（1.广西电网有限责任公司防城港供电局 广西防城港 538000；2.广州市仟顺电子设备有限公司 广东广州 511430）
摘要：在如今的通讯、金融、交通、电力、军事等都在大量用到蓄电池，蓄电池已经成为系统的关键部件之一，他的安全可靠运行直接关系到整套设备的可靠运行。但是在使用过程中，由于剩余容量无法准确预测，从而不能及时知道有落后的蓄电池，由此可能会使得正在运行的系统突然失去电源，轻的造成事故，重的酿成惨剧[1]。本文主要针对铅酸电池通过一种新型的放电仪进行短时间放电，根据试验所提供的样本数据建立数学模型，进行拟合，得到蓄电池的剩余容量。
关键词：蓄电池；浅放电；容量预测
引言
目前，按照《直流电源系统管理规范》的要求，对在变电站运行的蓄电池需定期进行巡检，记录单体电压、温度、绝缘阻抗等相关参数。由于相关检测参数与蓄电池容量没有直接对应关系，因此按照惯例规范的要求，需要根据蓄电池的运行年限和运行状况，每1年或者2年进行1次核对性放电试验，以验证电池性能优劣。在一个变电站的一组蓄电池进行一次核对性放电试验，需要起码2个人以上进行值守，从放电到充电需要十几个小时以上，加上变电站很多都有2组以上蓄电池，而且变电站的数量越来越多，同时变电站路途遥远，这样使得蓄电池的维护量巨大，工作效率低，人员和时间消耗巨大，这样就会导致有些蓄电池维护滞后的现象，不能及时了解蓄电池的容量情况[2]。蓄电池剩余容量是反映蓄电池性能的重要参数，蓄电池剩余容量的准确估算可以防止电池过度充放电，提高电池寿命[3]，因此采用有效的方法预估蓄电池的容量意义重大。
1 蓄电池的放电电压的研究
蓄电池有一个对电量计量很有用的特性，就是在放电的时候，电池电压随电量的流逝会逐渐降低，这就提供给我们另外一种近似的电量计量途径。当铅酸蓄电池以恒定电流放电，其端电压随放电时间的变化趋势如图1所示。在放电初期（放电开始-T1），端电压下降极快如图中A-B段；放电中期（T1-T2），端电压下降较为平缓如图中B-C段；放电末期（T2-T3），端电压也快速下降达到放电截止电压，如图中C-D段。
众所周知，放电过程中，蓄电池端电压V=E-I*R。从上面的分析得知，蓄电池的电动势E随放电时间下降，内阻R则随放电时间而增加，因此，当放电电流I保持恒定的条件下，蓄电池端电压随放电时间呈现加速下降，而不是随放电时间线性下降，实际情况也是如此。
2 蓄电池容量预估方法
对超过2万节电池放电电压随放电时间的变化曲线分析，阀控铅酸蓄电池恒流放电过程中，端电压随时间的变化趋势采用时间的二次函数进行拟合，拟合函数的计算值与实际放电电压最为吻合，如公式（1）所示。
………….（1）
从图1中不难发现，T1-T2放电时间段，蓄电池端电压随放电时间的变化趋势（图1中BC段）平滑，没有明显的转折点，而蓄电池的容量又主要由T1-T2放电时间所决定，这一特征为浅放电预测蓄电池容量提供了依据。
所谓浅放电预测蓄电池容量，是对蓄电池进行30-50%额定容量放电，如图1中放电至E点。再利用B-E段蓄电池端电压值进行二次函数拟合，求出公式（1）中有关参数a、b、c具体数值。
以10h放电率为例，放电截止电压为1.8V，将1.8V代入公式（1），即可计算出蓄电池可放电时间，进而可预测蓄电池可放电容量。显然，由于蓄电池在放电末段（图1中C-D段），电压下降速度要快于主放电段（图1中B-C段），因此，上述预测的容量将大于实际容量，需要进行校正。
公式（1）中，a、b、c三个常数决定了电池端电压随放电时间的变化趋势，要预测蓄电池的可放电时间（放电容量），必须先计算出a、b、c三个常数。
通过对蓄电池进行浅放电，获取对应放电时间的蓄电池端电压，如表2所示。
采用前3小时放电测量的单体电池电压，即对应放电时间60、120、180Min三个电压值，通过公式（2）、（3）、（4）求取公式（1）中a、b、c三个常数，得到该电池放电电压与放电时间的二次拟合函数公式（1）。再将2V铅酸蓄电池0.1C电流放电截止电压1.8V代入公式（1），即可求出该电池以0.1C恒流的持续放电时间T（Min）。以0.1C电流放电，放出额定容量的放电时间为600Min，因此，电池的预测容量与额定容量之比（%）=T/6。
采用上述容量预测方法，分析了11855节电池核容放电数据，对比预测容量与实际放出的容量得到了容量预测总正确率为98.81%（误差在±5%内），不正确率为1.19%。从结果分析来看，容量预测的正确率还是相当高的，我们可以用其预测方法作为一个蓄电池容量判断的一个参考。
4 容量预测在放电仪上的应用
以上的容量预测方法是利用放电时的电池电压数据来进行预测的，那么，我们把这种容量预测方法嵌入到放电仪里面，对蓄电池进行3小时按照0.1C电流放电，同时放电仪利用自己的电压采集模块或者通过蓄电池巡检仪来获取电池的实时电压数据，结合以上的容量预测方法，边放电边预测，就能实时快速的预测到蓄电池的容量。
目前蓄电池核容放电需要运行维护人员按照10小时放电率对蓄电池进行放电，通过监测蓄电池端电压是否在8小时之前到达1.8V的终止电压，以判断蓄电池组的容量是否满足大于80%的要求。需要运行维护人员长时间的现场监护，工作量巨大，并且需要加班加点才能完成。并且蓄电池是一种化学反应进行能量转换的设备，其性能下降外在表现不明显，需要对单体电池一段时间参数的变化趋势以及不同电池之间参数的不一致性等进行系统分析，才能发现电池的劣质程度。一般维护人员很难具备这样的能力，并且还要配备相应的岗位才可，现在各运行维护单位显然不具备这样的条件。
有了带蓄电池容量预测功能的放电仪，通过在线浅放电预测蓄电池容量的方式替代核容放电工作，可以大大减轻运行检查的工作量。均充过程的监控以及蓄电池组脱离母线的实时监测填补了蓄电池监测的盲点，将该系统应用于变电站蓄电池管理具有非常重要安全价值和使用价值。
参考文献：
[1]乔波强，侯振义，王佑民.蓄电池剩余容量预测技术现状及发展[J].电源世界，2012（2）：21-26.
[2]包蕊.蓄电池容量预估技术理论研究和试验[J].蓄电池，2017（06）：25-27.
[3]李秉宇，陈晓东.基于卡尔曼滤波器的蓄电池剩余容量估算法[J].电源技术，2010，34（9）.
作者简介：
汪昌元，1986年生，男，汉族，湖北宜昌人，学历为大学本科，职称为工程师，研究方向为电力系统及其自动化，从事继保自动化专业工作。
论文作者:汪昌元1,张健1,徐晓峰1,陈志强2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第3期
论文发表时间:2019/6/11
标签：蓄电池论文; 容量论文; 端电压论文; 电压论文; 时间论文; 电池论文; 公式论文; 《电力设备》2019年第3期论文;