摘要：分流型蓄电池电压纠正装置通过分流来降低密封阀控型蓄电池的浮充电流，以达到纠正蓄电池端电压的目的，装置使用具有掉电唤醒功能的微控制器，通过测量电池的端电压和电池温度，根据电池的温度补偿系数自动调整对浮充电流的分流值，可使电池电压保持在合理水平，延长了电池组中新换电池的使用寿命。
关键词：密封阀控铅酸电池；分流型；电池电压 温度补偿
A bypass type voltage correcting device for battery
Xie Liyang
（State Grid changzhi power Supply company shanxi changzhi 046011）
Abstract：Bypass-type battery voltage correction device reduces the floating charge flow of the sealed valve-regulated battery by shunt，to achieve the purpose of correcting the battery voltage，the device uses a microcontroller with power-off wake function to adjust the shunt value of the floating charge flow automatically according to the temperature compensation coefficient of the battery by measuring the voltage and the battery temperature.The battery voltage can be kept at a reasonable level，which prolongs the service life of the new battery in the battery pack.
Key words：Sealed valve control lead-acid battery；bypass type；battery voltage temperature compensation
0 引言
蓄电池组是变电站的重要元件，目前重要变电站使用的蓄电池组通常由104只2伏大容量密封阀控式铅酸蓄电池串联构成，平时由变电站的充电装置对其充电，在电力系统故障时蓄电池组向变电站的重要负荷提供电源。由于制造方面的原因，部分电池会在大多数电池性能良好时提前发生性能劣化现象而必须更换。新换电池与原电池组电池的容量、自放电电阻都不尽相同，在相同的浮充电流下，大多数新换电池表现出端电压高于原有电池电压的现象，有的新换电池的端电压较标准电压高出200毫伏或更多，远高于国家电网公司同一电池组各电池端电压的差别应小于30毫伏的要求。如果新换电池的电压长期高于标准电压，必将导致新换电池内部电解液浓度升高、阳极板腐蚀，电池失水干涸等情况的发生，通常的情况是新换电池因上述原因在较短的时间内就损坏了，所以生产现场解决这个问题的通常办法是整组更换蓄电池。整组更换蓄电池的方案将耗费大量的资金，增加了整组电池拆除和安装的工作量，而且会导致不安全因素，更换下来的电池在拆解时又可能造成环境污染，产生环境安全隐患。
为解决蓄电池组中新换电池电压偏高的问题开发了一种分流型电池电压纠正装置，该装置通过适当分流新换电池的浮充电流来保证其端电压的合理水平。采用可低电压工作且具有掉电唤醒功能的微控制器研发了具有宽范围分流能力的电池电压纠正装置，可适用于最低仅需要分流1.1毫安的新换电池，也可分流数百毫安的多余浮充电流，有广泛适应性。装置可根据电池温度进行浮充电压进行修正，保证连接电压均衡装置的电池运行在优化状态，延长了新换电池的使用寿命。
1 设计方案
1.1 硬件方案 分流装置并联在新换电池两端，其工作电源如果能够使用被分流的电流供电可简化装置设计。装置的能耗元件由LED数码管和电阻阵列构成，LED数码管由微控制器直接驱动，电阻阵列由PNP晶体管驱动；为测量电池温度，装置设置了数字式温度传感器DS18B20，为了测量电池电压，需要选用具有模数功能的微控制器，为了使装置能够以极低功耗工作，需要选用低电压、具有掉电唤醒功能的微控制器。
1.1.1 STC15W4K32S4 该器件是宏晶公司研发生产的较新一代51系列微控制器，可低电压低功耗工作，具有10位模数转换器，内置上电复位电路和时钟电路，多达62个GPIO端口，装置选用该器件主要是由于其具有掉电唤醒功能，老式微控制器执行掉电指令后需要外部唤醒，增加了电路复杂程度，所述器件在执行掉电指令前设置好掉电唤醒定时器，器件进入掉电状态后，功耗极低，待掉电唤醒定时器唤醒器件后，器件从掉电指令后接续执行程序，具有掉电唤醒功能的微控制器在低功耗运用场合具有明显的优势。
1.1.2 DS18B20 装置设置温度传感器是为了测量新换电池的温度，根据电池温度和电池浮充电压的温度补偿系数确定电池的浮充电压，提升电池的SOC（state of charge）。DS18B20体积小，热容量小，功耗小，单总线读写操作，测量精度可以满足要求，只需接微控制器的一根端口线即可操作。
1.1.3 电源电路为了给微控制器和温度传感器提供稳定的工作电源和内置ADC的参考电压，装置采用升压型稳压电路NCP1402-3.3将2伏多的电池电压升压至3.3伏。
1.1.4 程序下载接口所选微控制器使用RS232接口进行ISP下载，由于接口仅在下载程序时使用，为降低装置的功耗，装置的电路板上没有接口相关元器件，而是设置了一个4针插座，上面接有VCC、GND、RXD和TXD信号，串口元器件安装一块小电路板上，通过4线插针与4针连接，另有3根线与PC机的RS232接口连接。
1.2硬件框图
2 装置的实现
2.1 装置的外壳 装置的应用场合是蓄电池室，放置的位置在新换电池附近。考虑到安全性，装置采用ABS塑料外壳，外壳的上盖为透明塑料，以便观察装置LED显示器的显示内容。
2.2 温度传感器的安装位置 装置用于检测电池温度的温度传感器安装在测试夹上，安装方式参考了日置9460选件（电池内阻测试仪具有温度传感器的测试夹），
不同的是9460采用铂电阻，而所述装置采用数字式温度传感器。测试夹在夹持电池极桩时，温度传感器的固定铜片也与极桩可靠接触，所以可以准确感知电池温度。
测试夹的几点注意事项：
1.测试夹的热容量和散热要小，否则不能准确测量电池温度。
2.测试夹要保证长时间与电池极桩或连接片建立可靠的连接。
3.选择测试夹的材料时要考虑蓄电池室环境以及因材料电极电位不同条件下的抗腐蚀性能。
3 试验
作为在线使用装置，主要技术难点是在低电压条件下实现低功耗、高精度和高可靠性。所研发的可供变电站使用的2伏阀控式铅酸电池电压纠正装置，装置的分流范围在1毫安-500毫安之间。
某220kV变电站（康庄）使用英国霍克电池，容量为？Ah，投运后电池电压值就分散较大，其中有几只电池电压在浮充状态下分别为2.31V，2.44V，2.37V，2.41V，电池温度22°C左右，将该装置并接在电压偏高的电池上后，电池电压很快下降并维持在2.25伏。
某110kV变电站（韩店），使用国产某品牌电池，容量为？Ah，在例行电池内阻检测中发现19#和83#电池电阻大很多，反复测量后确认两只电池属于故障电池，故使用同型号新电池置换，新换电池的电压偏高，19#新换电池电压为2.33V，83#新换电池电压为2.39V，将该装置并接在上述电池两端后，电池电压很快下降并维持在2.25伏。
4 结语
应用所述分流型电池电压纠正装置，可以在蓄电池组大多数电池性能良好而个别电池性能劣化的情况下，使用同型号电池置换性能劣化电池，当新换电池出现电压偏高的情况时应用所述装置通过分流浮充电流的方式使新换电池电压趋于正常值，该方案避免了整组更换电池的高额购置费用，节省了拆除旧电池组和安装新电池组的人工费用，避免因电池组更换导致的工程风险，而且有利于节能减排。
参考文献：
[1]谢力扬 基于STM32F103的蓄电池组故障及蓄电池室环境监测系统设计[D]，太原理工大学；2012年
[2]王福顺；张曙光；邵利敏；索雪松；；蓄电池组的单节电池电压自动巡回检测系统[J]；农机化研究；2006年02期
论文作者:谢力扬
论文发表刊物:《电力设备》2018年第21期
论文发表时间:2018/11/28
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