LIN總線下的閥控式鉛酸蓄電池管理系統設計及應用

洪炎斌　方志斌　胡炳杰

【摘 要】閥控式鉛酸蓄電池以其安裝方便、維護量少、高倍率等電能特性在變電中得到廣泛的應用。但變電站蓄電池數量比較多，容量較大，其安全性要求很高，如果不加強電池系統的管理就會導致重大事故的發生，造成嚴重的財產和安全損失。因此本文在分析變電站閥控式鉛酸蓄電池原理的基礎上，設計出變電站蓄電池組智能管理系統，實現操作蓄電池組、通信蓄電池組的在線監測和性能評估。

【關鍵詞】閥控式鉛酸蓄電池；LIN總線；設計；應用

在傳統變電站中，蓄電池是電源的核心設備，并且為其運行提供自動化電源和安全保障，鉛酸蓄電池價格低廉，安全可靠，并且在大電流放電以及廣泛的環境溫度范圍內使用比較廣泛。但隨著變電站的智能化建設步伐加快，一些清潔能源逐漸被應用到變電站中，現有的鉛酸蓄電池因難以管理，使用壽命短等問題面臨著嚴峻挑戰。

1 系統設計原理和方法

1.1 鉛酸蓄電池的結構

鉛酸蓄電池種類和型號多種多樣，但其主要結構基本一致 ，理論電化學早已指出，電池在充電或放電時其端電壓V由以下幾個部分組成：

1.2 穩定和準確的測量方法

在電力直流操作電源系統中，為了保證系統可靠運行，所用的蓄電池組直接掛接在電源系統的母線上，實現主、備電源的無隙切換。主電源在給系統供電的同時，也不斷的對蓄電池進行浮充充電，這個充電電流的不確定性破壞了恒流源的計量基準，嚴重的干擾了電壓的測量。考慮充電機電勢和浮充電流的關系，建立了一個完整的數學模型，把放電電流拆分兩個不同數值的電流，把一次放電變換為二次放電，從而把浮充電流的干擾由差模干擾轉化為共模干擾。這樣就能夠成功的分離出準確的技術參數，實現了高精度的在線測量，這樣實現的內阻測量數據的精度達到2%。

1.3 復合脈沖諧振法的實現

要正確的監測蓄電池內阻，就要在每一個檢測單元中具備恒流源和電壓讀出功能。在蓄電池管理模塊中，用可控電流IM和放電電流I構成了充放電回路。

在可控電流IM導通，放電電流I截止時，IM實現對電池E的充電，而在可控電流IM截至，放電電流I到導通時，實現對電池E的放電。而通過對電流I的智能控制，采用多諧波的脈沖組合對E進行放電，通過連續和間歇的多諧波充放電智能控制系統，找出不同蓄電池的最優諧振區，針對內阻敏感的族群，逐步打碎和分解硫酸鉛結晶，在自適應的、智能化的多諧波充、放電過程中有效地激活和養護蓄電池，使它處于良好的工作狀態中。

2 系統總體框架

LIN總線下的閥控式鉛酸蓄電池管理系統主要包括LE-DIP60變電站電源監控主機（LE-DIP60）、LE-BCD100蓄電池容量監測裝置（LE-BCD100）、iBMU100蓄電池終端智能模塊（iBMU100）以及LE-BMS3000蓄電池組智能管理系統軟件（LE-BMS3000）。在變電站層，對直流系統蓄電池組分別安裝變電站電源監控主機、蓄電池容量監測裝置、蓄電池終端智能模塊，該系列裝置可實現對直流系統以及蓄電池的綜合管理功能。

2.1 主站層

針對蓄電池監測管理需求，LE-BMS3000智能蓄電池組在線監測系統能夠實現對直流電源的進行后臺的實時監測，系統可以對負荷電流、整組蓄電池電壓、電流、等部分的工作狀態進行監測，配合動態直流系統模擬圖，直觀監控直流系統運行參數及運行狀態。該系統主要部署在監控中心、集控中心、調度中心、自動化機房等位置，報警機制完善，且接口的功能豐富，保障系統的安全穩定運行。系統基于對交直流電源系統蓄電池組的智能化統一監測等智能管理功能。

2.2 子站層

子站層采用采用LE-DIP60實現直流系統重要參數采集分析，iBMU100實現參數在線監測控制，LE-BCD100智能控制，該系統采集蓄電池的參數并對這些數據進行處理和分析，以便實時查詢。該系統裝置帶2路以太網、3路串行通信接口，支持CDT、MODBUS等協議。采用LE-BCD實現蓄電池容量監測，該系統可以快速、精準、穩定的實現恒流放電，具有完善的告警功能，蓄電池出現任何異常的情況下放出聲光報警，并且該裝置對外提供一路RS485/RS422串口，用于遠程控制裝置恒流放電的開始停止，同時將放電過程中的電壓、電流、溫度、警告等數據輸出。

3 系統設計

系統設備中的LE-DIP60安裝在電池架上，LE-BCD100安裝于蓄電池架頂部鋼板上，iBMU 100安裝于蓄電池上方就近安裝。電池經過LE-DIP60與iBMU100采集線與功能線連接到裝置上，每根采集線在電池端都帶有短路保護裝置，將兩根放電測試線連接到蓄電池組兩個總極柱上。LE-DIP60可以查詢所有實時數據、實時告警及告警記錄，并能以表格、曲線、柱狀圖等形式直觀實時顯示、存貯。LE-BCD100與iBMU100與LE-DIP60配合使用。整個系統配置有專用的基于WINDOWS的監測軟件，實現所有直流電源監測數據的監控和處理，也可以接入到第三方監測系統中，在統一的監測平臺上顯示。

3.1 LE-DIP60變電站電源監控主機

LE-DIP60變電站電源監控主機監測直流電源相關信息，智能控制容量單元進行核容實驗，自動記錄監測數據。主要對蓄電池的各個參數進行實時的監控和報警。可對單體電池和電池組的性能進行現場的檢測，顯示比較直觀。全程采用智能化的操作防止人工操作的失誤和安全風險。LE-DIP60變電站電源監控主機連接4路報警接點，支持在線更新，通訊口為2路以太網和6路串口，主要通過應接點、警告事項、指示燈進行報警。

3.2 LE-iBMU100蓄電池終端智能模塊

LE-iBMU100蓄電池終端智能模塊監控3節電池，檢測的精度達到0.2%，內阻測量精度達到（2.5%±3μΩ），溫度測量精度達到0.5℃，可以長久的實現大電流。通過RS485通訊方式連接，支持在線更新。每個模塊采集的數據和處理信息通過智能管理系統的變電站電源監控主機進行集中管理和均衡，變電站電源監控主機對這些信息進行模糊化處理后，精確地協調所有的智能模塊均衡工作，使整個電池組始終處于最佳的使用狀態。

3.3 LE-BMS3000蓄電池組智能管理系統（下轉第286頁）

（上接第283頁）該系統基于調度IEC61970標準CIM模型對運檢對象建模，采用B/S+C/S混合架構設計，可分布式級聯部署實現省市公司與地市公司的系統融合，也可集中式部署實現就地及局站的系統應用，系統除了常規數據監測管理功能之外，很好的將運維大數據與設備臺賬信息進行在線、離線分析。

4 總結

該系統在分析鉛酸蓄電池原理基礎上，針對變電站蓄電池運行中的問題，運用智能化的監測技術，在線實時監測變電站電池的運行情況，保障變電站蓄電池安全高效運行，為變電站蓄電池的管理提供了有力的技術支撐。

[責任編輯：楊玉潔]