浅谈站用蓄电池内阻测量监测技术

李安

摘要：直流系统的稳定对于变电站实施可靠供电十分重要，变电站内直流系统主要由蓄电池提供，蓄电池内阻对于电池性能至关重要。目前对于蓄电池内阻的测量有很多方式，且各自有着不同的特点。本文着重在几种测量方式基础上提出优化测量方案，降低测量误差，提升测量的精度和质量。

关键词：站用;蓄电池;内阻测量;监测技术

引言

在变电站正常工作状态下，蓄电池作为备用电源是不发挥作用的，但当变电站发生故障时，蓄电池的作用就十分凸显，其主要为相关控制、通信等装置提供直流电源，确保变电站电源故障可以及时得到切断。因此，蓄电池质量的好坏对于变电站非常重要。目前变电站内部绝大多数均使用的是阀控式铅酸蓄电池，使用该蓄电池有以下几点优点：一是不需要另外进行加电池液;二是其维护十分便捷;三是其容量较大，可以实施较大电流的放电;四是对环境的污染较小。但蓄电池性能再好，随着使用时间的增加，蓄电池发生故障也是在所难免的。随着使用时间的增加，蓄电池内阻在不断增大，且一旦发生故障均进行整组更换，维护成本大大增加。在此背景下，发展蓄电池内阻测量监测技术就显得十分重要和必要。

一、当前存在的主流测量监测方式

蓄电池在长期使用过程中产生的内阻相对较小，其测量检测较为困难，且在其工作时无法实施在线监测。蓄电池的容量和内阻成反比，当内阻值达到或高于30%至50%时，容量达到临界状态。当前主要有以下几种测量方式。

（一）实施直流测量

该方法主要在蓄电池整体放电时通过其压降实施测量， 具体来说就是在放电回路中实施单个二极管的串联，实施测量时，进行空开切换，此时充电回路断开，放电回路开放，蓄电池发挥着备用的作用。该方法主要缺点：一是需要人工实施操作，便捷性较差;二是电流较大时，如果发生空开跳开，会造成较为严重的安全隐患。

（二）实施交流测量

与直流测量不同的是，交流测量又可以区分为交流放电测量和交流电流注入测量两种：交流放电测量法的基本原理是通过附加可控负载的方式进行测量，可控负载与蓄电池产生回路，从而得出交流电压，通过对电压和电流的采集，可以计算出蓄电池的内阻。通过研究人员不断的试验，当交流放电电流是3Hz时，计算得出的蓄电池的电阻最接近真实值，这就需要对附加的负载进行准确控制。交流电流注入测量主要采取直流和交流信号叠加法实施，其基本原理是将蓄电池作为有源电阻对待，同时在此回路中进行交流电流的注入，从而在蓄电池两端产生交流电压，通过电压和电流数据的采集，可以计算出蓄电池的内阻。此种测量方式的特点：一是其可以不受放电电流的影响;二是对电池的冲击不大;三是只要注入电流的频率科学，可以有效减少电纹波干扰;四是其不受直流回路的影响，交流电流可以直接作用于电池，其内阻可以引起交流电压的变化;五是测量的准确度较高。此测量方式的主要缺点是有可能会导致变电站保护装置发生误操作，所以在实践中用此法测量较少。

（三）实施优化测量法

通过以上阐述不难看出，交流放电测量方式对系统工作没有明显影响，也不受直流回路的影响，对于蓄电池的影响也较小。所以交流放电更适合蓄电池内阻的测量。但由于内阻的数值较小，一般阀控式铅酸蓄电池其内阻值均在3.8mΩ左右，且在采样时需要接触电阻，对精度会产生较大影响，因此提出此优化方式。

对单个电阻实施采样时，采用的计算方式为Ir+IΔr=U，该计算式中，r为内阻，Δr为接触电阻和线路电阻，I为注入电流，U为电压。一般情况下，计算出的内阻有较大的误差，及时采用数字补偿技术，也会产生不准确性。但通过交叉测量采点方式，就可以在各个点位之间测量出电压。具体为1点和3点间，2点和4点间以及3点和5点间。具体方程为：

Ir1+Ir2+IΔr=U13

Ir2+Ir3+IΔr=U24

Ir3+Ir4+IΔr=U35

通过三个等式就可以较为精确的得出蓄电池的内阻值，从而达到消除误差影响的目的。

1     2    3    4    5

图1 电池组采样图

二、系统主要构成

具体如图2所示，主要由主控制器，多路选择开关和滤波器构成，其中主控制器型号为DSP28335，有着较为丰富的接口，计算能力较快，可以满足系统需要。其主要原理为：一是通过主控制器生成驱动信号;二是该信号通过选择开关的选择形成交流的放电回路;三是形成回路的同时，控制器驱动多路开关实现对信号的采集，通过对电流信号和电压的采集，信号放大后，经滤波器调理，再有总控制器实施分析处理。

图2 蓄电池监测结构图

（一）温度测试模块

温度对于蓄电池性能的影响是显而易见的，标准状态下的蓄电池温度应控制在25℃，高于此温度时，蓄电池的内阻会出现降低情形。随着内阻的降低，电流会不同程度的出现加大趋势，在这一过程中蓄电池的温度会进一步增加，蓄电池中的电解液会进一步挥发增发，导致电池使用寿命缩短。平时工作实践中，蓄电池的存放必须具备一定的条件，对于极个别单个存放的蓄电池要及时搞好检查，一旦发现温度增高情形，必须要及时采取电池补偿举措或是降温举措，以此来及时止损，提升电池使用寿命。蓄电池温度检测一般采用的是DS18B20傳感器，该传感器的优点是线路较为简单，且体积较小，一条通信线上可以悬挂多个，每个传感器均会赋予单独的序列号，传感器的数据可以较为便捷的读取出来。该传感器测量温度的范围较广，完全可以满足温度采集的需要。

（二）电压监测模块

电压监测模块主要由控制端和多路开关构成，控制端主要负责发出控制信号，信号由采集端流入串联的电阻，此种方式不仅可以有效限制电流，还可以在回路中发生短路时，将电流降到最低，降低对蓄电池造成的影响。由于电压中的纹波信号存在，交流放电采取的也是交流信号，所以必须采用带通滤波电路，在工作实践中，也可根据输出波形的不同选择不同的元器件，由于采集到的信号较为微弱，一般均在0至3V之间，所以设计电压时可以有效抬高电路，然后在控制器中利用一定的算法进行信号的还原，一般采取傅里叶变换法实施对交流信号的有效变换。

（三）交流放电回路

控制信号由控制器發出，经光耦隔离后，发送至驱动输入端导致驱动能明显显著增加，开关管的驱动能又可以使交流放电回路控制得更为精准，开关管的开断又可以使电池形成交流放电回路，通过R1两端电压可以计算得出电流值，其中放电电流也可以通过互感器测得。电流信号处理方式同电压信号处理。

（四）上位机模块

主要采取的开发工具为PHP服务器，前端开发工具主要采用Java和HTML5语言等，通过无线通信的方式可以将数据情况发送到上位机，上位机根据数据情况自行判断内阻是否处于安全运行状态，如果数据异常，上位机则显示报警状态，监控人员根据报警状态可自行判断性能情况。对于不同序号的电池，上位机可显示各自的电压、内阻、温度数据，只要超过一定的限定值，上位机就会发出警报。

三、优化测试方式发展趋势

采用此优化测试的原理和方式，对于站内蓄电池内阻和电压的测试还可以实施进一步的智能化升级改造，就是研制直流电源综合测试智能手套，智能手套外观与普通绝缘手套大致相同，测试插针可固定于手套的指套位置，方便测量蓄电池的两极;手套背部装有液晶显示屏，可显示测量数据;内部具有数据储存功能，自动储存测试记录;测试数据无需连接数据线，可以通过无线传输数据。智能手套内的设备均采用嵌入式，真正做到智能化、实用化，从而满足实际生产安全和高效的需要。使用此方式：一是非常安全，蓄电池作为电源设备，具有一定的风险，手套的绝缘材质保证了作业人员的安全，这是现场作业最重要的环节;二是轻便且易操作，作为一种测试仪便于携带，强大的功能简化了现场工作的繁琐步骤，完成工作省力省时，减少工作人员的负担效果显著;三是智能化程度较高，灵活的设计让它能轻松适配不同的作业现场;四是可拓展性强。智能手套的设计是面对蓄电池适用，即使不同行业、不同厂家、不同型号的蓄电池同样适用。

四、结语

本文列举了蓄电池内阻测量的两种主要方式，并深入客观分析了两种方式存在的优缺点，在此基础上，提出了优化方案和措施，即通过控制多路选择继电器，实施蓄电池内阻的交叉测量。此方式可以较好的消除蓄电池测试带来的影响，提升测量的质效和精确度，针对电池处于浮充状态，电阻增大导致寿命缩短的实际，本文由介绍了三种模块的设计方式。从整体来看，此优化设计比较科学合理，具备较好的应用价值。

参考文献：

[1] 杨振明，李坤，杨根甜，等.蓄电池内阻测试法的应用研究[J].电力设备管理，2019，09：38-39.

[2] 纪哲夫.变电站蓄电池内阻测试方法及应用的研究[D].华南理工大学，2015，10.