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松下阀控铅酸蓄电池的失效探讨及在线监测

作者:松下电池 时间:2019-08-30 11:55
松下阀控铅酸蓄电池的失效探讨及在线监测
 一、概述
  现在,松下蓄电池监测模块大多都是电压巡检仪,在线监测电池的浮充电压,在超出设定值时给出报警。相对早年的整组电压监测方法来说,单体电压监测是前进了一大步,但关于电池的长时间作业进程中的容量衰减致使失效的监测,电压能反映的问题十分有限:100Ah的电池和衰减至10Ah的电池在浮充电压上的差异很难差异开来。因此,需求从蓄电池的失效方法进行谈论,然后处理蓄电池的监测问题。
  二、阀控铅酸蓄电池的失效方法
  关于阀控式铅酸电池,一般的功用变坏机制有以下几种状况:
  1、热量的堆集
  开口式铅酸电池在充电时,除了活性物质再生外,还有硫酸电解质中的水逐渐电解生成氢气和氧气。当气体从电池盖出气孔通向大气时,每18克水分解发生11.7千卡的热。
  而关于阀控式铅酸电池来说,充电时内部发生的氧气流向负极,氧气在负极板处使活性物质海绵状铅氧化,并有用低弥补了电解而失掉的水。由于氧循环克制了氢气的分出,而且氧气参与反应又生成水。这样尽管消除了爆炸性的气体混合物的排出问题,可是这种密封式使热扩散减少了一种重要途径,而只能通过电池壳壁的热传导作为放热的仅有途径。
  因此,阀控铅酸电池的热失控问题成为一个常常遇到的问题。
  阀控铅酸电池依赖于电壳壁的热传导来散热,电池设备时超卓的通风和较低的室温是很重要的条件。为了进一步下降热失控的危险性,浮充电压一般具体视不同的出产者和不同室温而定。厂家一般都给出松下蓄电池的浮充电压和温度补偿系数。
  2、硫酸化
  阀控式比开口式电池更易发生的问题是负极板的硫酸化。这是由于:
  1)氧的循环引起的负极板较低的电位;
  2)在强酸电解质集结的电池底部构成的酸的分层,在这种不活动,非循环的电解质系统中是很难防止的。
  这两个都或许在浮充条件下发生必定数量的残留硫酸盐,然后转变成永久性的硫酸盐方法。因此,当极板加快去活化时,可用的放电安时容量就会减小。跟着负极板温度的升高,这种状况会愈加恶化。由于氧循环反应的发生,负极板表面被氧化,适当数量的热释放出来。
松下阀控铅酸蓄电池的失效探讨及在线监测
  3、正极板群的腐蚀和坠落
  阀控式铅酸松下蓄电池中,这种方法的功用变坏本来就愈加严峻。由于氧循环反应,负极活性物质被继续氧化生成硫酸铅,有用地坚持了放电状况,因此下降了负极板的电位。而关于给定的浮充电压正极板群的电位则相应较高。因此氧化气氛加重了,引起了更多的氧气的分出,使活性物质的腐蚀与坠落加重。
  4、电池的单调
  在运用期间气体再复合机制的有用率不是100%,水被电解生成氢气和氧气的速度尽管低于相同大小的富液式电池的电解速率的2%,但水仍是会逐渐失掉。
  当失水是首要的失效原因时,电解质的比重将会添加,当比重由开始的1.30增至1.36时,标明失水度约抵达25%。在失水度抵达25%时,酸的高浓度加快了硫酸化,电解质比重又开始下降。电池电压直接正比于电解质比重,因此电池电压并不是电池健康状况的牢靠闪现。
  5、负极上部铅的腐蚀
  正极板栅和极群的腐蚀性在铅酸电池的各个规划中都是本来就有的。与之构成明显比照的是负极板位于高度恢复气氛,在开口式电池中位于极群汇流排一般浸在电解液液面以下,这样就防止了由于正极板群上冒出的氧气而发生的腐蚀。可是阀控电池的许多规划没有保护极板板耳、极群和汇流排,特别是两者之间的焊接接头。因此,它们显露在从氧循环中逃溢出来、在松下蓄电池板群上部的接连的氧气气流中。依赖于板栅(板耳)和极群所选铅合金的一致性和出产质量(需求板栅部分彻底溶化焊接和汇流排的低孔隙率),活络氧化或许就会发生。
  三、蓄电池监测系统的研发
  为了给蓄电池供应超卓的作业环境,在线监测电池的作业状况,电池处理系统(BMS-BatteryManagementSystem)应运而生,成为高牢靠电源系统的要害一部分。
  1、电池单体的内阻测量
  内阻R反比于传输电流的横截面积A。活性物质的坠落、极板板栅和汇流排的硫酸化和腐蚀、单调都可下降有用的横截面积A,所以可通过测量内阻来检测电池的失效。
  内阻和电池状况的相关程度可变性很大。从报导的相关性来看,改动规划从0%到100%。英国电子协会(ERA)对用阻抗监测的实验室规划和商用规划两种产品进行了许多的电池查询,发现二者的准确性在50%以上。一个根柢的困难是测量小改动数值的精度问题。正常的300安时备用电流的电阻仅在0.25×10-3欧姆的数量级。因此,很小而且有含义的电阻改动或许查询不到。鄙人面的操作环境下,问题愈加严峻。
  1)在线测量期间存在的变压器的“噪音”和浮充电压不坚决引起的烦扰。
  2)腐蚀裂纹对内阻的影响是有高度方向性的,内阻数值对平行于电流方向的裂隙是相对不活络的。
  3)电解质浓度的改动,继而电池的改动使得成果很难说明。
  尽管内阻测量法很难准确测量电池的容量,内阻/容量的对应联络很难复现,但关于BMS来说,内阻查验仅仅用于电池单体之间的比较,而且核算机可以对内阻的改动进行记载和数据处理来预告松下蓄电池容量衰减和失效,因此,内阻查验关于BMS而言是要害技能之一。
  关于离线或电池开路状况下测量内阻而言,测量时可便当地将煽动电流回路与电压测量回路以4端子方法与电池组中的单体相联接,但关于在线测量,很难处理煽动和测量的问题。
  现在大多选用在电池组两头并联放电器,由于有充电器和电池组并联,需求将充电器接连作业,而且要实时同步测量电池的电流改动和电压改动,很难处理采样烦扰。
  选用中点抽头的煽动设备,与现在选用的在电池组正负极两头施加煽动的内阻查验设备比较,由于联接了中点抽头,煽动设备的电流通过中点抽头后经上部电池组和下部电池组抵达电池组的正极和负极,消除了电池组外部充电器和用电负载的并联影响,在电池上发生了安稳的电流煽动,可以准确查验电池的内阻。
  2、系统结构
  一般系统中阀控铅酸松下蓄电池(VRLAB)的装备一般是:
  500kV变电直流系统:2组全容量电池,3台充电机。
  220kV变电直流系统:1组全容量电池,2台充电机。
  110kV变电直流系统:1组全容量电池,2台充电机。
  以108只2V、18或19只12V电池为主。电池的设备摆放方法也不同很大,电池与操作间的间隔不确认。
  BMS由控制单元、测量模块、相关软件和辅佐部件构成,一个控制单元可接入多个测量模块,完成对不同只数和不同电压的多组蓄电池的监测处理。控制单元用于数据传输、数据处理及人机界面控制,具有RS-232连机接口和RS-485远程(会合)处理接口、测量模块控制接口、操作键盘、闪现面板、声光报警及报警输出控制接点。控制单元实时闪现电池数据,智能分析数据,对异常的电池作业状况进行及时报警。
  测量模块用于蓄电池数据的巡检,内置CPU独立高速作业,除进行常规电压、电流、温度等测量外,与内阻查验模块联接后可准确在线查验电池内阻。测量模块设备在电池附近,与控制模块之间通讯联接,便当现场接线设备。
  3、系统的参数设置
  BMS系统作为一个无缺的监测系统,首要应该通用于直流220V系统、直流110V系统、直流48V系统,以及直流24V系统,规划时便考虑了其通用性,主监控模块和内阻检测模块是通用的,关于不同的系统,只需求添加数量不同的收集模块,一同,设定
每一个收集模块的电池采样数量。因此,系统需求设定如下系统参数和报警参数:
  1)收集模块数量
  2)收集电池数量最少的收集模块的电池收集个数
  3)后台通讯地址设置
  4)后台通讯波特率设置
  5)电池组浮充电压上下限
  6)单电池浮充电压上下限
  7)内阻阈值
  8)容量报警
  9)过流报警
  10)温度异常
  其间前四项为系统设定,后六项为报警设定。
  4、电压、电流巡检与数据分析
  开始的松下蓄电池监测设备仅仅检测电池组的端电压、电流和温度,并将检测数据与设定的上下限比较,给出报警提示。电池巡检仪可以对每一个电池单体进行电压测量,并对浮充电压超限报警。
  大多数电池厂家的技能人员将电压测量放在首位,关于处在浮充状况的电池,其浮充电压的纤细不同可表现电池的荷电状况,能判别电池的严峻失效,因浮充电流很小,电池之间的功用差异(以容量差异为主)很难表现出来。BMS对电池的无缺作业进程进行监测,实时测量在充电、浮充、放电的不同状况下的电压、电流,并选用不同的数据处理方法,以前进数据分析的准确性。
  浮充电压与温度的联络可按出产厂家供应的斜率进行补偿。
  VF=V0+k(T-T0)
  一般状况下k="3"~5mV。
  5、剩下容量核算
  试图通过某种方法在线测得电池的实践保有容量一直是电池用户最火燎的期望,但到现在为止,还没有这样的方法或算法。有些介绍用电池内阻来核算保有容量的材料或产品广告,但实践运用起来数据的对应联络并不严峻,内阻只能用于差异电池容量的大幅度改动。尤其是运用电池内阻的相对改动可以准确预告电池落后。
  当电池处于放电作业时,关于许多场合都需求知道电池的剩下容量及供电时间,根据电池的额外容量和放电电流的监测,不难实时核算出剩下容量,假定负载相对安稳,则换算出供电时间。一般状况下,电池制造厂都给出在不同放电信倍率下的电池容量。
  用最小二乘法根据电池厂家供应的在不同倍率下的放电容量,可以简化地用二次曲线来标明电流和容量之间的联络,分别求得a、b、c:
  6、电池作业作业记载
  BMS的另一方面重要作用记载作业数据,以便在电池出现缺点时进行寻觅,确认是由于电池质量的原因仍是不正常的运用所构成的。关于长时间的接连作业,要记载一切的数据不仅对硬件要求高,也没有实践含义。BMS规划有作业发生器,根据作业发生规矩将电池正常作业状况以作业方法存储,大幅减小数据量,而且便当查询处理。首要包含:
  1)浮充电压过高、过低
  2)充电电流过大
  3)放电电流过大
  4)作业温度过高、过低
  5)内阻改动
  6)深度放电
  作业记载其时的数据和继续时间。关于电力系统的电池作业特征,要求作业发生规矩有较强的鲁棒性,可以屏蔽合闸冲击和测量烦扰。
  假定松下蓄电池组中存在单个落后电池,则放电容量由最差的电池选择。
  7、远程处理
  跟着无人值守变电站的推广,电池的在线监测愈加必要。电池监测设备可以和会合监控系统联机,通过远程处理软件可以查看电池的其时作业状况和所记载的前史作业作业,及时得知监测进程宣布的报警信息,选择是否派人保护,也可以通过远程遥控进行更深一步的查验。
  8、实测数据分析
  通过对六只不同容量不同电压等级的电池进行查验比较,其间标准内阻选用日本进口单电池内阻查验仪,标准电压选用0.1级标准数字万用表查验。在线测量由BMS电池巡检仪测的,具体数据如下(内阻单位为毫欧,电压单位为伏):
  通过查验分析,BMS电池巡检仪查验准确,精度高,彻底能担任蓄电池系统的在线监测。
  四、小结
  蓄电池是电源系统的中心部分,添加相应的有用监测设备,一方面能确保电池作业在合理的条件下,延伸电池的浮充运用寿数;更重要的是在电池彻底失效前可以选用方法,防止在停电后才发现松下蓄电池问题。