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霍尔电流传感器在蓄电池在线监测中的应用

  摘要:本文分析了霍尔电流传感器的工作原理以及行业内的产品特点及选型,浅谈其在蓄电池在线监测系统中的应用

  关键词:霍尔电流传感器 工作原理 充放电电流 蓄电池

  1 引言

  蓄电池作为直流系统的电源是系统中十分关键的设备,必须对其进行规范合理、真实有效的日常维护。蓄电池在线监测装置主要应用于发电厂、供电局等电力直流系统通信机房和基站、铁路供电变电站金融、化工、企事业单位的UPS机房等后备电源使用场合。用于监测大容量蓄电池组的剩余电量、基本参数等,为蓄电池组的日常维护提供重要的依据、保证蓄电池组的可靠运行。

  蓄电池在充放电时,对充放电电流大小有严格要求,本文详细介绍了霍尔电流传感器对蓄电池充放电电流监测的实现。

  2 工作原理

  霍尔电流传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器,具有对磁场敏感、结构简单、体积小、响应速度快能特点,按原理可分为开环(直放式)和闭环(磁平衡式),基于实际应用中开环(直放式)原理传感器结构相对紧凑、功耗小且成本较低,普遍采用开环(直放式)原理霍尔电流传感器应用于蓄电池在线监测系统。

  霍尔电流传感器开环(直放式)原理:当原边电流IP流过一根长导线时,在导线周围将产生磁场,磁场的大小与流过导线的电流成正比,产生的磁场聚集在磁环内,通过磁环气隙中霍尔元件进行测量并放大输出,其输出电压Vs准确的反映原边电流IP。一般的额定输出标定为5V。

 

  3 选型

  3.1 产品介绍

  霍尔电流传感器结合了电流互感器和分流器的所有优点,克服了互感器和分流器的不足(如:互感器只适用于50Hz工频测量;分流器无法进行隔离检测),同时还具有响应时间快(≤10us)、绝缘性强(耐压3.5kV)、频带宽(≤20kHz)、体积小易于安装等特点。

  在传感器行业内,江苏安科瑞严格按照JB/T 7490-2007《霍尔电流传感器》规定的各项要求,相对于同行采用插针式接线不同,一律采用绿色可插拔端子现场接线方便、可靠。同时针对不同现场应用设计出闭口式外形霍尔、开口式外形霍尔。一般情况下,可以根据输入信号、外形、内控尺寸来选择霍尔电流传感器。

闭口式外形

开口式外形

  3.2 产品外形

  常见霍尔电流传感器外形如下图:

 

闭口式外形霍尔电流传感器                          开口式外形霍尔电流传感器

  3.3 技术指标

  ● 响应时间:≤10us

  ● 频宽:20kHz

  ● 失调电压:±15mV

  ● 工作温度:-25~70℃

  ● 存储温度:-40~80℃

  ● 输出负载:根据不同辅助电源、输入信号、输出信号而定

  ● 输入过载能力:输入量程最大值2倍可恢复正常工作

  ● 耐压:3.5kV/50Hz/1min

  4 应用

  常规测试蓄电池电流的方法是分流器(标准电阻)和霍尔感应式技术。一般而言,基于分流器技术的电流测试器的成本比霍尔式的低,但是其能耗较高,容易引起发热及静态放电现象,难以满足某些苛刻的节能使用条件。此外,分流器技术是把测试设备串连在电池电路中,可能会引起电路噪声和信息失真。霍尔技术的原理是霍尔元件感应在导流排或线束周围的磁场,从而标定电流强度,因此在测试蓄电池组充放电电流时更稳定、可靠。

  在某装备的研制过程中,为保障装备效能的正常发挥,需要实时掌握其内部集成的铅酸蓄电池组的工作状态,主要状态参数包括电池组电压和充放电电流。采用AHKC-E霍尔电流传感器对充放电电流进行实时检测,该传感器是利用霍尔原理的开环电流传感器,原边回路和副边回路之间绝缘,可用于测量直交流脉冲和混合型电流,供电电压±15 V,系统中采用输入50A对应5V输出,即原边回路的充放电±50 A电流对应副边回路的额定电压±5V。在实际工作中,放电时输出最大电流对应为+5V,而充电时,输出最大电流为-5V。通过观察充放电过程中直流电流的变化特性,结合系统所测直流电压、单节蓄电池内阻值等其他参数可判断出蓄电池组的健康状态。

  5 结束语

  霍尔电流传感器通过监测蓄电池充放电电流状态解决了蓄电池组容量在线监测和单体电池故障早期诊断的难题,为蓄电池日常维护提供重要的依据,保证蓄电池组的可靠运行,在蓄电池在线监测系统中起到了必不可少的作用。

  参考文献:

  (1)江苏安科瑞电器制造有限公司.电量传感器选型手册,201407版

  (2)谢文和.传感器及其应用[M].北京:高等教育出版社,2003.