開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器在全釩液流電池系統中的應用

摘要

    全釩液流電池系統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(gè)系統，對液流電池中各個(gè)部件的運行狀態(tài)進(jìn)行監控是*的一個(gè)過(guò)程，本文介紹了霍爾電流傳感器在全釩液流電池系統中的應用。

1. 引言

    釩電池，全稱(chēng)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(cháng)、規模大、安全可靠等突出的優(yōu)勢，成為大規模儲能的技術(shù)之一，未來(lái)在儲能行業(yè)具備無(wú)可估量的發(fā)展潛力。大規模儲能電池有三個(gè)基本要求：高安全性、生命周期性?xún)r(jià)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(lái)越多的電池制造商選用，作為電池系統電量監控的元器件，能滿(mǎn)足大規模儲能電池的三個(gè)基本要求。

全釩液流電池系統

2. 工作原理

    霍爾電流傳感器是根據霍爾效應制作的一種磁場(chǎng)傳感器。按原理可分為開(kāi)環(huán)（直放式）和閉環(huán)（磁平衡式）兩種工作方式?；趯?shí)際應用中開(kāi)環(huán)（直放式）原理傳感器結構相對緊湊、功耗小且成本較低，普遍采用開(kāi)環(huán)（直放式）原理霍爾電流傳感器應用于電池系統中的電流在線(xiàn)監測。

    開(kāi)環(huán)式霍爾電流傳感器又稱(chēng)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(guò)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(guò)運算放大器放大后，被調理成標準信號DC0-5V、DC4-20mA等，該輸出電壓信號大小與被測量的電流是線(xiàn)性比例關(guān)系。

開(kāi)環(huán)（直放式）原理

3. 產(chǎn)品介紹

3.1產(chǎn)品選型

    開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器具有測量雙向直流電流，過(guò)載能力強，反應速度快，高線(xiàn)性度 ，穿孔開(kāi)口式、維護方便等眾多優(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：

    一般情況下，根據輸入信號、外形、內孔尺寸來(lái)選擇霍爾電流傳感器。在傳感器行業(yè)內，江蘇安科瑞嚴格按照JB/T 7490-2007《霍爾電流互感器》行業(yè)標準規定的各項要求，相對于同行采用插針式接線(xiàn)不同，一律采用綠色可插拔端子，現場(chǎng)接線(xiàn)方便、可靠。常見(jiàn)的品牌產(chǎn)品如下表：

3.2產(chǎn)品外形

   根據用戶(hù)現場(chǎng)應用將外形分為閉口式開(kāi)環(huán)、開(kāi)口式開(kāi)環(huán)兩種，如下圖所示：

AHKC閉口式開(kāi)環(huán)組圖                          AHKC開(kāi)口式開(kāi)環(huán)組圖

3.3 技術(shù)指標

    響應時(shí)間：≤10us

    頻寬：20kHz

    失調電壓：±15mV

    工作溫度：-25～70℃

    存儲溫度：-40～80℃

    輸出負載：根據不同輔助電源、輸入信號、輸出信號而定

    輸入過(guò)載能力：輸入量程大值2倍可恢復正常工作

    耐壓：3.5kV/50Hz/1min

4. 應用

4.1對釩電池系統進(jìn)行監測

    作為一個(gè)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(lài)于對系統中各部件的系統監測，不允許出現故障，否則一切優(yōu)勢將不復存在。在釩液流電池系統中，存在兩個(gè)容器，分別盛放正極和負極的液體溶液，溶液的交換仰賴(lài)于的電磁泵的可靠運行，一旦該泵發(fā)生故障，交換活動(dòng)就會(huì )停止，電池也將停止運行。所以在整個(gè)電池系統中，磁力驅動(dòng)循環(huán)泵作為的一個(gè)存在機械運動(dòng)的部件，對其進(jìn)行可靠監控，才能保證系統的安全運行。所以該磁力驅動(dòng)循環(huán)泵的電流要進(jìn)行監控。此外電堆的放電電流，以及充電時(shí)的充電電流，也要監控起來(lái)，以監測電堆內部是否發(fā)生故障。

釩電池系統

    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，為了現場(chǎng)方便安裝，推薦采用開(kāi)口形式及可拆卸方式安裝，輸出0-5V。對于磁力泵的電流監測，由于電流較小，可以采用AHKC-EKA系列傳感器進(jìn)行監測即可。而對于電堆的充放電監測，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、看現場(chǎng)的設備是否已經(jīng)安裝好，傳感器有開(kāi)口的和閉口之分，閉口精度高，開(kāi)口精度差，在不能斷線(xiàn)的線(xiàn)的情況下需要選擇開(kāi)口，而且還需要考慮到以后對設備維護的時(shí)候更換傳感器能否斷線(xiàn)；

2、  使用中當大的直流電流流過(guò)傳感器原邊線(xiàn)圈，且次級電路沒(méi)有接通電源|穩壓器或副邊開(kāi)路，則其磁路被磁化，而產(chǎn)生剩磁，影響測量精度（故使用時(shí)要先接通電源和測量端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(xiàn)圈中通過(guò)同樣等級大小的交流電流并逐漸減小其值；；

3、  對于監測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，是否需要監測反向電流電壓，因為蓄電池存在充放電問(wèn)題；

4、  為了得到較好的動(dòng)態(tài)特性和靈敏度，注意原邊線(xiàn)圈和副邊線(xiàn)圈的耦合，要耦合得好，好用單根導線(xiàn)且導線(xiàn)*填滿(mǎn)霍爾傳感器模塊孔徑；

5、  在大多數場(chǎng)合，霍爾傳感器都具有很強的抗外磁場(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，但當有更強的磁場(chǎng)干擾時(shí)，要采取適當的措施來(lái)解決。通常方法有：

   ① 調整模塊方向，使外磁場(chǎng)對模塊的影響??；

   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 測量的佳精度是在額定值下得到的，當被測電流遠低于額定值時(shí)，要獲得佳精度，原邊可使用多匝，即：IpNp=額定安匝數。另外，原邊饋線(xiàn)溫度不應超過(guò)８０℃。

5. 結束語(yǔ)

    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(shí)高可靠性的系統依賴(lài)于高可靠性的監控系統的運行?；魻栯娏鱾鞲衅饕蚱浔姸鄡?yōu)點(diǎn)，通過(guò)對大電流進(jìn)行的檢測和控制，保證了電池系統安全可靠的運行。在整個(gè)監控系統中，霍爾電流傳感器是核心器件之一，能對異常狀況及時(shí)處理，直接決定著(zhù)系統的可靠性和長(cháng)期穩定性，為釩電池系統提供了堅實(shí)可靠的保障。

參考文獻：

[1]劉建英.霍爾傳感器在電參量測量中的應用. [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