对于离线或电池开路情况下测量内阻而言,测量时可方便地将激励电流回路与电压测量回路以4端子方式与电池组中的单体相连接,但对于在线测量,很难解决激励和测量的问题。
目前大多采用在电池组两端并联放电器,因为有充电器和电池组并联,需要将充电器停止工作,而且要实时同步测量电池的电流变化和电压变化,很难处理采样*。
采用中点抽头的激励装置,与目前采用的在电池组正负极两端施加激励的内阻测试装置相比,由于连接了中点抽头,激励装置的电流通过中点抽头后经上部电池组和下部电池组到达电池组的正极和负极,消除了电池组外部充电器和用电负载的并联影响,在电池上产生了稳定的电流激励,能够准确测试电池的内阻。
2、系统结构
一般系统中阀控铅酸蓄电池(VRLAB)的配置一般是:
500kV变电直流系统:2组全容量电池,3台充电机。
220kV变电直流系统:1组全容量电池,2台充电机。
110kV变电直流系统:1组全容量电池,2台充电机。
以108只2V、18或19只12V电池为主。电池的安装摆放形式也差别很大,电池与操作间的距离不确定。
BMS由控制单元、测量模块、相关软件和辅助部件构成,一个控制单元可接入多个测量模块,完成对不同只数和不同电压的多组蓄电池的监测管理。控制单元用于数据传输、数据处理及人机界面控制,具有RS-232连机接口和RS-485远程(集中)管理接口、测量模块控制接口、操作键盘、显示面板、声光报警及报警输出控制接点。控制单元实时显示电池数据,智能分析数据,对异常的电池运行情况进行及时报警。
测量模块用于蓄电池数据的巡检,内置CPU独立高速工作,除进行常规电压、电流、温度等测量外,与内阻测试模块连接后可准确在线测试电池内阻。测量模块安装在电池附近,与控制模块之间通讯连接,方便现场接线安装。
测试UPS的目的,主要是鉴定UPS的实际技术指标能否满足使用要求。UPS的测试一般包括稳态测试和动态测试两类。稳态测试是在空载、50%额定负载以及100%额定负载条件下,测试输入、输出端的各相电压、线电压、空载损耗、功率因数、效率、输出电压波形、失真度及输出电压的频率等。动态测试一般是在负载突变(一般选择负载由0%—100%和由100%-0%)时,测试UPS输出电压波形的变化,以检验UPS的动态特性和能量反馈通路。
一、稳态测试
所谓稳态测试是指设备进入“系统正常”状态时的测试,一般可测波形、频率和电压。
1.波形
一般是在空载和满载状态时,观测波形是否正常,用失真度测量仪,测量输出电压波形的失真度。在正常工作条件下,接电阻性负载,用失真度测量仪测量输出电压波形总谐波相对含量,应符合产品规定的要求,一般小于5%。
2.频率
一般可用示波器观测输出电压的频率和用“电源扰动分析仪”进行测量。目前UPS的输出电压频率一般都能满足要求。但当UPS的频率电路,本机振荡器不够精确时,也有可能在市电频率不稳定时,UPS输出电压的频率也跟着变化。UPS输出频率的精度一般在与市电同步时,能达到±0.2%。
3.输出电压
UPS的输出电压可以通过以下方法进行测试判断:
(1)当输入电压为额定电压的90%,而输出负载为100%或输入电压为额定电压的110%,输出负载为0时,其输出电压应保持在额定值±3%的范围内。
(2)当输入电压为额定电压的90%或110%时,输出电压一相为空载,另外两相为100%额定负载或者两相为空载,另一相为100%负载时,其输出电压应保持在额定值±3%的范围内,其相位差应保持在4°范围内。
要在不平衡负载情况下,使负载电压的幅值和相位,保持在允许范围内,逆变器的设计就必须做到每相都能单独调整。在对每一相电压的幅值和相位分别控制的情况下,可以做到三相负载电压始终是对称的。有的UPS不是每相都能单独调整,所以,当接单相负载时,输出电压就会出现明显的不平衡。对于这类UPS,就不能进行此种测试,使用时,也必须使三相负载尽量平衡。
另外,上述的不平衡负载一相为空载,另外两相为额定负载或者两相为空载,另一相为额定负载的条件较为严酷,有的机器是在不平衡负载为两相为额定负载,另一相为70%的额定负载或者一相为额定负载,另两相为70%的额定负载条件下来测试输出电压(各相电压,线电压)的稳压精度和三相输出不平衡度。
(3)当UPS逆变器的输入直流电压变化土15%,输出负载为0%—100%变化时,其输出电压值应保持在额定电压值±3%范围内。这一指标表面上与前面所述指标重复,但实际上它比前面的指标要求更高。这是因为控制系统的输人信号在大范围内变化时,表现出明显的非线性特性,要使输出电压不超出允许范围,对电路要求就更高了。
4.效率
UPS的效率可以通过测量UPS的输出功率与输入功率求得。UPS的效率主要决定于逆变器的设计。大多数UPS只有在50%—100%负载时才有比较高的效率,当低于50%负载时,其效率就急剧下降。厂家提供的效率指标也多是在额定直流电压,额定负载(cosφ=0.8)条件下的效率。用户选型时最好选取效率与输出功率的关系曲线和直流电压变化±15%时的效率。
效率等于输出有功功率比输入有功功率再乘以100%,输入功率不包含蓄电池的充电功率。测试是在正常条件下,负载为100%或50%的阻性负载情况下测量。从经济角度讲,机器的效率高,可以节省电费,选用容量时,其裕量系数也可以减小些。
3、系统的参数设置
BMS系统作为一个完整的监测系统,首先应该通用于直流220V系统、直流110V系统、直流48V系统,以及直流24V系统,设计时便考虑了其通用性,主监控模块和内阻检测模块是通用的,对于不同的系统,只需要增添数量不同的采集模块,同时,设定每一个采集模块的电池采样数量。因此,系统需要设定如下系统参数和报警参数:
1)采集模块数量
2)采集电池数量最少的采集模块的电池采集个数
3)后台通讯地址设置
4)后台通讯波特率设置
5)电池组浮充电压上下限
6)单电池浮充电压上下限
7)内阻阈值
8)容量报警
9)过流报警
10)温度异常
其中前四项为系统设定,后六项为报警设定。
4、电压、电流巡检与数据分析
最初的电池监测装置只是检测电池组的端电压、电流和温度,并将检测数据与设定的上下限比较,给出报警提示。电池巡检仪可以对每一个电池单体进行电压测量,并对浮充电压超限报警。
大多数电池厂家的技术人员将电压测量放在首位,对于处在浮充状态的电池,其浮充电压的细微差别可体现电池的荷电状态,能判断电池的严重失效,因浮充电流很小,电池之间的性能差异(以容量差异为主)很难表现出来。BMS对电池的完整工作过程进行监测,实时测量在充电、浮充、放电的不同状态下的电压、电流,并采用不同的数据处理方法,以提高数据分析的准确性。