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開環(huán)霍爾電流傳感器在全釩液流電池系統(tǒng)中的應(yīng)用

瀏覽次數(shù):1203更新日期:2015-01-14

徐霜

(安科瑞電氣股份有限公司,上海 嘉定 201801)

摘要: 全釩液流電池系統(tǒng)具有其他如鋰電和鉛酸電池所不具備的*特點(diǎn),在新能源行業(yè)將發(fā)揮重要的作用。作為一個系統(tǒng),對液流電池中各個部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是*的一個過程,本文介紹了霍爾電流傳感器在全釩液流電池系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵字:開環(huán)霍爾電流傳感器 工作原理 釩電池系統(tǒng) 應(yīng)用

1. 引言

    釩電池,全稱是全釩液流電池,是一種活性物質(zhì)呈循環(huán)流動液態(tài)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(shù)相比,全釩液流電池儲能技術(shù)因其使用壽命長、規(guī)模大、安全可靠等突出的優(yōu)勢,成為大規(guī)模儲能的技術(shù)之一,未來在儲能行業(yè)具備無可估量的發(fā)展?jié)摿?。大?guī)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(huán)境友好?;魻栯娏鱾鞲衅饔捎谄渫怀龅男阅軆?yōu)勢,被越來越多的電池制造商選用,作為電池系統(tǒng)電量監(jiān)控的元器件,能滿足大規(guī)模儲能電池的三個基本要求。

全釩液流電池系統(tǒng)

2. 工作原理

    霍爾電流傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場傳感器。按原理可分為開環(huán)(直放式)和閉環(huán)(磁平衡式)兩種工作方式?;趯嶋H應(yīng)用中開環(huán)(直放式)原理傳感器結(jié)構(gòu)相對緊湊、功耗小且成本較低,普遍采用開環(huán)(直放式)原理霍爾電流傳感器應(yīng)用于電池系統(tǒng)中的電流在線監(jiān)測。

    開環(huán)式霍爾電流傳感器又稱直放式霍爾電流傳感器,它是由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾元件、放大器等組成。被測電流經(jīng)過傳感器的穿孔,軟磁材料起到聚磁作用,位于氣隙中的霍爾元件能檢測到磁性的大小,并輸出微弱的電壓信號,該微弱的電壓信號經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后,被調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號DC0-5V、DC4-20mA等,該輸出電壓信號大小與被測量的電流是線性比例關(guān)系。

開環(huán)(直放式)原理

3. 產(chǎn)品介紹

3.1產(chǎn)品選型

    開環(huán)霍爾電流傳感器具有測量雙向直流電流,過載能力強(qiáng),反應(yīng)速度快,高線性度 ,穿孔開口式、維護(hù)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)。綜合了電流互感器和分流計的所有優(yōu)點(diǎn),克服了互感器和分流器的不足,如下表所示:

方案分類

帶寬范圍

隔離性

響應(yīng)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(jù)輸入信號、外形、內(nèi)孔尺寸來選擇霍爾電流傳感器。在傳感器行業(yè)內(nèi),江蘇安科瑞嚴(yán)格按照J(rèn)B/T 7490-2007《霍爾電流互感器》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各項要求,相對于同行采用插針式接線不同,一律采用綠色可插拔端子,現(xiàn)場接線方便、可靠。常見的品牌產(chǎn)品如下表:

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(chǎn)品外形

   根據(jù)用戶現(xiàn)場應(yīng)用將外形分為閉口式開環(huán)、開口式開環(huán)兩種,如下圖所示:

AHKC閉口式開環(huán)組圖                          AHKC開口式開環(huán)組圖

3.3 技術(shù)指標(biāo)

4. 應(yīng)用

4.1對釩電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測

    作為一個的儲能裝置,釩液流電池有很多優(yōu)勢,該優(yōu)勢的發(fā)揮依賴于對系統(tǒng)中各部件的系統(tǒng)監(jiān)測,不允許出現(xiàn)故障,否則一切優(yōu)勢將不復(fù)存在。在釩液流電池系統(tǒng)中,存在兩個容器,分別盛放正和負(fù)的液體溶液,溶液的交換仰賴于的電磁泵的可靠運(yùn)行,一旦該泵發(fā)生故障,交換活動就會停止,電池也將停止運(yùn)行。所以在整個電池系統(tǒng)中,磁力驅(qū)動循環(huán)泵作為*的一個存在機(jī)械運(yùn)動的部件,對其進(jìn)行可靠監(jiān)控,才能保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。所以該磁力驅(qū)動循環(huán)泵的電流要進(jìn)行監(jiān)控。此外電堆的放電電流,以及充電時的充電電流,也要監(jiān)控起來,以監(jiān)測電堆內(nèi)部是否發(fā)生故障。

釩電池系統(tǒng)

    因為存在充放電雙向電流,故推薦使用雙向測量的直流霍爾電流變送器AHKC系列,為了現(xiàn)場方便安裝,推薦采用開口形式及可拆卸方式安裝,輸出0-5V。對于磁力泵的電流監(jiān)測,由于電流較小,可以采用AHKC-EKA系列傳感器進(jìn)行監(jiān)測即可。而對于電堆的充放電監(jiān)測,由于存在大電流輸出,故推薦采用AHKC-EKB系列。

4.2使用注意事項

1、看現(xiàn)場的設(shè)備是否已經(jīng)安裝好,傳感器有開口的和閉口之分,閉口精度高,開口精度差,在不能斷線的線的情況下需要選擇開口,而且還需要考慮到以后對設(shè)備維護(hù)的時候更換傳感器能否斷線;

2、  使用中當(dāng)大的直流電流流過傳感器原邊線圈,且次級電路沒有接通電源|穩(wěn)壓器或副邊開路,則其磁路被磁化,而產(chǎn)生剩磁,影響測量精度(故使用時要先接通電源和測量端M),發(fā)生這種情況時,要行退磁處理。其方法是次邊電路不加電源,而在原邊線圈中通過同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值;;

3、  對于監(jiān)測蓄電池組的霍爾電流傳感器、電壓傳感器選擇時需要注意,是否需要監(jiān)測反向電流電壓,因為蓄電池存在充放電問題;

4、  為了得到較好的動態(tài)特性和靈敏度,注意原邊線圈和副邊線圈的耦合,要耦合得好,用單根導(dǎo)線且導(dǎo)線*填滿霍爾傳感器模塊孔徑;

5、  在大多數(shù)場合,霍爾傳感器都具有很強(qiáng)的抗外磁場干擾能力,一般在距離模塊5-10cm之間存在一個兩倍于工作電流Ip的電流所產(chǎn)生的磁場干擾是可以忽略的,但當(dāng)有更強(qiáng)的磁場干擾時,要采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q。通常方法有:

   ① 調(diào)整模塊方向,使外磁場對模塊的影響zui??;

   ② 在模塊上加罩一個抗磁場的金屬屏蔽罩;

   ③ 選用帶雙霍爾元件或多霍爾元件的模塊;

   ④ 測量的*精度是在額定值下得到的,當(dāng)被測電流遠(yuǎn)低于額定值時,要獲得*精度,原邊可使用多匝,即:IpNp=額定安匝數(shù)。另外,原邊饋線溫度不應(yīng)超過80℃。

5. 結(jié)束語

    釩液流電池具有的先天優(yōu)勢即將得到大面積的推廣,同時高可靠性的系統(tǒng)依賴于高可靠性的監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行?;魻栯娏鱾鞲衅饕蚱浔姸鄡?yōu)點(diǎn),通過對大電流進(jìn)行的檢測和控制,保證了電池系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。在整個監(jiān)控系統(tǒng)中,霍爾電流傳感器是核心器件之一,能對異常狀況及時處理,直接決定著系統(tǒng)的可靠性和長期穩(wěn)定性,為釩電池系統(tǒng)提供了堅實可靠的保障。

參考文獻(xiàn):

[1]劉建英.霍爾傳感器在電參量測量中的應(yīng)用. [M].中國民航學(xué)院,1999 .5

[2]江蘇安科瑞電器制造有限公司.電量傳感器選型手冊,201407版

作者簡介:徐霜,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(shè)計

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