對單節蓄電池不脫離系統在線均衡處理延長壽命的技術研究及應用

羅長兵 楊偉兆 唐仙鴻

摘 ?要：變電站直流系統蓄電池組運行中，經常出現單節蓄電池電壓會出現高低不一致的情況，特別是整組電池進行定時均充時，會出現單節電壓過高超過告警閾值，造成過充損壞電池，也會出現單只電池始終低于平均電壓始終充不滿電，造成欠充虧容，容量不滿足運行要求，運行人員和檢修人員無對應的解決手段，所以需要有一種裝置在不停電前提下快速對電池進行均衡處理，使每節蓄電池電壓符合標準要求，保證使用壽命，保障電網運行安全。

關鍵詞：蓄電池;使用壽命;均衡處理

前 ?言

蓄電池在實際使用中都是串聯成組使用的，經常出現單節蓄電池電壓會出現高低不一致的情況，特別是整組電池進行定時均充時，會出現單節電壓過高超過告警閾值，造成過充損壞電池，也會出現單只電池始終低于平均電壓始終充不滿電，造成欠充虧容，容量不滿足運行要求，這是往往是由于電池制造的離散性和使用的原因造成，蓄電池組失效的早期表現總是出現一些落后電池，而落后電池又將進一步加速整組電池的損壞。電池組的容量取決于該電池組中容量最低一節電池的容量。因而，發現并獲知落后電池的容量，及時對落后電池進行處理是蓄電池組運行維護的關鍵，所以研制一種單電池不脫離系統在線均衡處理延壽裝置專門針對蓄電池組中落后電池的便攜式智能化維護系統非常有意義。

1單電池不脫離系統在線均衡處理延壽裝置工作原理

單電池不脫離系統在線均衡處理延壽裝置由高頻穩流放電系統、自識別均衡模塊、旁路隔離系統，PLC控制系統，人機交互漢顯屏組成。

蓄電池的放電電流經過自識別均衡模塊的恒流閉環控制，補償由于電池電壓下降或負載阻值波動等因素造成的充放電流的不穩定，并最終將電能消耗的負載上完成均衡處理。同時PLC控制系統時刻監測電池電壓的下降，如果已達到過放設定值則自動停止放電，2分鐘后自識別均衡模塊會自動按照國家規定的三段式充電曲線對蓄電池進行充電。

與此同時在線活化落后電池，隔離旁路系統會自動在蓄電池組串聯回路將該節電池隔離出來，使活化工作不影響其它任何運行設備。PLC控制系統通過人機交互漢顯屏實時顯示電池的電壓、電流、充放電時間、充放電容量、環境溫度等各個參數。

2系統特點及設備功能

2.1系統特點

本系統具有如下主要特點：自識別均衡模塊電路，性能參數優越，更加裝有PLC控制系統，質量性能穩定可靠。完全按照國家規定的全段充放電曲線自動完成，精確維護電池的每一刻。人機交互雙段漢顯屏顯示、各種參數、狀態一目了然，系統可自動根據蓄電池的狀況來決定其工作狀態來決定工況，全自動進行，根據需要亦可手動選擇工作狀態。全方位保護及報警功能，保證了設備和蓄電池的安全，并有相關文字及音響提示。兼容2V/12V的各類型單體蓄電池，方便操作，一鍵完成。具有電池活化延壽，可在線或不在線對單體蓄電池進行充放，在不斷電、不拆卸、不更換的條件下，使用本系統激活失效的反應物質，恢復容量，并可對單體電池準確測定其容量，效率高、節能、節省人力物力。界面友好操作簡單，重量輕，體積小，攜帶方便。

2.2設備功能

裝置模塊化設計，設有手動和自動模式。本裝置完善的保護功能，可實現無人值守，具有輸入、輸出過欠壓保護、單節電壓過放保護、50度超溫保護、時間保護、防反接保護報警等功能，有文字提示。容量可根據要求設定，一旦設定錯誤設備不會啟動并有文字提示。監控采用PLC內置軟件全程控制，抗干擾性強、性能穩定可靠。充放電時完全按照國家規定的段充放電曲線自動完成，蓄電池充電按GZDW“三階段”微機充電曲線自動完成，并能限定充電電壓、電流及時間、溫度范圍。人機交互雙段漢顯屏顯示，操作顯示在一體;充電時顯示充電電流、充電電壓、充電時間、充進容量、充電狀態、電池溫度參數;放電時顯示放電電流、放電電壓、放電時間、放出容量、電池溫度參數。裝置具除具有充電和放電功能外，具有脈動激活功能，可對故障蓄電池硫化反應物質小電流脈動激活提高還原效率。裝置具有自適應隔離旁路系統，可在線或不在線對單體蓄電池進行均衡處理，不需斷充電機，不需拆卸電池即可實現對落后電池的均衡處理。交流一旦斷電設備自動脫離電池，防止電池過充或過放對被測蓄電池造成危害。設備自帶存儲功能，前次的各個參數都可在人機交互漢顯屏上調取查閱。

3裝置技術參數

3.1技術參數

規格：根據南網正在運行的電池規格，制定本裝置滿足2V/12V單體蓄電池。

3.2環境條件

環境溫度：<45℃;相對濕度：<85%RH;大氣壓力：（80-110）Kpa;工作電源：AC220V±10%（50HZ）;絕緣電阻：≥20MΩ;動態響應：≤100us;可靠性指標：MTBE≥100000小時;可聞噪聲：≤45dB;周圍無介質導電塵埃，無導致金屬絕緣或絕緣損壞的腐蝕性氣體;防震等級：8級，水平加速度：0.25g垂直加速度：0.125g;防護等級：IP40。

4 程序運行說明

4.1單電池在線均衡條件

電池組處于浮充態，即充電電壓為浮充電壓，充電回路電流小于0.01C10，此時可不停充電機，不拆卸電池的進行均衡延壽，此過程中同時實現容量測試。

4.2模式選擇

設備具有手動模式、自動模式。當電池欠充時可采用手動充電方式進行補充充電，充電曲線完全符合國標要求，充電結束時自動停止，并有文字提示。

當單電池只進行容量測定時可采用手動放電方式進行，設備采用0.1C10的電流恒流放電，到達設定的過放點時自動停止，并有文字提示。

當電池需要均衡處理同時檢測容量時可采用自動循環方式進行，裝置根據軟件程序自動啟動和自動停止，并有文字提示。

4.3系統運行程序

裝置采用嵌入式軟件程序控制，單節高電壓電池采用可控脈沖負載降低電池虛高電壓，負載具有電流反饋回路，自動根據電池帶載能力自動識別電池電壓是否是虛高而調節載荷，不會造成電池電量損失。

4.4保護功能

交流部分與直流部分隔離， 絕緣強度2KV;具有短路保護功能、正負反接保護、設定超限保護、接線錯誤保護等。當短路后設備自動停止輸出，短路解除后自動恢復輸出。具有輸入、輸出過欠壓保護、單節電壓過放保護、50℃超溫保護、時間保護、防反接保護報警等功能，有文字提示。容量保護功能在容量輸入錯誤時設備不啟動。

結 ?論

（1）解決目前直流系統蓄電池組中大量存在的各個蓄電池單節電壓高低不一，導致的信號告警，和電池欠充容量不合格的問題，對蓄電池組中高電壓狀態（大于2.450V）和低電壓狀態的（小于2.200V）的單節電池進行均衡處理，實現整組電池的均衡，滿足規程中規定的運行要求，使電池在使用壽命內能正常工作，不提前失效。

（2）解決單節電池均衡處理時可在線工作，不需脫離系統，不需拆卸電池，不影響系統運行，可在均、浮充狀態下進行均衡操作，均衡過程軟件控制全自動進行無需人為干預，均衡時間短，效果明顯。裝置體積小重量輕，即可在線安裝也可便攜使用。

參考文獻：

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作者簡介：

羅長兵（1984-），男，高級工程師、高級技師，云南電網有限責任公司三級技能專家;

楊偉兆（1981-），男，助理工程師，繼電保護技術負責人;

唐仙鴻（1988-），男，助理工程師，繼電保護專責。