瞬间大电流放电法在蓄电池内阻检测中的应用分析

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<table cellspacing="0" width="100%"><tbody><tr><td align="center" bgcolor="#fcfdfa" height="16"><div align="center"><b class="big">瞬间大电流放电法在蓄电池内阻检测中的应用分析</b></div></td></tr></tbody></table><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="0"><tbody><tr valign="top" width="69%"><td width="100%"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="100%" border="0" valign="top"><tbody><tr><td bgcolor="#ffffff"><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="90%" align="center" border="0"><tbody><tr><td><div align="center">编辑:<font color="#ff0000">李红桥 向小民</font>　日期:<font color="#ff0000">2006-02-24</font>　</div></td></tr></tbody></table><br/><table cellspacing="0" cellpadding="0" width="90%" align="center" border="0"><tbody><tr><td><div align="justify"><span class="style6">瞬间大电流放电法在蓄电池内阻检测中的应用分析<br/>李红桥 向小民<br/>三峡大学 电气信息学院 湖北 宜昌 443002<br/>摘要 分析和推导了阀控铅酸蓄电池（VRLA）的等效电路模型以及瞬间大电流放电法在蓄电池内阻检测中的实验原理和方法，随后的一系列实验验证了该模型的准确性。并通过实验总结出了一个适用的放电电流范围。同时也指出了该方法在工程应用中的优缺点。<br/>关键词 瞬间大电流放电 内阻 蓄电池检测 等效电路模型<br/>The Application of the Method Based on Instantaneous High Load Current in Testing Battery Internal Resistance<br/>LI Hong-qiao&nbsp;&nbsp; XIANG Xiao-min<br/>Electric &amp; information academy，Three Gorge University&nbsp;&nbsp;China HuBei YiChang&nbsp;&nbsp;443002<br/>Abstract&nbsp;&nbsp;This paper analyzes the equivalent circuit model of the valve regulated lead-acid battery(VRLA) and the fundament and method of instantaneous high load current in testing internal resistance of the VRLA. The veracity of the model is demonstrated in the following series of experiments in detail. And a experimental applicable value of range of the load current is summarized based on the experiments. At the same time the paper indicates the advantages and shortcomings of the method in application.<br/>Keyword:&nbsp;&nbsp;instantaneous high load current&nbsp;&nbsp; internal resistance&nbsp;&nbsp; battery test&nbsp;&nbsp; equivalent circuit model <p></p><p><br/>0引言<br/>在电力、通讯等行业，蓄电池组在正常运行情况下处于热备用状态，由充电设备对其进行浮充电。在交流电完全失去的事故情况下，由蓄电池组承担直流系统的负荷。此时，蓄电池组的容量应满足事故停电时间内的放电容量；应计及事故初期直流电动机启动电流和其他冲击负荷电流；并应计及蓄电池组持续放电时间内迭加随机负荷电流。随着现代电力系统和通讯系统的容量的日益庞大，就对在这些领域里应用的蓄电池组的可靠性提出了更高的要求，对其进行日常的检测和监控也就必不可少了。</p><p>1、 蓄电池模型和检测原理<br/>现在对于蓄电池的检测，倾向于用内阻来衡量容量，因而避免了传统的放电测试。文献[1]通过大量的实验给出了内阻和和容量的相关系数，在直流测试情况下，其相关系数达0.92。<br/>对蓄电池的实际工作情况进行分析研究可以发现，蓄电池的端口对外电路呈现阻抗特性。在实际的使用中，蓄电池的电极，连接线等构成的电感，由于使用频率低，引线短，电感很微弱，一般在分析和研究中不予考虑。<br/>根据文献[2]，[3]，[4]的分析，可以将蓄电池的电阻分为金属电阻，也即是欧姆电阻，和电化学电阻，包括电化学反应电阻和粒子浓差极化电阻。关于容抗部分，法拉第电容因为其恒压特性，可以将其等效为一个电压源。另外，将其他容抗都等效变化为电阻个电容并联形式（这在电路原理上上可以的），则电池的等效模型可以进一步简化模型如图1所示。<br/>图1&nbsp;&nbsp;蓄电池简化等效电路模型<br/>Rm为金属电阻，这部分的电阻只是随着金属的腐蚀，蠕变，硫化等因素而缓慢的变化着。电化学电阻Re则是随着容量的状态而时刻发生着变化的，但是这部分的变化又为并联着的电容的容抗变化所掩盖着。<br/>在交流情况下，由于电容C比较大，大部分电流流经电容，而Re上分流较少，此时检测到的实际上是由Rm和C串联的阻抗，而Re被忽略了。为了避开C的分流，直接由电池产生一个瞬时的大放电电流，然后测出电池极柱上电压的瞬间变化，如图2所示，通过负载接通时的瞬间电压降和断开负载是的瞬间电压恢复可以推导出相应的内阻。 <br/>图2 瞬间大电流测试示意图<br/>在瞬间直流情况下，蓄电池的等效模型可以认为是一个理想电压源和内阻串联(戴维南等效模型)所构成，如图3所示<br/>图 3&nbsp;&nbsp;戴维南等效模型<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(1)<br/>从而有：&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; (2)<br/>从理论上说，在这里V有两个，一个是给试验电路加上负载的瞬间，电池电压跌落值，另外一个就是断开负载的瞬间，电池电压的恢复值。但是，由于实验过程中，在合闸瞬间，电压和电流都容易引入很大的冲击，导致较大的误差，所以这里统一采用电压的跌落值，而此时电流也基本上达到了稳态。如图6所示。<br/>电容C在充满电，即电池在充满电的情况下，在放电过程中，电容此时就等效为一个直流电压源，随同电池一起对外电路负载放电见图4。也即是，在放电时V主要来源于电容C上的电压变化。<br/>电池在满容量的时候，电容较大，由这个电容所引起的测量结果必定是偏小的。<br/>电池在经历一段时间的放电后，电容上基本不带电，主要的电压变化来源于电池的内电势，此时测量结果是比较精确的。</p><p>2、 蓄电池内阻检测<br/>在本文的实验中，采用了一个12V的直流系统，由6节2V的单体电池构成，电池是采用中国南都电源动力股份有限企业的LSA系列的GFM-100型号。<br/>实验电路如图4所示，开关合上，延迟7~10s后，电流达到稳定状态，记录电流值I，电压值U1，断开开关K后记录瞬间恢复的电压值U2，同时用示波器记录全过程蓄电池两端电压波动情况。在这里之所以要延迟7~10s后再进行下一步的测试，主要是因为在合闸的过程中，由于有电容的存在，不可避免的会有冲击电流产生，为了减小冲击电流对测试结果的影响，所以就采用了一定的时间延迟。同时，这个短暂的延迟，也可以让电池从刚开始的剧烈化学反应中渐渐趋于一个相对的平衡状态。<br/>图 4&nbsp;&nbsp;测试电路</p><p>根据上文的推导，有：<br/>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;(3)<br/>表1是蓄电池在充电完毕后就断开充电机，并且在不带负载的状态下，用瞬间大电流法测<br/>图 5系统电压瞬变（离线）<br/></p></span></div></td></tr></tbody></table><p align="center"></p></td></tr></tbody></table></td></tr></tbody></table><p><span class="a1"><br/></span>&nbsp;&nbsp;《通信电源技术》杂志网络版 telecom power technologies </p>