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獨有特點，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行狀態(tài)進行監(jiān)控是必不可少的一個過程，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。

    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)模儲能的首選技術(shù)之一，未來在儲能行業(yè)具備無可估量的發(fā)展?jié)摿Α４笠?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。霍爾電流傳感器由于其突出的性能優(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。基于實際應(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)過運算放大器放大后，被調(diào)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，反應(yīng)速度快，高線性度 ，穿孔開口式、維護方便等眾多優(yōu)點。綜合了電流互感器和分流計的所有優(yōu)點，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(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)，江蘇安科瑞嚴格按照JB/T 7490-2007《霍爾電流互感器》行業(yè)標準規(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：

    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

    響應(yīng)時間：≤10us

    頻寬：20kHz

    失調(diào)電壓：±15mV

    工作溫度：-25～70℃

    存儲溫度：-40～80℃

    輸出負載：根據(jù)不同輔助電源、輸入信號、輸出信號而定

    輸入過載能力：輸入量程最大值2倍可恢復(fù)正常工作

    耐壓：3.5kV/50Hz/1min

    4. 應(yīng)用

    4.1對釩電池系統(tǒng)進行監(jiān)測

    作為一個高效的儲能裝置，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，分別盛放正極和負極的液體溶液，溶液的交換仰賴于高效的電磁泵的可靠運行，一旦該泵發(fā)生故障，交換活動就會停止，電池也將停止運行。所以在整個電池系統(tǒng)中，磁力驅(qū)動循環(huán)泵作為唯一的一個存在機械運動的部件，必須對其進行可靠監(jiān)控，才能保證系統(tǒng)的安全運行。所以該磁力驅(qū)動循環(huán)泵的電流必須要進行監(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)備維護的時候更換傳感器能否斷線；

    2、 使用中當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，要先進行退磁處理。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，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)場合，霍爾傳感器都具有很強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，但當有更強的磁場干擾時，要采取適當?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最小；

    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 測量的最佳精度是在額定值下得到的，當被測電流遠低于額定值時，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)的有效運行。霍爾電流傳感器因其眾多優(yōu)點，通過對大電流進行精確的檢測和控制，保證了電池系統(tǒng)安全可靠的運行。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：

    [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<