開環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，全稱是全釩液流電池，是一種活性物質呈循環流動液態的氧化還原電池,也是一種新型清潔能源儲存裝置。在眾多儲能方案中，與其他儲能技術相比，全釩液流電池儲能技術因其使用壽命長、規模大、安全可靠等突出的優勢，成為大規模儲能的首選技術之一，未來在儲能行業具備無可估量的發展潛力。大規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境友好。霍爾電流傳感器由于其突出的性能優勢，被越來越多的電池制造商選用，作為電池系統電量監控的元器件，能滿足大規模儲能電池的三個基本要求。

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傳感器。按原理可分為開環（直放式）和閉環（磁平衡式）兩種工作方式。基于實際應用中開環（直放式）原理傳感器結構相對緊湊、功耗小且成本較低，普遍采用開環（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監測。

開環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、霍爾元件、放大器等組成。被測電流經過傳感器的穿孔，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過運算放大器放大后，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性比例關系。

開環（直放式）原理

3. 產品介紹

3.1產品選型

開環霍爾電流傳感器具有測量雙向直流電流，過載能力強，反應速度快，高線性度 ，穿孔開口式、維護方便等眾多優點。綜合了電流互感器和分流計的所有優點，克服了互感器和分流器的不足，如下表所示：

3.2產品外形

根據用戶現場應用將外形分為閉口式開環、開口式開環兩種，如下圖所示：

AHKC閉口式開環組圖 AHKC開口式開環組圖

3.3 技術指標

響應時間：≤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

輸入過載能力：輸入量程最大值2倍可恢復正常工作

耐壓：3.5kV/50Hz/1min

4. 應用

4.1對釩電池系統進行監測

作為一個高效的儲能裝置，釩液流電池有很多優勢，該優勢的發揮依賴于對系統中各部件的系統監測，不允許出現故障，否則一切優勢將不復存在。在釩液流電池系統中，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中，磁力驅動循環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控，才能保證系統的安全運行。所以該磁力驅動循環泵的電流必須要進行監控。此外電堆的放電電流，以及充電時的充電電流，也要監控起來，以監測電堆內部是否發生故障。

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測，由于電流較小，可以采用AHKC-EKA系列傳感器進行監測即可。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、看現場的設備是否已經安裝好，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|穩壓器或副邊開路，則其磁路被磁化，而產生剩磁，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，最好用單根導線且導線完全填滿霍爾傳感器模塊孔徑；

5、 在大多數場合，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，要采取適當的措施來解決。通常方法有：

① 調整模塊方向，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。另外，原邊饋線溫度不應超過８０℃。

5. 結束語

釩液流電池具有的先天優勢即將得到大面積的推廣，同時高可靠性的系統依賴于高可靠性的監控系統的有效運行。霍爾電流傳感器因其眾多優點，通過對大電流進行精確的檢測和控制，保證了電池系統安全可靠的運行。在整個監控系統中，霍爾電流傳感器是核心器件之一，能對異常狀況及時處理，直接決定著系統的可靠性和長期穩定性，為釩電池系統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：周菁，女，本科，江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要研究方向為電量傳感器設計，手機：18860995117，座機：0510-86179969，QQ:2880157872，郵箱：2880157872@qq.com。