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趙斌
（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定 214405)
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獨(dú)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)控是必不可少的一個(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(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、安全可靠等突出的優(yōu)勢(shì)，成為大規(guī)模儲(chǔ)能的首選技術(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Α４笠?guī)模儲(chǔ)能電池有三個(gè)基本要求：高安全性、生命周期性價(jià)比高及生命周期環(huán)境友好。霍爾電流傳感器由于其突出的性能優(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。
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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。基于實(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(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(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(guò)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。
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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(guò)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：
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方案分類
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帶寬范圍
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隔離性
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響應(yīng)時(shí)間
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霍爾電流傳感器
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0～20kHZ
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3.5kV
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10us
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互感器+儀表
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50Hz工頻測(cè)量
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3.5kV
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200ms
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分流器+儀表
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直流
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不隔離
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200ms
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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(chǎng)接線方便、可靠。常見的品牌產(chǎn)品如下表：
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常見品牌
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型號(hào)
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精度
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輔助電源
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接線方式
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江蘇安科瑞
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AHKC系列
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1級(jí)
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±15V
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綠色插拔端子
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瑞士LEM
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HAS系列
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1級(jí)
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±15V
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插針方式
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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：
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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(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，分別盛放正極和負(fù)極的液體溶液，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)泵作為唯一的一個(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。
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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)候更換傳感器能否斷線；
2、 使用中當(dāng)大的直流電流流過(guò)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)，要先進(jìn)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(guò)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?wèn)題；
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，最好用單根導(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)有更強(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)模塊的影響最小；
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)量的最佳精度是在額定值下得到的，當(dāng)被測(cè)電流遠(yuǎn)低于額定值時(shí)，要獲得最佳精度，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)超過(guò)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。霍爾電流傳感器因其眾多優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)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，霍爾電流傳感器是核心器件之一，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)可靠的保障。
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：趙斌，男，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)：18702111892，座機(jī)：021-69158305，QQ:2880157852,E-mail:2880157852@qq.com
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