1. 引言
釩電池,全稱是全釩液流電池,是一種活性物質呈循環流動液態的氧化還原電池,也是一種新型清潔能源儲存裝置。在眾多儲能方案中,與其他儲能技術相比,全釩液流電池儲能技術因其使用壽命長、規模大、安全可靠等突出的優勢,成為大規模儲能的首選技術之一,未來在儲能行業具備無可估量的發展潛力。大規模儲能電池有三個基本要求:高安全性、生命周期性價比高及生命周期環境友好。霍爾電流傳感器由于(yu)其突出的(de)性(xing)能優勢,被(bei)越來越多的(de)電(dian)池(chi)制造商選用,作為電(dian)池(chi)系(xi)統電(dian)量監控(kong)的(de)元器(qi)件,能滿(man)足(zu)大規(gui)模儲能電(dian)池(chi)的(de)三個基本要求。
全釩液流電池系統
2. 工作原理
霍爾電流傳感(gan)器(qi)(qi)是(shi)根據霍爾效(xiao)應制作的(de)(de)一種(zhong)磁場傳感(gan)器(qi)(qi)。按(an)原(yuan)理(li)可分為(wei)開(kai)環(huan)(直放式)和閉(bi)環(huan)(磁平衡式)兩種(zhong)工作方(fang)式。基于實際應用中開(kai)環(huan)(直放式)原(yuan)理(li)傳感(gan)器(qi)(qi)結構相(xiang)對緊湊(cou)、功耗小(xiao)且成本較低,普(pu)遍采用開(kai)環(huan)(直放式)原(yuan)理(li)霍爾電流傳感(gan)器(qi)(qi)應用于電池系統中的(de)(de)電流在線監測。
開環(huan)式霍爾(er)(er)(er)電(dian)(dian)流傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)又稱直(zhi)放式霍爾(er)(er)(er)電(dian)(dian)流傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi),它(ta)是由原(yuan)邊(bian)電(dian)(dian)路、聚磁環(huan)、霍爾(er)(er)(er)元(yuan)件、放大器(qi)(qi)等組成。被測電(dian)(dian)流經(jing)過傳(chuan)(chuan)感(gan)(gan)器(qi)(qi)的穿孔,軟磁材料起到(dao)聚磁作(zuo)用,位于氣隙(xi)中的霍爾(er)(er)(er)元(yuan)件能檢測到(dao)磁性的大小(xiao),并輸出微(wei)弱的電(dian)(dian)壓信(xin)號(hao),該微(wei)弱的電(dian)(dian)壓信(xin)號(hao)經(jing)過運(yun)算放大器(qi)(qi)放大后,被調理成標準信(xin)號(hao)DC0-5V、DC4-20mA等,該輸出電(dian)(dian)壓信(xin)號(hao)大小(xiao)與被測量(liang)的電(dian)(dian)流是線(xian)性比例關系(xi)。
開環(直放式)原理
3. 產品介紹
3.1產品選型
開環霍爾電(dian)流(liu)(liu)(liu)傳感(gan)器具有測量雙向直流(liu)(liu)(liu)電(dian)流(liu)(liu)(liu),過(guo)載能(neng)力強,反應速度快,高線性度 ,穿(chuan)孔開口式(shi)、維(wei)護(hu)方便等(deng)眾多優點(dian)。綜合了電(dian)流(liu)(liu)(liu)互感(gan)器和(he)(he)分流(liu)(liu)(liu)計(ji)的(de)所(suo)有優點(dian),克(ke)服了互感(gan)器和(he)(he)分流(liu)(liu)(liu)器的(de)不足,如下表所(suo)示(shi):
方案分類 | 帶寬范圍 | 隔離性 | 響應時間 |
霍爾電流傳感器 | 0~20kHZ | 3.5kV | 10us |
互感器+儀表 | 50Hz工頻測量 | 3.5kV | 200ms |
分流器+儀表 | 直流 | 不隔離 | 200ms |
一般情況下,根據輸入(ru)信(xin)號、外形、內(nei)孔(kong)尺寸(cun)來選擇(ze)霍(huo)爾電(dian)流(liu)傳感器(qi)。在傳感器(qi)行業內(nei),江蘇安科(ke)瑞嚴(yan)格按照JB/T 7490-2007《霍(huo)爾電(dian)流(liu)互感器(qi)》行業標準規定的(de)各項要求(qiu),相對于同(tong)(tong)行采用(yong)插(cha)針式接線不同(tong)(tong),一律(lv)采用(yong)綠色可插(cha)拔端(duan)子,現場接線方便、可靠。常(chang)見的(de)品(pin)牌產品(pin)如下表:
常見品牌 | 型號 | 精度 | 輔助電源 | 接線方式 |
江蘇安科瑞 | AHKC系列 | 1級 | ±15V | 綠色插拔端子 |
瑞士LEM | HAS系列 | 1級 | ±15V | 插針方式 |
3.2產品外形
根據用戶(hu)現場應(ying)用將外形(xing)分為閉口式(shi)開(kai)環、開(kai)口式(shi)開(kai)環兩種(zhong),如下圖所示:
AHKC閉(bi)口式(shi)(shi)開環組(zu)(zu)圖 AHKC開口式(shi)(shi)開環組(zu)(zu)圖
3.3 技術指標
4. 應用
4.1對釩電池系(xi)統進(jin)行監(jian)測
作為一(yi)(yi)(yi)個(ge)高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)儲能裝(zhuang)置,釩液流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池有(you)很(hen)多優勢(shi),該(gai)優勢(shi)的(de)(de)(de)發(fa)揮依賴于對系統(tong)(tong)中(zhong)(zhong)各部(bu)(bu)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)系統(tong)(tong)監(jian)(jian)(jian)測,不(bu)允許出現故障(zhang)(zhang),否(fou)則一(yi)(yi)(yi)切(qie)優勢(shi)將(jiang)(jiang)不(bu)復存在(zai)。在(zai)釩液流(liu)(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池系統(tong)(tong)中(zhong)(zhong),存在(zai)兩個(ge)容器,分別盛放正極(ji)和(he)負極(ji)的(de)(de)(de)液體(ti)溶(rong)(rong)液,溶(rong)(rong)液的(de)(de)(de)交換(huan)仰賴于高(gao)效(xiao)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)磁(ci)泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)可(ke)靠(kao)運行(xing)(xing),一(yi)(yi)(yi)旦該(gai)泵(beng)(beng)發(fa)生故障(zhang)(zhang),交換(huan)活動就會停止,電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池也(ye)將(jiang)(jiang)停止運行(xing)(xing)。所(suo)以(yi)在(zai)整個(ge)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池系統(tong)(tong)中(zhong)(zhong),磁(ci)力(li)驅動循環(huan)泵(beng)(beng)作為唯(wei)一(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)一(yi)(yi)(yi)個(ge)存在(zai)機械(xie)運動的(de)(de)(de)部(bu)(bu)件(jian)(jian),必須(xu)對其(qi)進行(xing)(xing)可(ke)靠(kao)監(jian)(jian)(jian)控(kong),才能保證系統(tong)(tong)的(de)(de)(de)安全運行(xing)(xing)。所(suo)以(yi)該(gai)磁(ci)力(li)驅動循環(huan)泵(beng)(beng)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)必須(xu)要進行(xing)(xing)監(jian)(jian)(jian)控(kong)。此外(wai)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)堆的(de)(de)(de)放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu),以(yi)及充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)的(de)(de)(de)充電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu),也(ye)要監(jian)(jian)(jian)控(kong)起來,以(yi)監(jian)(jian)(jian)測電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)堆內(nei)部(bu)(bu)是否(fou)發(fa)生故障(zhang)(zhang)。
釩電池系統
因為存在(zai)充放(fang)電(dian)雙(shuang)向電(dian)流(liu),故推(tui)薦(jian)使用(yong)雙(shuang)向測(ce)量的直流(liu)霍爾電(dian)流(liu)變送(song)器AHKC系列(lie),為了現場方(fang)便安裝(zhuang),推(tui)薦(jian)采用(yong)開口形(xing)式及可(ke)拆(chai)卸方(fang)式安裝(zhuang),輸出(chu)0-5V。對(dui)于磁力泵的電(dian)流(liu)監(jian)測(ce),由于電(dian)流(liu)較(jiao)小,可(ke)以采用(yong)AHKC-EKA系列(lie)傳感器進行監(jian)測(ce)即(ji)可(ke)。而對(dui)于電(dian)堆的充放(fang)電(dian)監(jian)測(ce),由于存在(zai)大電(dian)流(liu)輸出(chu),故推(tui)薦(jian)采用(yong)AHKC-EKB系列(lie)。
4.2使用注意事項
1、看現(xian)場的(de)(de)設備是否(fou)已經安(an)裝好(hao),傳(chuan)感(gan)器有開(kai)口的(de)(de)和閉口之(zhi)分,閉口精度高,開(kai)口精度差(cha),在不能斷線的(de)(de)線的(de)(de)情況下需(xu)(xu)要選擇開(kai)口,而且(qie)還需(xu)(xu)要考(kao)慮到(dao)以后對設備維護(hu)的(de)(de)時候更換傳(chuan)感(gan)器能否(fou)斷線;
2、 使用(yong)中當大的直流(liu)(liu)(liu)電流(liu)(liu)(liu)流(liu)(liu)(liu)過傳感器(qi)原(yuan)(yuan)邊(bian)(bian)線圈(quan),且次級電路沒有(you)接(jie)通(tong)(tong)電源|穩壓器(qi)或副邊(bian)(bian)開路,則其(qi)磁路被磁化,而產生剩磁,影響(xiang)測(ce)量(liang)精度(故使用(yong)時要先接(jie)通(tong)(tong)電源和測(ce)量(liang)端M),發生這種情況時,要先進行(xing)退磁處理。其(qi)方法是次邊(bian)(bian)電路不加電源,而在原(yuan)(yuan)邊(bian)(bian)線圈(quan)中通(tong)(tong)過同樣等級大小的交流(liu)(liu)(liu)電流(liu)(liu)(liu)并逐漸減小其(qi)值;;
3、 對于監測(ce)蓄(xu)電池組的霍爾電流傳(chuan)感(gan)器、電壓傳(chuan)感(gan)器選(xuan)擇(ze)時(shi)需(xu)要(yao)注意,是否需(xu)要(yao)監測(ce)反向電流電壓,因為蓄(xu)電池存(cun)在(zai)充放電問題;
4、 為了得到較好(hao)的動態特性和靈敏度(du),必(bi)須注意(yi)原邊線圈和副邊線圈的耦(ou)合,要(yao)耦(ou)合得好(hao),最好(hao)用單(dan)根導線且導線完全填滿霍爾傳(chuan)感器模塊孔徑;
5、 在大多數場合,霍爾(er)傳感器都具有很強的(de)(de)抗外磁場干(gan)擾能力(li),一般(ban)在距(ju)離模塊5-10cm之間存在一個兩倍于工作(zuo)電流Ip的(de)(de)電流所產生的(de)(de)磁場干(gan)擾是可以忽略(lve)的(de)(de),但當(dang)有更強的(de)(de)磁場干(gan)擾時(shi),要(yao)采取適(shi)當(dang)的(de)(de)措施來解決。通常方法有:
① 調整(zheng)模塊(kuai)方向,使外磁場對模塊(kuai)的影響最小;
② 在模塊上加罩(zhao)一個抗磁場的金屬屏蔽罩(zhao);
③ 選(xuan)用帶雙霍爾(er)元件(jian)或多(duo)霍爾(er)元件(jian)的模塊;
④ 測(ce)量的(de)最佳精(jing)(jing)度是(shi)在額(e)定值下得(de)到的(de),當(dang)被測(ce)電流遠低于額(e)定值時,要獲得(de)最佳精(jing)(jing)度,原邊(bian)可使用(yong)多匝,即:IpNp=額(e)定安(an)匝數(shu)。另外,原邊(bian)饋線(xian)溫度不應超(chao)過80℃。
5. 結束語
釩液流(liu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池具有的(de)先天(tian)優(you)勢即將(jiang)得到大(da)面(mian)積的(de)推廣,同時高可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)的(de)系統依賴(lai)于高可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)的(de)監(jian)控系統的(de)有效運(yun)行(xing)。霍爾(er)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)傳(chuan)感器(qi)(qi)因其眾多優(you)點,通過(guo)對大(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)進(jin)行(xing)精確的(de)檢測和控制,保證了(le)電(dian)(dian)(dian)(dian)池系統安全可(ke)靠(kao)(kao)的(de)運(yun)行(xing)。在整個監(jian)控系統中,霍爾(er)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)傳(chuan)感器(qi)(qi)是核心器(qi)(qi)件之一,能對異常狀況及(ji)時處理,直接決定著系統的(de)可(ke)靠(kao)(kao)性(xing)和長(chang)期穩定性(xing),為釩電(dian)(dian)(dian)(dian)池系統提供了(le)堅實可(ke)靠(kao)(kao)的(de)保障(zhang)。
參考文獻:
[1]劉建英.霍爾傳感(gan)器(qi)在電參量(liang)(liang)測量(liang)(liang)中的應用. [M].中國民航學院,1999 .5
[2]江(jiang)蘇安科瑞電(dian)器(qi)制造有限公司.電(dian)量傳感器(qi)選型手(shou)冊(ce),201407版
作者簡介:陸曉君,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向為電量傳感器設計,手機:18702111592,座機:021-59104850,QQ:2880157865
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