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铅蓄电池的实时动态监控原理及设计——桂超

2/14/2005来源:通信电源人气:15637

铅蓄电池的实时动态监控原理及设计——桂超 摘要 阐述了阀控式密封铅蓄电池组中各单电池的浮充电压值是服从正态公 布规律的。为使蓄电池组中93%以上的电池工作在正常状态,建设用Va= Va +1.5。作为浮光电控制参蓄电压,式中Q分别是蓄电池组中各单电池的 浮充电压的平均值和标准差。然后以此为基础提出了一仰电源设备的计算 机实时监控系统设计。 关键词 实时控制,蓄电池,浮充电压 分类号 TM 912.1 阀控式密封铅蓄电池在我国已广泛用于通信部门,这是由于它具有密封结 构,不漏酸,没酸雾,可跟通信设备放在一起等主要优点。由于其使用历史较 短,国外只有十几年,国内尚不足十年,于是在使用中就出现了一些前所未见 的问题,其中最突出的是电池使用寿命不长。各生产厂家的使用说明书中都列 出电池使用寿命会有十年以上(主要是根据正极板栅腐蚀速度来设计确定的), 但用户普遍反映电池使用寿命只有几年。主要原因是没法对蓄电池组实施有效 的监控。本文根据统计数学原理对蓄电池组的工作状态进行计算 机实时动态监控,以期对延长通信用阔控式密封蓄电池组的使用寿命和提高其 可靠性有所帮助。 1 蓄电池组的浮充电压 通信用阀控式密封蓄电池是在浮充状态下工作的。通常由24只电池组成一 组,用户通常用一组或数组电池。理论和实践均已证实,蓄电池组浮充电压选 择恰当与否,对其使用寿命有关键性作用。浮充电压过高,电解水反应就加剧, 析气速度就大(密封电池的气体复合率总是小于 1OO%的),久而久之会引起 电池失水,容量下降;若浮充电压过低,虽然可降低失水速度,但容易导致极 板硫酸盐化,最终缩短电池寿命。 厂家的说明书或许多论著中提出的密封铅蓄电池的浮充电压均指单只电池 而言;然而蓄电池组中的各个电池的浮充电压是不相同的,邮电通信部门规定 了蓄电池组中各单只电池浮充电压应当在平均值的±50mV之内,即最高与最低 值相差 100 mV,新电池基本上可以满足这一要求,但使用过一段时间之后, 各只电池的浮充电压差距就拉大了。表1列出某通信站使用的48只电池的浮充 电压值,可以看出,其中大部分电池的浮充电压都高于标准中规定的电压值 (2.23 V~2.27V),其最大值跟最小值之间相差23OmV。 那么蓄电池的浮充电压应当如何控制呢?如果以某个电池的浮充电压作为 判断标准,从而调整全组电池的浮充电压,偶然性太大,况且浮充电压偏高的 电池也不会永久偏高,高的可以变低,低的可以变高,显然不合理。如果以全 组电池浮充电压的平均值来作为判断标准,则会有约50%的电池浮充电压处于 过高状态,这将引起这些电池温升升高,失水加快,内阻加大,进而加大各单 电池浮充电压的差别,如此恶性循环的。最终结果必然是缩短电池寿命。如果 将整组电池的浮充电压预先调整在某个数值固定不变,则将忽略了电压过高的 电池对其他电池带来的不利影响。下面介绍从统计数学的角度出发对蓄电池组 浮充电压的动态监控办法。 2 蓄电池组性能参数的统计分布规律 统计数学指出:若影响某一随机变量的随机因素很多,而且其中每个因素 的影响都不能起决定性作用,这些因素的影响又可以迭加,则该随机变量服从 正态分布。图1表示X服从正态分布的概率密度函数f(x)曲线,其数学表达式 为: 该曲线是完全对称的,曲线的最高点x就是取值概率 3 如何选择监控参考点 由方程(1)可以看到,决定正态分布概率密度函数f(x)曲线的参数有两 个:数学期望月(即平均值)和标准差。,其表达式为: 式中x;可代表蓄电池组中各单电池的浮充电压值,n表示蓄电池组包含的单电 池数,标准差。反映了蓄电池组中各单电池浮充电压的均匀性程度,a越小电池 的均匀性越好,f(x)曲线形状越陡峭;a越大,电池的均匀性越差,f(X) 曲 线的形状越平坦。显然,。是反映最大的点,它所对应的横坐标就是全部xi 的 均值,也就是说,如果x变量取值概率函数是正态分布函数的话,则取均值的概 率最大,偏离均值的概率略有减小,曲线在x= ±a 处有转折,即偏离平均值为 标准差a 的概率将迅速减小。 对开口式自由电解液铅蓄电池的性能参数分布规律进行的跟踪观察统计结果 表明,铅蓄电池组中各单电池的电解液密度、温度、充电电压、放电电压的分布 服从正态分布,阀控式密封铅蓄电线池的广泛应用时间还不长,它是否也具有跟 自由电解液的铅蓄电池同样的分布规律呢?让我们首先观察表2的数据,它是将 表1观测数据进行统计归纳后得来的。从表2可以看到:该48只电池浮充电压的平 均值为2.274 V;浮充电压在 2.274 V附近的电池数最多;浮充电压远离 2.274 V的电池数迅速减少,而且以2.274 V为中心呈对称分布。用文献提供的数据处理 方法不难得出:阀控式密封铅蓄电池组中各单电池的浮充电压分布是呈正态分布的。 蓄电池组性能的一个关键性参数。 图1中阴影部分的面积表示x的取值范围 的概率,它等于O.683(可查正态分 布),x取值范围为…一1.5a ~P+1.5。)的概率为0.866;x取值范围小于p 十 1.5a 或大于产p1.5a 的概率均为O.933因f(x)曲线是对称的。既然阀控式密封 铅蓄电池组中各单电池的浮充电压分布服从正态分布,则根据上述的统计学原理 并考虑到使蓄电池组中绝大多数电池工作在比较正常状态,建议采用: VR= Va + 1.5a 作为监控参考点,即将蓄电池组中全部电池浮充电压的平均值V。加上蓄电池组 此时此刻各单电池浮充电压标准差a 的1.5信作为监控参考电压VR;再将VR 跟 表3所列数值相对照。如果VR >Vf ,则要适当降低浮充电流;如 VRPROM,控制软件 的核心部分是电压判断控制,其实现算法可以C语言描述。 (5)结论 阀控式密封铅蓄电池组中各单电池浮电压值的分布服从正态分布,据此可利 用计算机对整组电池进行动万言书监控,使93%以上的电池处于最佳工作状态。这 对改善电池组中各单电池浮充电压的均匀性和延长电池使用寿命有利。