系 统能有效提 高电池单 体间和电 池模块间 的一致性 ,从而延长 动力电池的 使用寿命 , 增加电动 车的单次 行驶里程 , 提高了锂离 子电池组 的利用率 。

锂电池组 第2篇

摘 要：蓄电池作为变电站直流系统的后备电源，其设计寿命与实际运行寿命有较大不同，选择长寿命的同时，必须付出更多的维护成本。综合考虑采购成本、维护成本和安全因素，对变电站蓄电池组的不同管理方案通过资产全寿命周期成本分析，最终得出既能满足电网可靠性要求，又能使蓄电池组的综合投资最优化的管理策略。

关键词：蓄电池；生命周期；数学建模；管理策略

中图分类号：F273.4 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.066

目的及意义

目前，绝大部分变电站使用阀控式铅酸蓄电池（下文简称“蓄电池”）作为变电站站用直流系统的后备电源。其设计寿命一般为10～12年，但从全国各地的长期实际运行经验看，变电站蓄电池组一般的运行寿命为6～8年。图1为某局2007―2012年更换蓄电池组统计图，每组蓄电池的平均运行寿命约为7.5年。其中，使用寿命在8年及以下的占所有更换的蓄电池组的88%.使用年限的差异主要是由于蓄电池的制造材料、制造工艺、运行方式、运行环境和维护方式等几方面因素导致的。

本文着重从运行环境和维护方式两方面制订变电站蓄电池组的不同管理策略。研究方式的选择

电力设备全寿命周期成本（life cycle cost，LCC）是从设备的长期经济效益出发，全面考虑设备从论证、研制、生产、运行、维护、故障直至报废处置为止在寿命周期内所支付的所有费用的总和。当前国内外在电力系统方面进行的LCC研究，主要注重于对资产值较高高压一次设备进行研究，在低压及二次等资产值较低的一些设备，LCC研究方面则略显空白。而一些低压设备，例如变电站直流系统蓄电池组，其折算后的年使用成本也较高，管理策略不够完善，需要通过LCC研究为其制订科学的管理策略。变电站蓄电池组符合LCC研究对象的四个基本特征，即维护检修费用大、关键部位产品、具备多选方案多厂家型号、研究结果可验证。基于以上条件，本文对蓄电池组的LCC成本进行最优运维策略分析。变电站蓄电池组特性

变电站蓄电池组通过多个单体电池串联成组运行，当蓄电池组内有个体电池发生故障时，会导致整组蓄电池组性能下降甚至失效。如果新旧电池混用或不同厂家电池混用，则不同电池由于化学反应物质不同，端电压不同，内阻也不同。将它们串联使用，将造成不同蓄电池两端的电压不同，蓄电池加速损坏。在电池寿命前期和中期，整组电池的标准差σ几乎不变，当σ出现明显增大时，蓄电池的寿命就接近后期了。

根据混用的运行经验，新旧蓄电池混用是无法达到稳定运行的要求的。对于同时期投运，但运行于不同地方的同型号蓄电池混用，则劣化影响没有那么迅速。混用后，蓄电池组容量能短时达到要求，但运行一年后，蓄电池组将会有多个蓄电池

容量不符合要求，整组蓄电池将报废。即如果更换单体故障蓄电池，仅可延长蓄电池组使用寿命1年。

蓄电池组的这种相关特性，导致其无法进行修理。蓄电池管理的LCC建模

下文我们将基于设备的全寿命周期成本，寻找既能满足变电站直流电源系统的稳定运行，又能使蓄电池使用成本最低的运维策略。

下文假定所有单体蓄电池的质量、特性符合厂家的描述和规范的要求。

4.1 LCC模型

4.2 投入成本CI

蓄电池组的投入成本主要由蓄电池组购置成本、蓄电池架购置成本和安装成本构成。根据蓄电池采购和安装价格，可得蓄电池组的投入成本CI，如表1所示。

4.3 运行成本CO

蓄电池组的运行成本占蓄电池组整个生命周期成本的很大一部分，主要是由设备维护成本和环境维护成本构成。

4.3.1 设备维护成本

蓄电池组的设备维护成本主要是由蓄电池组外观检查、电压测量、内阻测量、外观清扫和核对性充放电工作费用组成。由于蓄电池组核对性充放电工作费用占维护工作费用的绝大部分，且核对性充放电的策略较为多样化，因此下文我们主要讨论蓄电池组进行核对性充放电工作的策略。

蓄电池组充放电试验，按照全容量10 h放电率，放电10 h，充电15 h左右。一次充放电时间为26 h左右（不含来回路途时间）。一组蓄电池核容工作需3人/次，最少需要2个工作日，另外需要运行人员操作两次。核容工作每次约需0.8万元。

4.3.1.1 相关规定对蓄电池组核容的要求

根据《南方电网公司变电站充电机、蓄电池运维手册》规定，110 kV变电站蓄电池组每三年进行1次全容量核对性充放电，220 kV及以上变电站蓄电池组每2年应进行1次全容量核对性充放电，运行6年以上的蓄电池组，应每年进行1次全容量核对性充放电，我们定义为核对性放电方式一。

4.3.1.2 蓄电池组厂家的核容建议

蓄电池厂家说明书均要求较为频繁地进行全容量核对性放电，以保证蓄电池组内物质的活性。我们选取三个较为常用的蓄电池生产厂家对蓄电池的运行维护要求进行数据分析：①霍克（hawker），至少每年以0.1 C容量的20%～40%浅度循环放电一两次；②埃诺斯-华达，每年以实际负荷做一次核对性放电，放出容量30%～40%，每年做一次容量试验，放出额定容量80%；③日本汤浅（Yuasa），每年应对电池进行一次核对性放电，放出额定容量的30%～40%.参考上述三种蓄电池的维护说明及相关规范要求，忽略规范对于不同容量的电池放电时间的不同，统一取次数最少的300 Ah电池的规定。同时，由于规范的要求是必须执行的，对于说明书不包含的深度放电试验，必须额外增加。综上所述可得，在蓄电池理论12年寿命周期内，按照蓄电池厂家说明书的要求，各品牌蓄电池组需要进行核对性容量试验的次数如表2所示，平均约为23次。

4.3.2 环境维护成本

蓄电池的运行环境较为苛刻，对温度非常敏感。蓄电池最佳运行温度为20～25 ℃，如果运行温度过高或过低，都将大大影响蓄电池组的使用寿命。现变电站使用的空调均为民用普通单冷空调，不间断运行下寿命短，容易出现运行中断现象，且无法制暖。如果选用工业精密机房空调，则会抬高使用成本。

根据市场价格，普通民用空调售价约为0.3万元，使用寿命约为5年，年均使用成本约0.06万元。工业精密机房空调售价约为1.5万元，使用寿命约为10年，年均使用成本约0.15万元。

4.3.3 运行成本建模

按照现有维护方式，即按照规范要求进行核对性放电，安装民用空调，承受部分时间空调停运。根据统计，在该种运维方式下，蓄电池组的使用寿命在6～8年之间，以下统计取最高使用年限8年，我们定义为运行方式一。

假设按照蓄电池组说明书的要求维护蓄电池组，可得蓄电池组理论上的使用寿命为10～12年。以下统计取理论最高使用年限12年。按照厂家的要求，在全生命周期内约做23次核对性容量试验，使用机房精密工业空调，保证运行的环境温度，我们定义为运行方式二，蓄电池组的使用寿命为12年。

上述两种运行方式的年均运行成本如下。

4.3.3.1 方式一：生命周期内运行成本

如表3所示，方式一下的生命周期内运行成本=8年生命

周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价+普通空调年均使用成本×使用年限。

4.3.3.2 方式二：生命周期内运行成本

方式二下的生命周期内运行成本=12年生命周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价+精密工业空调年均使用成本×使用年限）=23×0.8+0.15×12=20.2万元（注：各型号电池运行成本相同）。

4.4 检修维护成本CM

4.4.1 检修维护方法

参考相关规范“经过三次全核对性放充电，蓄电池组容量均达不到其额定容量的80?G以上”，说明确认蓄电池组容量出现故障，必须通过三次全核对性放充电，即当我们第一次全容量核对性放电不合格后，需要多进行两次核对性放电。

对于使用带有硅降压的直流系统，多采用54节运行的蓄电池组，可减少至52节蓄电池运行；108节运行的蓄电池组，可减少至104节蓄电池运行，将不会影响直流母线的电压要求。

根据上述情况，当蓄电池组经三次全核对性放充电后，蓄电池容量均达不到其额定容量的80%，我们认为蓄电池出现故障，并将故障方式分为以下两类：①54节电池运行的电池组发现2节及以内故障电池；108节电池运行的电池组发现4节及以内故障电池，我们定义为轻度故障。②54节电池运行的电池组发现超过2节故障电池，108节电池运行的电池组发现超过4节故障电池，我们定义为重度故障。

根据上述故障分类法，蓄电池组的检修维护方法可分为以下三种：①更换整组电池；②退出故障电池，其他电池继续使用，该方案仅适用于轻度故障，重度故障不适合使用此方式；③将故障电池更换为容量合格的电池。

如上文所述，如果更换单体故障蓄电池，可且仅可延长蓄电池组使用寿命1年。

蓄电池组必将经过轻度故障才会继续劣化至重度故障。因此，如果在轻度故障时，就将不合格电池更换为合格的电池，则仅能延长蓄电池组1年的寿命。此时，通过维护方法二先将电池退出后，等电池组出现重度故障后再更换电池，则延长的寿命可大于1年。因此在蓄电池组轻度故障时，我们不选择更换蓄电池。

更换单体蓄电池后，需再进行一次全容量核对性放电，确保蓄电池组容量符合要求。

4.4.2 检修维护成本

根据4.4.1的叙述，我们确认蓄电池组容量不符合要求，需要多进行2次全容量核对性放电。由于减少了重复配合、重复接线的工作，多进行的2次全容量核对性放电的费用约为0.6×2=1.2万元。因此我们定义确认不合格费用为1.2万元。由于更换电池后，蓄电池组寿命增加一年，需增加一年的运行费用和第二年确认不合格费用。

根据4.4.1，蓄电池的三种检修维护方法的价格分别为：更换整组电池费用为0，退出故障电池费用为0.2万元，将故障电池更换为容量合格的电池费用为更换电池费用、一年的运行费用和第二年确认不合格费用的总和，即0.8+0.86+1.2=2.86万元。

4.5 故障成本CF

变电站直流系统的主供电源是两路分列运行的直流充电机，备用电源是两路分列运行的蓄电池组，与充电机一一对应。在蓄电池发生故障时，需同时发生以下条件，方能导致电网负荷损失或事故范围扩大，这是由于：①对应直流充电机发生故障，不能提供直流电源；②在一路直流电源发生故障，另外一路直流电源尚未投入之前，发生电网故障；③电网故障与该站有关，且相关设备保护及操作等直流电源有取自故障直流母线电源的。

该类情形发生的概率是很低的，且与本文研究的蓄电池组的运维策略关联性较少，因此，在本文研究的蓄电池运维策略LCC模型中可以不计入故障成本。

4.6 废弃成本CD

蓄电池组废弃无增加的处置成本，退运的蓄电池组可进行拍卖，拍卖底价为蓄电池组价格的5%.按此计算，各类型蓄电池废弃成本如表4所示。蓄电池管理策略数学模型

5.1 管理策略

通过4.3.3和4.4.1中对运行方式、检修维护方法和故障方式的叙述，我们通过选择相应内容从其中组合出不同的管理策略，具体如表5所示。

5.2 数学建模

我们通过建立不同策略下数学模型来计算蓄电池组年均运行成本，比较不同的管理策略，并选择最经济的蓄电池组管理策略。数学模型为：年均运行成本=LCC/运行年限=CI+CO+CM+CF+CD/运行年限=（投入成本+运行成本+检修维护成本+故障成本+废弃成本）/运行年限。

5.2.1 模型例证

以最常用的300 Ah、110 V电压等级蓄电池组为例，我们计算其策略二的年均成本。

策略二的年均成本=（投入成本+运行维护成本+检修成本+故障成本+废弃成本）/（运行年限+延长使用年限）=[（蓄电池组购买成本+蓄电池架购买成本+蓄电池安装成本）+（8年生命周期内核对性充放电次数×核对性充放电工作单价+普通空调年均使用成本×使用年限）+退出故障电池费用0.2万元+故障成本0万元-拍卖收入]/（8年+1年）=（7+3.68+1.2+0.2+0-0.35）/9=1.3万元。

通过同样的方法，我们可计算出300 Ah、110 V电压等级蓄电池组其他策略下的年均成本，具体如表6所示。

5.2.2 策略决策

通过上述策略年均成本的计算，我们可得到如下策略决策：①当蓄电池发生轻度故障时，采用策略二；②当蓄电池发生重度故障时，采用策略A。总结

6.1 运维策略的选择

总结上文对于各型号各类型的蓄电池组运维策略的分析，可得蓄电池组运维策略如下表7所示。

6.2 运行方式的选择

从上述三种容量、两种电压等级的蓄电池组运维策略可看出，不论何种电池，采用运维策略一或策略二成本均小于策略三或策略四；采用策略A或策略B成本均小于策略C或策略D。即所有的蓄电池组采用运行方式一运行，其成本小于采用运行方式二运行。

按使用最为广泛的300 Ah、110 V电压等级蓄电池组计算，运行方式一的蓄电池组寿命约为8年，全生命周期成本约为11.5万元，年均成本约为1.3万元。而采用运行方式二的蓄电池组寿命约为12年，其全生命周期成本约为28万元，年均成本约为2.34万元。

按此计算，方式一比方式二每组蓄电池每年可省下成本约1万元，如果按每局400组蓄电池计算，每年可省成本约400万元。因此，虽然采用运行方式一的蓄电池组寿命较短，但其运行成本大大低于采用运行方式二运行的蓄电池组。因此，考虑经济问题，我们采用方式一对所有蓄电池进行运维，而不采用方式二。结论

7.1 采用方式一对所有蓄电池进行运维

按照规范要求进行核对性放电，安装民用空调，承受部分时间空调停运，此运行方式最为经济。该种运行方式下蓄电池组使用寿命约为8年。如果为了达到蓄电池组12年的设计寿命，每局每年约需多支付400万元的维护成本。

7.2 对不同的蓄电池组需采用不同的运维策略

由于蓄电池组容量、电压等级、重要性均不相同，只有选用不同的运维策略，才能在保证安全性的同时，达到最佳的经济效益。

参考文献

[1]史京楠，韩红丽，徐涛.全寿命周期成本分析在变电工程规划设计中的应用[J].电网技术，2009（09）.[2]桂长清.实用蓄电池手册[M].北京：机械工业出版社，2010.〔编辑：王霞〕

磷酸铁锂电池组soc估算研究 第3篇

动力电池组的soc估算难点在于电池组系统动态特性比较复杂, 因此建立合适的电池模型, 选择合适的估算方法是soc估算的关键。

常见的电池模型主要是电化学模型、神经网络模型、等效电路模型, 文中选择的是2阶RC等效电路模型, 该模型能够较准确的反应电池组的动态特性。

卡尔曼滤波算法能够实时的追踪系统的状态, 适合用于动力电池组的soc估算研究。卡尔曼滤波算法是应用于线性系统的估算方法, 而电池组是一个复杂的非线性系统, 因此有采用泰勒展开来将非线性系统线性化的扩展卡尔曼滤波 (EKF) 算法, EKF算法能够较好的应用于电池组soc估算研究但计算的过程较为复杂, 计算的稳定性较差, 因此文中采用的是无迹卡尔曼滤波 (UKF) 算法, UKF算法通过对系统的状态变量进行UT变换, 将状态变量转化为符合状态变量统计特性的几个采样点, 再带入系统方程中运算。UKF算法相比EKF算法计算简单, 算法稳定。

为了进一步提高计算精度, 文中对于系统的噪声采用自适应匹配的算法, 实时的更新系统的状态噪声和观测噪声, 能够进一步提高系统方程的准确程度, 提高算法的精度。

1 电池模型的建立与参数识别

文中建立的二阶RC等效电路模型如图1所示。

其中, Voc是LIFe SO4电池组的开路电压, 电池的开路电压与电池的soc具有一定的函数关系, R0表示的是电池组的欧姆内阻, RS、RL表示的是电池组的两个极化内阻, 与CS、CL一起构成了电池的两个RC环节, Vbat表示的是电池组的端电压, I bat表示的是充放电的电流。根据电池组的等效电路模型可以建立如下的电池组数学模型:

根据电池组的数学模型可以得出, 电池组的端电压可以表示为:

建立了电池组的数学模型后, 通过电池组脉冲放电实验, 对电池组的数学模型中的参数进行识别, 得到了电池模型中的各个参数。

为了根据获得的参数, 验证电池模型的准确性, 在matlab/simulink中建立的了电池组的仿真模型, 将对电池模型进行恒流放电以及脉冲放电两种工况的仿真结果与实验结果相比较, 得出如下图2、图3所示的结果。从模型验证结果可以看出, 两种工况下的电池组端电压的误差都在1.5%以内, 所以可以认为建立的电池组的模型能够具有较高的精度。

2 自适应UKF的soc估算算法

选择soc作为系统的状态变量, 电池组的端电压作为系统的输出变量, 得到卡尔曼滤波算法的模型:

(1) 状态变量soc的sigma化即UT变换, 产生soc的3个采样点:

其中, n是系统状态变量的维数, 文中取1, P是系统状态变量的误差矩阵wm表示的是采样点的均值权重, wc表示的是采用点的协方差权重;α确定了采样点与均值之间的接近程度, 通常取0-1之间的正值;k为比例因子, 在UT变换中通常取0, 如果状态分布为高斯分布时, 可以取k=n-3;β在正态分布情况下通常取2。

经过sigma化, 得到3个soc采样点以及对于的wm、wc。

(2) k+1时刻soc值的预测

计算得到k+1时刻soc的预测值及soc误差p的预测值。

(3) k+1时刻soc值的更新

(4) 噪声的自适应匹配

系统噪声的更新是通过前若干次的soc的预测值与估计值的差值来得到:

同理, 观测噪声的更新也是通过前若干次的端电压u的预测值与估计值的差值来得到:

给定soc以及soc误差的初值后, 通过以上4个步骤的循环, 就可以实时的更新和预测任意时刻电池组的soc值。

3 仿真结果与实验分析

根据自适应匹配的UKF算法在matlab/simulink中建立了算法的仿真模型, 以脉冲放电实验的数据作为输入对仿真模型进行了仿真分析, 并与安时积分法结果比较得到的仿真结果如图4所示。

得到仿真结果后, 再进行Li Fe SO4电池组的脉冲放电实验, 通过实验中静置阶段的电池组开路电压的测量得到电池组的soc的真实值, 结果如表1所示。

从表中发现自适应UKF算法的误差在3%以内。说明该算法能够很好的估算soc。

4 总结与展望

文章采用了二阶RC电池模型, 运用了自适应匹配的无迹卡尔曼滤波算法来估算磷酸铁锂电池组的soc, 从仿真结果与实验结果比较来看, 该算法精度较高, 稳定性较好, 可以应用于电池组的soc估算。

摘要：磷酸铁锂电池组soc估算是为了更好的应用电池组作为动力电池。文中选用了二阶RC电池模型, 应用噪声自适应匹配的无迹卡尔曼滤波法来估算电池组的soc, 提高了卡尔曼滤波算法的准确度。仿真结果以及实验验证, 证实该算法具有较高的估算精度, 用时soc估算的效果较好。

关键词：LIFeSO4电池组,soc估算,卡尔曼滤波,自适应匹配

参考文献

[1]朱雅俊.电动汽车用磷酸铁锂电池建模与soc估算研究[D].合肥:合肥工业大学, 2012.

[2]陈洪图.纯电动大巴磷酸铁锂动力电池监测与SOC估计[D].哈尔滨:哈尔滨理工大学, 2010.

[3]仝猛, 卢兰光.动力型铅酸及Li Fe PO4锂离子电池的容量特性[J].电池, 2009.39.

锂电池组 第4篇

轮胎式集装箱起重机 (RTG) 是从20世纪70年代初逐渐发展起来的一种集装箱堆场作业的专用装卸设备。常规RTG的能量源为柴油发电机组, 其能量转换效率低且能耗大。在能源日趋紧张的今天, 如何减少能量消耗及合理回收其制动阶段产生的能量成为目前研究的必然趋势。混合动力RTG就是将起重机下放集装箱时释放的能量收集起来, 转化为电能, 然后在需要时重新提供给起重机。这种RTG不仅节能环保, 而且可以保证常规RTG操作灵活的优势。

近年来, 双向DC-DC变换器以其优良的特性在数控机床、地铁、电力机车、电动汽车等领域得到了广泛的应用。文中混合动力RTG再生制动能量采用锂电池组进行存储, 出于对串联电池数量与高电压电机的矛盾及对制动能量回收的考虑, 促使双向DC-DC变换器在混合动力RTG上的使用, 而双向DC-DC变换器是影响混合动力RTG性能的重要因素之一。

对混合动力RTG的研究早已成为国内外关注的重点, 尤其是双向DC-DC变换器的建模与控制在混合动力RTG方面的应用。文献[1]主要从基于超级电容器的混合动力RTG的能量管理和控制策略方面进行研究;文献[2-3]利用状态空间平均法建立三电平双向DC-DC变换器的小信号模型, 使用二项式准则和巴特沃斯准则对DC-DC变换器的控制器进行设计, 实现了基于超级电容器的混合动力RTG的制动能量回收和不间断运行状态。

为了更好地模拟混合动力起重机系统的运行过程, 文中根据混合动力RTG运行的各个工作模式的特点, 针对锂电池储能系统充放电方式的不同设计了不同的控制策略, 按时间节点进行切换, 并进行了建模仿真, 来实现控制策略。

1 混合动力RTG结构及工作模式

混合动力系统 (Hybrid Power System) 发明于19世纪末, 已经被成功地应用于电动汽车领域。鉴于其在汽车上的成功应用, 近年来混合动力系统已成为工程机械节能降耗、降低废气排放的重要研究课题之一, 而混合动力RTG正是其工程应用的一种具体体现。混合动力RTG通过柴油发动机和锂电池组系统协同工作, 将再生制动时产生的能量转换为电能, 存储在锂电池组中, 需要时可以利用, 从而减少柴油消耗和废气排放。

对常规RTG的改造主要是混合动力RTG系统的应用, 混合动力系统主要由小功率柴油发电机组、锂电池组和双向DC-DC变换器组成, 其工作原理及能量流动如图1所示。

混合动力RTG系统中, 实现能量传递的核心单元是双向DC-DC变换器, 其功能是监测机组运行状态, 并实现对锂电池组的充放电, 控制能量流动的传输方向。

该混合动力系统在运行过程中主要有3种工作模式:柴油发电机模式、再生发电模式和锂电池组放电模式。图2 (a) 为柴油发电机模式, 当RTG起重机处于加速提升集装箱或平移状态, 电动机负载从柴油发电机组获得能量。图2 (b) 为再生发电模式, 当RTG起重机处于提升集装箱减速运行和下放集装箱时, 负载电动机处于发电模式, 并通过双向DC-DC变换器给锂电池组进行充电。图2 (c) 为锂电池组放电模式, 当RTG起重机处于再次加速提升集装箱状态, 且锂电池组储能充足时, 电动机负载从锂电池组获得能量, 锂电池组通过双向DC-DC变换器放电。

2 混合动力RTG的关键技术

混合动力RTG起重机的关键性技术是对锂电池组和双向DC-DC变换器的研究, 锂电池组作为储能元件, 双向DC-DC变换器用来控制锂电池组的充放电。接下来将分别对其进行介绍。

2.1 锂电池组

目前用于混合动力RTG能量储蓄单元的主要有超级电容器和锂电池2种。

超级电容器具有功率密度高、充电时间极短和使用寿命特别长等优点;但是, 超级电容器的漏流自放电现象比较严重, 长时间的搁置会内耗掉能量, 易受充放电流和温度等因素的影响, 作为动力电源难以控制。

锂电池具有储存容量大、放电电流稳定、无污染及安全性能好等优点, 是RTG上理想的能量储蓄单元。目前将锂电池作为能量储蓄单元并且使用得较好的, 是日本住友重工研发的混合动力电源系统 (Hybrid Power System) 。整个锂电池系统由许多小的供电单元组成, 对每个小供电单元进行电池温度和充电量的监测, 监测其充、放电是否过量, 并且在整个操作过程中保持电池的输出功率处于稳定状态, 从而提高电池的使用寿命。住友重工的实测数据表明, 该电池系统的使用寿命可达7.5年, 较好地改善了锂电池寿命较短的缺点[4]。

文中选择Thevenin模型作为锂电池的等效电路模型。该电路模型由一个理想电压源、内阻抗Rd和并联R0C组成, 在该模型中增加的阻容并联环节, 相比原模型, 能更准确地描述锂电池的特性响应[5,6]。

等效电路模型如图3所示。

2.2 双向DC-DC变换器

双向DC-DC变换器具有多种拓扑结构, 其中半桥双向DC-DC变换器具有结构简单、可靠性高、易实现电压的双向控制的特点, 能满足混合动力RTG对能量变换装置的特殊要求[7,8]。

图4给出了半桥双向DC-DC变换器的拓扑结构。

现以提升机构为例进行说明。当吊具提升集装箱时, 能量流向是由柴油发电机组供给到电动机负载;当吊具下放集装箱时, 能量流向是将电动机再生制动能量回送到锂电池组 (经过DC-DC变换器控制) , 多余部分消耗在制动电阻上;当吊具提升集装箱且锂电池组储能充足时, 能量流向是由锂电池组供给到电动机负载 (经过DC-DC变换器控制) , 直到锂电池组放电结束, 柴油发电机开始供能。由此可见, 双向DC-DC变换器是控制能量流向的关键设备。

3 混合动力系统控制策略

根据前述混合动力RTG系统工作模式的不同, 双向DC-DC变换器分别工作在Boost模式和Buck模式。当起重机负载处于再生制动状态, 且由锂电池组供电时, 双向DC-DC变换器工作于Boost模式, 保证起重机的正常运行;当起重机负载处于发电状态时, 双向DC-DC变换器工作于Buck模式, 从而实现对再生能量的回收。混合动力RTG系统需要保证双向DC-DC变换器的输出电压、电流保持在一个稳定的范围内, 在升压过程中, 能有效地减少逆变系统输入的直流电压纹波, 保证驱动性能;在降压过程中, 使变换器电压输出平稳, 减少电流波动对电池充电性能所造成的影响。下文将对双向DC-DC变换器两种工作模式控制器进行设计, 并完成仿真实验。

3.1 Boost控制器设计

轮胎式起重机系统主要是完成对集装箱的提升、平移和下放操作。当混合动力系统处于以下两种状态且锂电池组电量充足时, 双向DC-DC变换器工作于Boost模式:提升集装箱时加速状态和平移状态。针对双向DC-DC变换器的Boost模式, 采用电压-电流双闭环控制结构, 其结构如图5所示。

电压控制器根据电压设定值与输出电压之间的偏差, 实时调节电流设定, 电流控制器控制脉宽调制信号, 使输出始终跟随给定, 稳定输出电流和电压。

当由锂电池组给电动机负载供能时, 锂电池组电压无法满足要求, 双向DC-DC变换器需运行在Boost模式。此时, 保持Q1关断, 设Q2的占空比为D′ (D=1-D′) , 等效负载R=75Ω, 根据文献[9-10]可知, 电流环的被控系统占空比扰动d̂到锂电池组侧电流扰动îBa的传递函数Gid (s) 为:

电流环控制器Gi Ba (s) 采用PI调节器, 即:

式中:Kip为电流环的比例调节器;Kii为电流环的积分调节器。

电压环的被控系统锂电池组侧电流扰动îBa到直流母线电压扰动v̂BUS的传递函数Gvi (s) 为:

电压环控制器Gv BUS (s) 采用PI调节器, 即:

式中:Kvp为电压环的比例调节器;Kvi为电压环的积分调节器。

3.2 Buck控制器设计

当混合动力系统处于以下两种状态时, 双向DC-DC变换器工作于Buck模式:提升集装箱时减速状态和下放集装箱状态。由于系统处于提升集装箱减速状态的时间比较短, 且此状态下制动能量不易回收, 所以该系统主要对下放集装箱操作时的再生制动能量进行回收, 并存储于锂电池组中。

针对双向DC-DC变换器的Buck模式, 分别设计了单闭环的电流和电压两种控制器, 分别通过对锂电池组侧电流和母线电压信号的跟踪来实现将再生制动能量存储于锂电池组中。

4 实验结果及分析

为了验证上述控制策略的有效性, 应用仿真软件PLECS进行数值仿真, 模拟混合动力RTG系统提升、下放集装箱时, 双向DC-DC变换器从电动升压到制动降压的工作过程, 以电磁转矩的正负信号作为变换器升降压切换的控制信号。

本研究搭建了一个最大储能量为60 Ah的锂电池组储能系统, 锂电池组等效电路参数:C=49 F, Rd=0.88Ω, R0=1Ω;电感L=400μH, 直流母线电容CBUS=300μF。4.1

4.1 仿真结果

混合动力RTG提升集装箱且锂电池组供电过程中, 电感电流、母线电压以及电动机负载的电枢电流和电磁转矩的波形图, 如图6所示。

整个提升集装箱的过程包括加速提升、匀速提升和减速提升运行三个阶段。在加速提升过程中, 出现电动机负载启动电流远大于额定启动电流现象, 但是由于在实际的起重机运行过程中, 负载电机一直处于运行状态, 根本不会出现这种现象, 故波形图中0.2 s之前的波形可以忽略不记。从0.2 s开始起重机处于加速提升阶段, 从0.5 s开始起重机处于匀速提升阶段, 从0.7 s开始起重机处于减速提升阶段。

从母线电压的波形中可以看出, 在减速提升阶段电动机负载再生的能量很难被存储于锂电池组中, 而是消耗在能量转换的过程中。

混合动力RTG下放集装箱过程中, 电感电流、母线电压以及电动机负载的电枢电流和电磁转矩的波形图, 如图7所示。整个下放集装箱的过程包括加速下放、匀速下放和减速下放运行三个阶段。从0.2 s开始起重机处于加速下放阶段, 从0.5 s开始起重机处于匀速下放阶段, 从1.5 s开始起重机处于减速下放阶段。图7 (a) 是采用电流环控制器时所得试验波形, 图7 (b) 是采用电压环控制器时所得试验波形。

4.2 结果分析

混合动力RTG下放集装箱的过程是再生制动能量回收的关键阶段, 通过分别采用电流环控制器和电压环控制器完成集装箱下放过程中的仿真实验。

由图7可看出, 在再生制动能量的回收过程中, 采用电流环控制器时, 母线电压下降到200 V左右, 不利于制动能量的回收;而采用电压环控制器时, 母线电压保持恒定处于500 V左右, 达到很好的能量回收效果, 实现了较高的再生能量回收效率。

采用电压环控制器充电, 在1 s时:

负载电机动能:184 rad/s×5 N⋅m=920 W;

200 V锂电池组充电功率:200 V×15.4 A/2×50%=770 W;

能量回收效率:770 W/920 W=84%。

5 结语

本文分析了混合动力RTG系统各个工作模式的特点, 并对再生制动能量回收过程分别设计了混合动力系统电流环和电压环控制策略。通过PLECS仿真, 有效地完成了混合动力RTG系统提升和下放集装箱过程的仿真实验。仿真结果表明, 采用电压环控制器可以实现再生制动能量较高效率的回收, 从而使整个系统可以采用小功率的柴油机发电组, 并达到节能减排的目的。

参考文献

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[9]徐德鸿.电力电子系统建模及控制[M].北京:机械工业出版社, 2005.

矿用救生舱用锂电池组SOC研究 第5篇

电池状态检测是电池管理系统 (battery management system, 简称BMS) 的第一步, 主要是对电压、电流和温度的检测。

电池状态分析包括对剩余电量 (SOC) 的分析和电池老化程度 (state of health, 简称SOH) 的分析。

电池安全保护措施有:过充过放保护、过流保护和过温保护, 以防止电池出现爆炸等危险。

能量控制管理包括充放电控制管理和均衡控制管理, 这些管理不属于电池管理系统必备的功能, 只是起到了优化的功能, 使电池能够更好的循环使用。

为了能够实时的了解到电池的状态, 我们需要建立一个人机互动的界面, 将电池的电压、电流、温度、剩余容量和警示信息显示出来, 使系统的信息能够内外交互。为了提高电池管理系统的性能, 还可以将电池的历史信息存储起来, 方便对电池的状态分析及故障分析。

2 锂电池的SOC估计与建模

剩余电量 (SOC) 的估计是电池管理系统中最为重要的工作之一, 它会为电池管理系统中其他的功能提供保障。

经典的SOC定义为电池的荷电状态, 也就是说, 当前电池中剩余电荷量的可用状态, 它也代表了剩余电量的程度。SOC通常用百分比来表示, 这样, 它的单位为1。最典型的定义式为式 (2-1) 。

Qc——电池的剩余容量 (Ah) ;Qr——电池的额定容量 (Ah) 。

2.1改进的SOC估计算法

由于Ah计量法容易造成电流的误差, 开路电压法不方便测量开路电压, 但是扩展卡尔曼滤波法却能弥补二者的不足, 起到一个修正的作用, 因此, 本文我们就采用Ah计量法、开路电压法和扩展卡尔曼滤波法的结合算法, 发挥前面发挥三者各自的优点, 并相互克服缺陷。在模型方面, 虽然带滞后效应的模型和极化效应的模型更能反映出电池的特性, 但是很明显, 模型的结构复杂, 计算成本高, 简化模型中将开路电压整合为一个变量, 不方面计算开路电压, 所以, 我们采用复合模型, 既能反映出电池的主要特性, 提高精度, 同时又能减少计算时间。

Ah计量法是目前使用最简单、普遍的估计方法, 我们按照卡尔曼滤波算法的离散时间思想, 将其基本原理式改写成以下形式:

式 (2-2) 中, SOCk表示第k个时刻的SOC状态值, 将传统的Ah计量法中的SOC状态值进行量化处理, 有力于扩展卡尔曼滤波算法对其修正。在该式中, 有两个因数是我们要必须解决的, 就是充放电倍率影响系数ηi和温度影响系数ηT。其中, 充放电倍率影响系数ηi可由Peukert方程得到。

由电池的充放电特性可知, 不同的充放电倍率会造成电池的充放电容量不同。同时, 不同的充放电倍率对电池电压和SOC状态值的变化也是有影响的。

在利用开路电压与SOC状态值之间的关系取得每次采样时刻的SOC初值, 并用Ah计量法估计下一时刻的SOC状态值之后, 就需要扩展卡尔曼滤波算法的修正功能对开路电压法的初值及Ah计量法的电流随时间累积造成的误差进行修正, 提高计算的精度。扩展卡尔曼滤波算法的具体修正步骤如下:

(1) 模型选择:为了降低计算的成本, 同时又能保证估计结果的精确性, 我们采用复合模型。

(2) 计算卡尔曼滤波器的方程匹配系数。

(3) 状态变量的初始化。

(4) 用扩展卡尔曼滤波算法进行修正。

SOC的状态初值SOC0可以根据之前一次的剩余电量和当前的电池开路电压计算得到, 噪声误差Dw、Dv和均方估计误差的初始值P0+则要根据不同的电池型号及数据采集的噪声干扰而定。

改进的SOC估计算法是结合了Ah计量法、开路电压法和扩展卡尔曼滤波算法三者的优点。首先, 利用开路电压法给系统提供一个相对准确的SOC状态初始值, 然后不断地反复使用Ah计量法计算SOC状态值, 对当前的SOC状态值进行一次初步估计, 再利用卡尔曼滤波算法的修正性, 对Ah计量法和开路电压法的误差进行消除, 得到一个当前时刻的SOC状态最优估计值。该算法既降低了计算成本, 又提高了计算精度, 使得整个系统稳定、有效。

3 SOC算法仿真

为了验证上述算法的可行性和精确性, 我们采用MATLAB软件进行仿真。编写M函数, 工作电流采用函数为4 (1-sint) 的变电流进行放电, 均方估计误差的初始值P0+取0.5, 过程噪声误差Dw取0.01V, 观测噪声误差Dv取0, 对一个完全充满电的电池来说, 状态初始值SOC0可取0.99[50]。复合模型中的各个参数可以根据最小二乘法算得。

同时, 为了验证扩展卡尔曼滤波算法能够对开路电压法采集到的初始值进行误差修正, 对同样是完全充满电的电池, 我们取状态初始值SOC0为0.8, 得到图1的仿真结果。

蓄电池组监测系统设计 第6篇

此监测系统为了提高监测的可靠性分别由监测单元和上位机组成。工作时, 每节蓄电池配置一个监测单元, 每个监测单元内置单片机, 具有电压、温度测量功能。监测单元以蓄电池作为其电源输入, 通过电压转换电路将电池电压匹配为单片机工作电压, 同时单片机通过A/D转换测量电池电压。上位机通过RS-485总线与监测单元实现通讯, 获得监测单元的测量数据。其中每个监测单元都包括:电源电路、电压采样电路、温度检测电路、通讯电路、单片机、A/D转换电路及数据处理等。其结构框图如图1所示。

1.控制核心

系统采用了宏晶科技公司的高性能的8位单片机STC12C5410AD。系统所用的单片机管脚如图2所示。

2.温度采集电路

温度采集电路采用集成温度测量数字温度传感器18B20。18B20提供环境温度对应的数字信息, 直接表示温度;独特的单线接口方式, 支持多点组网功能, 多个18B20可以并联在唯一的三线上, 实现多点测温;可测量温度范围最大为-55～125℃, 并具有良好的温度精度 (0.5℃) ;低功耗设计, 典型工作电流为250μA;宽工作电压范围为3～5V。原理图如图3所示。

3.电压采集电路

监测系统采用的电压采样电路原理图如图4所示。电池电压由两个电阻分压。为了增大电路输入电阻, 分压后的信号经运放射随器缓冲后接入单片机的模拟输入通道。运放选用高输入阻抗的TL081。

4.通讯接口电路

选用3V的485总线驱动器MAX3485作电平转换。电路如图5所示。

5.监测单元电源电路

单节蓄电池电压通常为6V或12V, STC12C5410AD单片机工作电压要求为5V, 因此需要电压转换, 以使单片机能正常工作。

选用LM7805作为电压转换芯片给单片机提供35V电源。电路如图6所示, 电池电压为输入, 输出电压VCC为5V, 与单片机VDD脚相连, 同时也是监测单元其他器件的供电电源。

蓄电池组回路电缆截面的选择 第7篇

在电力工程中, 蓄电池回路直流电缆若截面选的太大安装和维护时施工困难, 浪费投资, 所以合理选择电缆截面显得至关重要。

1 蓄电池组回路电缆截面的选择原则

蓄电池组与直流柜之间连接电缆截面选择应按电缆长期允许载流量和回路允许电压降两个条件选择。按长期允许载流量的计算电流, 应取蓄电池1h放电率电流;允许电压降应根据蓄电池组出口端最低计算电压值选取, 不宜小于直流系统标称电压的1%, 其计算电流应取蓄电池1h放电率电流或事故放电初期 (1min) 冲击放电电流二者中的大者。其计算公式如下:

按电缆长期允许载流量:Ipc≥Ica1

按回路允许电压降:

式中:

Ipc电缆允许载流量, A;

Ica计算电流, A;

Ica1回路长期工作计算电流, A

Ica2回路短时工作计算电流, A

Scac电缆计算截面, mm2

ρ电阻系数, 铜导体ρ=0.0184Ω.mm2/m, 铝导体ρ=0.031Ω.mm2/m;

L电缆长度, m

ΔUp回路允许电压降, V;

由此可见, 选择蓄电池组回路电缆截面的关键是计算事故放电初期 (1min) 冲击放电电流和蓄电池1h放电率电流。

2 实际应用

某2300MW火电厂, 每台机组装设3组蓄电池, 其中2组110V蓄电池对控制负荷供电。现已知每台机组直流负荷如下, 如该电厂220V蓄电池组选用1600Ah, 蓄电池出口与直流配电柜连接的电缆长度为25米, 求该电缆的截面应为下列哪项数值 (表1) 。

若计算220V蓄电池组事故放电初期 (1min) 冲击放电电流需要计算出220V蓄电池组事故放电初期 (1min) 动力负荷。分析所有的负荷类型, 进行220V动力负荷统计:1200.6+31+ (8+20) 0.8+2220.9+200.6=149k W, 所以事故放电初期 (1min) 冲击放电电流。为149/220=677.28A。

经比较, 事故放电初期 (1min) 冲击放电电流比蓄电池1h放电率电流小, 故:

按回路允许电压降法电缆计算截面为:

3 结束语

本文根据蓄电池组回路电缆截面的选择要求, 结合实际工程详细论述了蓄电池组回路电缆截面选择的过程及步骤, 对实际工程设计具有一定的指导意义。

摘要：本文依据相关规程规范, 结合实际工程详细论述了按回路允许电压降法选择蓄电池组回路电缆截面的过程及步骤。

锂电池组 第8篇

如果蓄电池组容量严重缺乏将会导致: (1) 在正常状态下无法提供较大的断路器合闸电流而依靠充电机来提供。由于充电机输出容量小, 根本满足不了断路器合闸要求, 断路器无法合闸。这样, 蓄电池及充电机基本上瞬间同时遭受大电流冲击, 而造成直流母断路器无法合闸。这样蓄电池及充电机基本上瞬间同时遭受大电流冲击而造成直流母线电压瞬时降低或失压, 很可能造成继电保护、自动装置及开关的不正确动作。 (2) 站用电中断的故障状态, 充电机被迫停用, 变电站所有直流负荷由蓄电池组来承担, 容量严重缺乏的蓄电池组根本无法长时间承担变电站所有直流负荷, 会在短时间内将其剩余容量放尽, 造成全站直流母线失压, 导致继电保护、自动装置拒动, 断路器无法跳闸切除故障, 将会造成烧坏重要电气设备、扩大故障范围的灾难性后果。在山西省由于直流系统的原因, 已经造成过严重的事故。我们要认真总结事故教训, 提高直流系统的管理水平, 防止类似故障的发生。

作为后备电源, 蓄电池是确保变电站设备正常运行的最后一道防线, 因此有着特殊的作用和意义。变电站中的蓄电池组是长期处于浮充的相对静止状态, 由于电池组中各电池内在性能的差异及使用环境的影响, 经过一段时间后, 部分电池会因过充、欠充及活性物质脱落、珊板腐蚀等, 造成电池容量下降或失效, 从而严重影响了电池的使用, 危及直流系统的安全运行。所以蓄电池处于动态的活性状态是蓄电池维护的重中之重。另外, 当蓄电池长期处于浮充状态, 正极板的二氧化铅和负极板的海棉状铅的活性降低, 蓄电池的容量降低, 因此需要对蓄电池进行定期充放电。铅酸蓄电池作为一种能量转换装置, 在实际使用中影响容量的因素很多, 导致其容量存在不确定性。为了保证供电系统的不间断, 所以定期对蓄电池的容量进行核对, 以准确得知蓄电池的真实容量显得极为重要。我们知道变电站蓄电池组是单体电池串联而成, 其中最小容量电池决定了电池组的容量。当蓄电池组单体蓄电池出现分散性时, 势必会影响到蓄电池组的运行可靠性。也就是说落后电池的容量决定电池组的容量, 所以电池组中出现落后电池, 降低整组电池容量, 如不及时处理将导致其它电池迅速劣化, 整组蓄电池使用寿命终止。但是更换电池难以实现容量恢复, 因为一组铅酸蓄电池串联使用, 需要同一型号、同一规格、同一个容量、同一个品牌、同一批号, 所以出现落后电池后通过更换新电池难以实现容量恢复。因此, 如何能在日常直流维护中短时间内发现, 容量严重缺乏, 不能满足运行要求, 避免上述故障的单体电池的工作是非常重要的。落后电池产生的原因很多:由于电池使用不当, 长期充电不足, 或半放电状态、过量放电或放电后不及时充电, 内部短路、电解液密度过高、温度过高、液面低使极板外露等问题, 导致电池内化学反应不正常发生, 在极板上形成了粗大的硫酸铅结晶, 这种结晶导电性差, 体积大, 还会堵塞极板的微孔, 妨碍电解液的渗透作用, 增大了电池内阻, 在充电时难以恢复, 成为不可逆硫酸铅, 使极板中参加电化学反应的活性能够物质减少。因此容量大大降低, 电池落后。整组蓄电池在使用中单体电池是否存在问题?容量是否满足要求?这对于蓄电池日常维护及变电站稳定、可靠运行至关重要。

首先应严格把好新防酸蓄电池的初充电和新阀控蓄电池补充电这一关, 因为这项工作是否正确对蓄电池的容量和寿命影响极大, 不符合要求时有权拒绝验收, 不能把具有事故隐患的设备投入系统运行。

充电后的蓄电池, 由于电解液的电解质及极板中有杂质存在, 会在极板上产生自放电。为使电池能在饱满的容量下处于备用状态, 电池与充电机并联接于母线上, 充电机除负担经常性的直流负荷外, 还供给蓄电池适当的充电流, 以补充电池的自放电, 这种运行方式叫浮充电。对运行维护来说, 能否管理好浮充电是决定蓄电池寿命的关键问题。蓄电池投入运行后必须严格控制浮充电方式和运行参数, 单体电池浮充电压的上、下限, 必须按照制造厂《使用说明书》的要求来控制, 因为浮充电压若超过上述电压上限会使蓄电池温度升高耗水增加;低于上述下限会使蓄电池内的硫酸盐化。

以浮充电方式运行的蓄电池是串联的, 浮充电流对于每一个电池都是一样的, 但每个电池放电不完全相同, 所选的浮充电流只能对大多数电池是合适的, 对于部分电池可能会偏大或偏小, 但偏小的就会引起极板硫化, 内阻增加, 容量降低, 而影响整组电池的出力, 为使电池能在健康的水平下工作, 运行一段时间后, 应对电池进行一次均衡充电, 以便将落后的电池拉起来。运行中蓄电池组由于充电装置故障或交流电源终断等原因, 带负荷运行, 放出容量超出额定容量的20%及以上时, 充电装置恢复运行后, 应立即按照制造厂规定的正常充放电方法进行补充充电, 充入容量按放出容量的110%~120%掌握。充电过程中注意监测每只蓄电池的端电压, 防止单体电池电压超限。下列情况蓄电池组需进行均衡充电: (1) 防酸蓄电池组在长期充电运行中, 个别蓄电池出现硫化, 电结液密度下降, 电压偏低; (2) 蓄电池以放电到极限电压后, 还继续放电; (3) 蓄电池放电后, 停放了24小时以上未及时进行充电; (4) 蓄电池抽出极板检查、清除沉淀物后; (5) 蓄电池以大电流放电超过额定容量的50%时; (6) 浮充机退出运行而蓄电池承担直流负荷时; (7) 定期容量放电试验结束后; (8) 对阀控蓄电池出现下列情况时:蓄电池在浮充运行中出现端电池异常, 如2V蓄电池组端电压和平均值相差大于50mV, 12V蓄电池端电压和平均值相差大于300mV, 如果12V电池组出现两只以上, 2V电池组出现三只以上, 应进行一次均衡充电。对于蓄电池组中个别异常电池, 不宜采用对整组蓄电池进行均衡充电的方法解决, 以防止多数正常电池被过度充电。均衡充电要严格控制充电电流, 单体充电电压, 充电时间和电解液温度不得超限。对于阀控型电池尤为重要。

按浮充电运行的蓄电池组, 按规定的时间必须对电池进行核对性放电, 以核对其容量, 并使极板有效物质得到均匀活化。一方面检查电池容量和健康水平;另一方面能够活化极板上的有效物质, 保证蓄电池的正常运行。核对性放电, 采用10h的放电率进行放电, 可放出蓄电池额定容量的50%~60%, 终止电压维1.8v。但为了保证满足负荷的突然增加, 单电压降至1.9v时应停止放电, 并立即进行正常充电或者均衡充电。

以上蓄电池组浮充电、均衡充电及蓄电池核对性放电工作都是为了使蓄电池组有一个良好的健康状况, 处于备用状态。但是蓄电池的实际容量是多少?它能否满足各种运行方式的要求?这就需要对蓄电池做放电容量试验。放电容量实验是为了检验和确定蓄电池容量, 现常规检查的手段是在将整组蓄电池脱离电源系统后, 以10小时或多小时率恒流放电, 然后以最先达到放电终止电压某一单体蓄电池的放电时间与电流, 来推算其容量。容量实验温度应在25±20C下进行, 否则应进行温度校正, 放电容量实验只有在有备用电池时, 或采取了可靠措施后方可进行。一年可进行一次试验。当蓄电池实际放电容量降低到额定容量的80%时, 即应报废。铅酸蓄电池作为一种能量转换装置, 在实际使用中影响容量的因素很多, 导致其容量存在不确定性。上面说过变电站蓄电池组是单体电池串联而成, 其中最小容量电池决定了电池组的容量。当蓄电池组单体蓄电池出现分散性时, 势必会影响到蓄电池组的运行可靠性。也就是说落后电池的容量决定电池组的容量, 所以电池组中出现落后电池, 降低整组电池容量, 如不及时处理将导致其它电池迅速劣化, 整组蓄电池使用寿命终止。所以单靠每年或更长时间对整组蓄电池做一次容量实验是不够的, 可是又不能对整组电池频繁地进行容量实验, 将电池组脱离系统, 对只有一组电池的变电站容易造成因市电中断而使系统断电。考虑电池的寿命按照规定又不容许频繁地去做此项工作, 且频繁地去做此项工作又容易诱发其它故障的发生, 所以在日常蓄电池维护中要利用快速单体蓄电池容量测试仪对各单体电池的容量进行测试, 及时发现落后电池进行分析、处理, 提高整组蓄电池的寿命和容量, 避免由此酿成重大事故。

随着电力系统设备自动化程度的不断提高和国外设备的引进, 对直流电源的质量、可靠性的要求越来越高, 蓄电池组是重要的直流电源设备, 如果运行维护不当, 会造成故障和事故, 将给电力系统带来灾难性的后果。

摘要：文章叙述了蓄电池运行中的维护管理及注意事项, 从而确保继电保护、自动装置的直流控制电源的正常运行。

关键词：蓄电池,维护,运行

参考文献

[1].山西省电力公司直流系统技术管理条例