对单节蓄电池不脱离系统在线均衡处理延长寿命的技术研究及应用

罗长兵 杨伟兆 唐仙鸿

摘  要：变电站直流系统蓄电池组运行中，经常出现单节蓄电池电压会出现高低不一致的情况，特别是整组电池进行定时均充时，会出现单节电压过高超过告警阈值，造成过充损坏电池，也会出现单只电池始终低于平均电压始终充不满电，造成欠充亏容，容量不满足运行要求，运行人员和检修人员无对应的解决手段，所以需要有一种装置在不停电前提下快速对电池进行均衡处理，使每节蓄电池电压符合标准要求，保证使用寿命，保障电网运行安全。

关键词：蓄电池;使用寿命;均衡处理

前  言

蓄电池在实际使用中都是串联成组使用的，经常出现单节蓄电池电压会出现高低不一致的情况，特别是整组电池进行定时均充时，会出现单节电压过高超过告警阈值，造成过充损坏电池，也会出现单只电池始终低于平均电压始终充不满电，造成欠充亏容，容量不满足运行要求，这是往往是由于电池制造的离散性和使用的原因造成，蓄电池组失效的早期表现总是出现一些落后电池，而落后电池又将进一步加速整组电池的损坏。电池组的容量取决于该电池组中容量最低一节电池的容量。因而，发现并获知落后电池的容量，及时对落后电池进行处理是蓄电池组运行维护的关键，所以研制一种单电池不脱离系统在线均衡处理延寿装置专门针对蓄电池组中落后电池的便携式智能化维护系统非常有意义。

1单电池不脱离系统在线均衡处理延寿装置工作原理

单电池不脱离系统在线均衡处理延寿装置由高频稳流放电系统、自识别均衡模块、旁路隔离系统，PLC控制系统，人机交互汉显屏组成。

蓄电池的放电电流经过自识别均衡模块的恒流闭环控制，补偿由于电池电压下降或负载阻值波动等因素造成的充放电流的不稳定，并最终将电能消耗的负载上完成均衡处理。同时PLC控制系统时刻监测电池电压的下降，如果已达到过放设定值则自动停止放电，2分钟后自识别均衡模块会自动按照国家规定的三段式充电曲线对蓄电池进行充电。

与此同时在线活化落后电池，隔离旁路系统会自动在蓄电池组串联回路将该节电池隔离出来，使活化工作不影响其它任何运行设备。PLC控制系统通过人机交互汉显屏实时显示电池的电压、电流、充放电时间、充放电容量、环境温度等各个参数。

2系统特点及设备功能

2.1系统特点

本系统具有如下主要特点：自识别均衡模块电路，性能参数优越，更加装有PLC控制系统，质量性能稳定可靠。完全按照国家规定的全段充放电曲线自动完成，精确维护电池的每一刻。人机交互双段汉显屏显示、各种参数、状态一目了然，系统可自动根据蓄电池的状况来决定其工作状态来决定工况，全自动进行，根据需要亦可手动选择工作状态。全方位保护及报警功能，保证了设备和蓄电池的安全，并有相关文字及音响提示。兼容2V/12V的各类型单体蓄电池，方便操作，一键完成。具有电池活化延寿，可在线或不在线对单体蓄电池进行充放，在不断电、不拆卸、不更换的条件下，使用本系统激活失效的反应物质，恢复容量，并可对单体电池准确测定其容量，效率高、节能、节省人力物力。界面友好操作简单，重量轻，体积小，携带方便。

2.2设备功能

装置模块化设计，设有手动和自动模式。本装置完善的保护功能，可实现无人值守，具有输入、输出过欠压保护、单节电压过放保护、50度超温保护、时间保护、防反接保护报警等功能，有文字提示。容量可根据要求设定，一旦设定错误设备不会启动并有文字提示。监控采用PLC内置软件全程控制，抗干扰性强、性能稳定可靠。充放电时完全按照国家规定的段充放电曲线自动完成，蓄电池充电按GZDW“三阶段”微机充电曲线自动完成，并能限定充电电压、电流及时间、温度范围。人机交互双段汉显屏显示，操作显示在一体;充电时显示充电电流、充电电压、充电时间、充进容量、充电状态、电池温度参数;放电时显示放电电流、放电电压、放电时间、放出容量、电池温度参数。装置具除具有充电和放电功能外，具有脉动激活功能，可对故障蓄电池硫化反应物质小电流脉动激活提高还原效率。装置具有自适应隔离旁路系统，可在线或不在线对单体蓄电池进行均衡处理，不需断充电机，不需拆卸电池即可实现对落后电池的均衡处理。交流一旦断电设备自动脱离电池，防止电池过充或过放对被测蓄电池造成危害。设备自带存储功能，前次的各个参数都可在人机交互汉显屏上调取查阅。

3装置技术参数

3.1技术参数

规格：根据南网正在运行的电池规格，制定本装置满足2V/12V单体蓄电池。

3.2环境条件

环境温度：<45℃;相对湿度：<85%RH;大气压力：（80-110）Kpa;工作电源：AC220V±10%（50HZ）;绝缘电阻：≥20MΩ;动态响应：≤100us;可靠性指标：MTBE≥100000小时;可闻噪声：≤45dB;周围无介质导电尘埃，无导致金属绝缘或绝缘损坏的腐蚀性气体;防震等级：8级，水平加速度：0.25g垂直加速度：0.125g;防护等级：IP40。

4 程序运行说明

4.1单电池在线均衡条件

电池组处于浮充态，即充电电压为浮充电压，充电回路电流小于0.01C10，此时可不停充电机，不拆卸电池的进行均衡延寿，此过程中同时实现容量测试。

4.2模式选择

设备具有手动模式、自动模式。当电池欠充时可采用手动充电方式进行补充充电，充电曲线完全符合国标要求，充电结束时自动停止，并有文字提示。

当单电池只进行容量测定时可采用手动放电方式进行，设备采用0.1C10的电流恒流放电，到达设定的过放点时自动停止，并有文字提示。

当电池需要均衡处理同时检测容量时可采用自动循环方式进行，装置根据软件程序自动启动和自动停止，并有文字提示。

4.3系统运行程序

装置采用嵌入式软件程序控制，单节高电压电池采用可控脉冲负载降低电池虚高电压，负载具有电流反馈回路，自动根据电池带载能力自动识别电池电压是否是虚高而调节载荷，不会造成电池电量损失。

4.4保护功能

交流部分与直流部分隔离， 绝缘强度2KV;具有短路保护功能、正负反接保护、设定超限保护、接线错误保护等。当短路后设备自动停止输出，短路解除后自动恢复输出。具有输入、输出过欠压保护、单节电压过放保护、50℃超温保护、时间保护、防反接保护报警等功能，有文字提示。容量保护功能在容量输入错误时设备不启动。

结  论

（1）解决目前直流系统蓄电池组中大量存在的各个蓄电池单节电压高低不一，导致的信号告警，和电池欠充容量不合格的问题，对蓄电池组中高电压状态（大于2.450V）和低电压状态的（小于2.200V）的单节电池进行均衡处理，实现整组电池的均衡，满足规程中规定的运行要求，使电池在使用寿命内能正常工作，不提前失效。

（2）解决单节电池均衡处理时可在线工作，不需脱离系统，不需拆卸电池，不影响系统运行，可在均、浮充状态下进行均衡操作，均衡過程软件控制全自动进行无需人为干预，均衡时间短，效果明显。装置体积小重量轻，即可在线安装也可便携使用。

参考文献：

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[3]马晓光.蓄电池快速预判软件的研究——程序控制及线性纯阻模拟负载[J]. 通讯世界，2018，25（12）：96-97.

作者简介：

罗长兵（1984-），男，高级工程师、高级技师，云南电网有限责任公司三级技能专家;

杨伟兆（1981-），男，助理工程师，继电保护技术负责人;

唐仙鸿（1988-），男，助理工程师，继电保护专责。