（1.广东电网有限责任公司东莞供电局 广东东莞 523009；
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摘要：给出一种采用二分蓄电池组法进行蓄电池内阻测量的在线测量方法，把蓄电池组分成前后半组两部分，首先采用低频交流注入法把正弦激励信号注入前半组蓄电池，通过对全部单体蓄电池两极和标准分流器的响应信号进行放大、滤波和AD转换处理后得出单体电池的信号响应电压值，根据此电压值推算出前半组电池内阻，然后利用同样的方法测量推算出后半组电池内阻。设计基于ARM Cortex-M内核的32位微控制器的电池内阻测量系统，以10HZ的正弦波交流信号作为激励信号，通过二分蓄电池组分别测量蓄电池响应，从而推算出蓄电池内阻，该方法能有效准确测量铅酸电池内阻，结果稳定有效。
关键词：低频交流；蓄电池内阻；响应电压；ARM；二分法；分流器
Abstract：Given a by using binary battery for battery internal resistance measurement，half group before and after put battery into two parts，first of all，the low frequency ac injection method is adopted to sine excitation signal into the first half of the group of battery，based on the total monomer battery poles and standard response of shunt signal amplification，filter and AD conversion processing signal response of the single battery voltage value，after the first half of the voltage value calculated according to this group of battery internal resistance，and then use the same method after a group of battery internal resistance measurement calculated，finally through the analysis of half part of battery internal resistance before and after the actual battery internal resistance is calculated. The battery internal resistance measurement system based on the 32-bit microcontroller of ARM cortex-m kernel is designed. The sinusoidal ac signal of 10HZ is used as the excitation signal，and the battery response is measured respectively through the half battery group，so as to calculate the battery internal resistance. The method is effective and accurate in measuring the internal resistance of lead-acid battery.
Key words：low-frequency communication；Battery internal resistance；response voltage；ARM；Dichotomy；The shunt
1 引言
蓄电池组作为站用直流系统的备用电源，需要在供电故障发生后进行放电以维持站用电源系统的持续运行，尽可能地减少供电故障造成的损失，因此蓄电池组能够放电的时间越长越好。
一般要确定蓄电池的容量，最直接最有效的方法是进行蓄电池核容，然而蓄电池核容工作量大而且花费时间比较长，所以需要从另外一种方式来监测蓄电池的容量，就是蓄电池内阻。通过大量数据统计表明，长期监测蓄电池的内阻值，在蓄电池维护过程中对提早发现容量不足、发现电池开路、提高判断准确性等有着积极作用。
为此，通过结合验证，给出一种可以在线测量，稳定性高、精度高的准确低频交流测量电池内阻方法—二分交流法。
2交流法内阻测量原理
采用低频交流法来在线测量蓄电池的内阻，即对电池注入一个低频交流电流激励信号I，测出蓄电池两端的低频交流响应电压V以及两者的相位差 。如图1所示，其中R为电流采样电阻，C为隔离直流电容。
图1 内阻测量原理图
设激励电流：
交流法由于无需放电，不用处于静态或脱机，可以实现完全的在线监测管理，避免了对设备运行安全性的影响，同时由于施加的低频信号频率很低，施加的交流电流也很小，故不会对电源系统的性能造成不利影
。
3 交流二分法测内阻应用原理
蓄电池组现场运行时，都是带着充电机运行，在测量蓄电池内阻时需要考虑充电机的影响，在运行的蓄电池系统中需要提出一种即使受运行充电机影响时也能准确测量蓄电池内阻的方法，交流二分法即是在测量蓄电池内阻时把蓄电池分成两部分，每部分串联一个标准分流器，通过依次把激励电流注入到每个部分然后进行计算蓄电池内阻。如图1激励电流注入到前半组蓄电池，等效原理图如图2所示。
图1 前半组电池内阻测量连接示意图
图2 前半组电池内阻测量等效电路
如果，在测量时，通信采用的是广播命令，即是所有的测量模块在同一时刻开始进行采样，则蓄电池响应信号：
—n为蓄电池编号
根据式（3）和式（4）可知
前半组的单体电池内阻：
后半组的单体电池内阻：
当把激励电流投入到后半组，等效电路如下图3后半组电池内阻测量等效电路所示。
图3 后半组电池内阻测量等效电路
上述为一基于交流法测量蓄电池内阻的一种蓄电池内阻在线测量方法，这种方法在电池与充电机的实际运行的电路模型的基础上，通过二分蓄电池组以及引进分流器的方法进行测量蓄电池内阻，可以有效避免运行充电机对蓄电池内阻测量的影响。
4 方法验证与实践
4.1 方法验证
对刚投入使用的汤浅UXL-2型300Ah整组蓄电池进行内阻测试，并对100A/75mV标准分流器、300A/75mV标准分流器以及蓄电池前、后半组各5节蓄电池测量数据进行对比，测试结果如表1所示，已知100A/75mV的分流器内阻为0.75mΩ，从表1可知系统测得0.742mΩ，数据基本吻合，同理可得出系统测得的内阻数据具有很高的准确性。
表 1 新电池内阻测量数据
为进一步验证交流注入法测试的准确性，对使用时长超5年的汤浅UXL-2型300Ah的蓄电池组进行内阻测试，同样选取标准分流器以及上下半组各5个电池内阻结果进行对比，测试结果如表2所示。从表2可知系统测得100A/75mV分流器内阻为0.745mΩ，数据同样吻合，此时测得的蓄电池内阻相对刚投入使用不久的蓄电池内阻偏高，符合蓄电池使用年限越长，内阻越大的情况。
表2 旧电池内阻测量数据
4.2 实践效果
广东东莞220kV黎贝变电站#1电池组，2016年12月核容放电合格，测量各电池内阻均在规定范围内，当时测量#38电池内阻为0.626mΩ，与整组电池内阻平均值接近，3个月后，重新测量#38电池内阻变为0.921mΩ，两周后再次测量#38电池内阻继续增加变为1.186mΩ，明显高于整组蓄电池内阻平均值。经检查发现，#38电池正极柱出现电解液渗漏，极柱密封胶突出现象，如未能及时发现，严重可能导致安全事故发生。
再如，在110kV三中变电站，经测试发现#23电池内阻为3.1mΩ，而其它电池的内阻约为600-800uΩ，此电池高于其他电池内阻的5倍，所以判断此电池为故障电池。退出此电池后，进行解剖，发现负极汇流排与极板几乎脱落；而正极极板分离成豌豆大小的矩形碎片，轻轻触碰呈粉末状，可以看出是蓄电池开路故障问题。
因此可以看出，采用此方法测量蓄电池内阻准确有效，对提早发现容量不足、发现电池开路等提供有力的数据根据。
5 总结
阐述了交流注入法的蓄电池内阻计算方法，给出了基于交流注入法的二分蓄电池组的蓄电池内阻的在线测量方法，介绍了该方法的实现方式和计算原理，最后给出了该方法的实践过程与结果，体现出来二分蓄电池组在线测量蓄电池的内阻准确可靠的特点。采用该方法测量蓄电池内阻的装置已经在多个变电站和电厂使用，测量数据结果准确稳定，对电力系统的安全运行有着十分重要意义。
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作者简介：邱育义（1972-），男，广东梅县，工程师，本科，主要从事变电站继保自动化专业方向。
高华荣（1988-），男，广西玉林，工程师，本科，主要研究方向直流系统蓄电池。
梅成林（1981-），男，广东广州，高级工程师，硕士，主要从事电力系统及其自动化工作。
基金项目：中国南方电网公司科技项目“蓄电池多变量全状态监测及核容优化策略的研究与应用”
（项目编号：031900KK52160046）
Foundation item：Supported by the Technical Projects of China Southern Power Grid“Full state multivariate monitoring of Battery，Discharging strategy of Battery”（No.031900KK52160046）
论文作者:邱育义1,高华荣2,梅成林3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/5
标签：内阻论文; 蓄电池论文; 测量论文; 电池论文; 在线论文; 分流器论文; 方法论文; 《电力设备》2018年第22期论文;