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

      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有特點(diǎn),在新能源行業(yè)將發(fā)揮重要的作用。作為一個(gè)系統(tǒng),對(duì)液流電池中各個(gè)部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控是**的一個(gè)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(dòng)液態(tài)的氧化還原電池,也是一種新型清潔能源儲(chǔ)存裝置。在眾多儲(chǔ)能方案中,與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比,全釩液流電池儲(chǔ)能技術(shù)因其使用壽命長(zhǎng)、規(guī)模大、安全可靠等的優(yōu)勢(shì),成為大規(guī)模儲(chǔ)能的可以選擇技術(shù)之一,未來(lái)在儲(chǔ)能行業(yè)具備無(wú)可估量的發(fā)展?jié)摿?。大?guī)模儲(chǔ)能電池有三個(gè)基本要求:高安全性、生命周期及生命周期環(huán)境友好?;魻栯娏鱾鞲衅饔捎谄涞男阅軆?yōu)勢(shì),被越來(lái)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(chǔ)能電池的三個(gè)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(chǎng)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?shí)際應(yīng)用中開環(huán)(直放式)原理傳感器結(jié)構(gòu)相對(duì)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(cè)。

          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(cè)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(cè)到磁性的大小,并輸出微弱的電壓信號(hào),該微弱的電壓信號(hào)經(jīng)過運(yùn)算放大器放大后,被調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)DC0-5V、DC4-20mA等,該輸出電壓信號(hào)大小與被測(cè)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(cè)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(jì)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(shí)間

      霍爾電流傳感器

      0~20kHZ

      3.5kV

      10us

      互感器+儀表

      50Hz工頻測(cè)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(hào)、外形、內(nèi)孔尺寸來(lái)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(xiàng)要求,相對(duì)于**采用插針式接線不同,一律采用綠色可插拔端子,現(xiàn)場(chǎng)接線方便、可靠。常見的品牌產(chǎn)品如下表:

      常見品牌

      型號(hào)

      精度

      輔助電源

      接線方式

      江蘇安科瑞

      AHKC系列

      1級(jí)

      ±15V

      綠色插拔端子

      瑞士LEM

      HAS系列

      1級(jí)

      ±15V

      插針方式

      3.2產(chǎn)品外形

         根據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)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)

      • 響應(yīng)時(shí)間:≤10us
      • 頻寬:20kHz
      • 失調(diào)電壓:±15mV
      • 工作溫度:-25~70℃
      • 存儲(chǔ)溫度:-40~80℃
      • 輸出負(fù)載:根據(jù)不同輔助電源、輸入信號(hào)、輸出信號(hào)而定
      • 輸入過載能力:輸入量程大值2倍可恢復(fù)正常工作
      • 耐壓:3.5kV/50Hz/1min

      4. 應(yīng)用

      4.1對(duì)釩電池系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)

          作為一個(gè)高效的儲(chǔ)能裝置,釩液流電池有很多優(yōu)勢(shì),該優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮依賴于對(duì)系統(tǒng)中各部件的系統(tǒng)監(jiān)測(cè),不允許出現(xiàn)故障,否則一切優(yōu)勢(shì)將不復(fù)存在。在釩液流電池系統(tǒng)中,存在兩個(gè)容器,分別盛放正和負(fù)的液體溶液,溶液的交換仰賴于高效的電磁泵的可靠運(yùn)行,一旦該泵發(fā)生故障,交換活動(dòng)就會(huì)停止,電池也將停止運(yùn)行。所以在整個(gè)電池系統(tǒng)中,磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵作為一的一個(gè)存在機(jī)械運(yùn)動(dòng)的部件,必須對(duì)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(dòng)循環(huán)泵的電流必須要進(jìn)行監(jiān)控。此外電堆的放電電流,以及充電時(shí)的充電電流,也要監(jiān)控起來(lái),以監(jiān)測(cè)電堆內(nèi)部是否發(fā)生故障。

      釩電池系統(tǒng)

          因?yàn)榇嬖诔浞烹婋p向電流,故推薦使用雙向測(cè)量的直流霍爾電流變送器AHKC系列,為了現(xiàn)場(chǎng)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(duì)于磁力泵的電流監(jiān)測(cè),由于電流較小,可以采用AHKC-EKA系列傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)即可。而對(duì)于電堆的充放電監(jiān)測(cè),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(xiàng)

      1、看現(xiàn)場(chǎng)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(duì)設(shè)備維護(hù)的時(shí)候換傳感器能否斷線;

      2、  使用中當(dāng)大的直流電流流過傳感器原邊線圈,且次級(jí)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(cè)量精度(故使用時(shí)要先接通電源和測(cè)量端M),發(fā)生這種情況時(shí),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(jí)大小的交流電流并逐漸減小其值;;

      3、  對(duì)于監(jiān)測(cè)蓄電池組的霍爾電流傳感器、電壓傳感器選擇時(shí)需要注意,是否需要監(jiān)測(cè)反向電流電壓,因?yàn)樾铍姵卮嬖诔浞烹妴栴};

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

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

         ① 調(diào)整模塊方向,使外磁場(chǎng)對(duì)模塊的影響??;

         ② 在模塊上加罩一個(gè)抗磁場(chǎng)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(cè)量的佳精度是在額定值下得到的,當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)額定值時(shí),要獲得佳精度,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)過80℃。

      5. 結(jié)束語(yǔ)

          釩液流電池具有的先天優(yōu)勢(shì)即將得到大面積的推廣,同時(shí)高可靠性的系統(tǒng)依賴于高可靠性的監(jiān)控系統(tǒng)的有效運(yùn)行?;魻栯娏鱾鞲衅饕蚱浔姸鄡?yōu)點(diǎn),通過對(duì)大電流進(jìn)行精確的檢測(cè)和控制,保證了電池系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行。在整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中,霍爾電流傳感器是器件之一,能對(duì)異常狀況及時(shí)處理,直接決定著系統(tǒng)的可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性,為釩電池系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)可靠的**。

      參考文獻(xiàn):

      [1]劉建英.霍爾傳感器在電參量測(cè)量中的應(yīng)用. [M].中國(guó)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(cè),201407版

      作者簡(jiǎn)介:楊馨,女,本科,安科瑞電氣股份有限公司,主要研究方向?yàn)殡娏總鞲衅髟O(shè)計(jì),手機(jī):,座機(jī):,QQ:安科瑞     


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