顧沖

（安科瑞電氣股份有限公司，上海 嘉定  201801)

摘要：本文分析了霍爾電流傳感器的工作原理以及行業(yè)內(nèi)的產(chǎn)品特點(diǎn)及選型，淺談其在蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用

關(guān)鍵詞：霍爾電流傳感器 工作原理 充放電電流  蓄電池

1 引言

    蓄電池作為直流系統(tǒng)的電源是系統(tǒng)中十分關(guān)鍵的設(shè)備，必須對其進(jìn)行規(guī)范合理、真實(shí)有效的日常維護(hù)。蓄電池在線監(jiān)測裝置主要應(yīng)用于發(fā)電廠、供電局等電力直流系統(tǒng)通信機(jī)房和基站、鐵路供電變電站金融、化工、企事業(yè)單位的UPS機(jī)房等后備電源使用場合。用于監(jiān)測大容量蓄電池組的剩余電量、基本參數(shù)等，為蓄電池組的日常維護(hù)提供重要的依據(jù)、保證蓄電池組的可靠運(yùn)行。

    蓄電池在充放電時(shí)，對充放電電流大小有嚴(yán)格要求，本文詳細(xì)介紹了霍爾電流傳感器對蓄電池充放電電流監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)。

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，具有對磁場敏感、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、響應(yīng)速度快能特點(diǎn)，按原理可分為開環(huán)（直放式）和閉環(huán)（磁平衡式），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)用于蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)。

    霍爾電流傳感器開環(huán)（直放式）原理：當(dāng)原邊電流IP流過一根長導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周圍將產(chǎn)生磁場，磁場的大小與流過導(dǎo)線的電流成正比，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測量并放大輸出，其輸出電壓Vs精確的反映原邊電流IP。一般的額定輸出標(biāo)定為5V。     

3  選型

3.1 產(chǎn)品介紹

    霍爾電流傳感器結(jié)合了電流互感器和分流器的所有優(yōu)點(diǎn)，克服了互感器和分流器的不足（如：互感器只適用于50Hz工頻測量；分流器無法進(jìn)行隔離檢測），同時(shí)還具有響應(yīng)時(shí)間快（≤10us）、絕緣性強(qiáng)（耐壓3.5kV）、頻帶寬（≤20kHz）、體積小易于安裝等特點(diǎn)。

    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《霍爾電流傳感器》規(guī)定的各項(xiàng)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。同時(shí)針對不同現(xiàn)場應(yīng)用設(shè)計(jì)出閉口式外形霍爾、開口式外形霍爾。一般情況下，可以根據(jù)輸入信號、外形、內(nèi)控尺寸來選擇霍爾電流傳感器。

3.2 產(chǎn)品外形

 常見霍爾電流傳感器外形如下圖：

    閉口式外形霍爾電流傳感器             開口式外形霍爾電流傳感器

 3.3 技術(shù)指標(biāo)

• 響應(yīng)時(shí)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(fù)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

    常規(guī)測試蓄電池電流的方法是分流器（標(biāo)準(zhǔn)電阻）和霍爾感應(yīng)式技術(shù)。一般而言，基于分流器技術(shù)的電流測試器的成本比霍爾式的低，但是其能耗較高，容易引起發(fā)熱及靜態(tài)放電現(xiàn)象，難以滿足某些苛刻的節(jié)能使用條件。此外，分流器技術(shù)是把測試設(shè)備串連在電池電路中，可能會引起電路噪聲和信息失真。霍爾技術(shù)的原理是霍爾元件感應(yīng)在導(dǎo)流排或線束周圍的磁場，從而標(biāo)定電流強(qiáng)度，因此在測試蓄電池組充放電電流時(shí)更穩(wěn)定、可靠。

    在某裝備的研制過程中，為保障裝備效能的正常發(fā)揮，需要實(shí)時(shí)掌握其內(nèi)部集成的鉛酸蓄電池組的工作狀態(tài)，主要狀態(tài)參數(shù)包括電池組電壓和充放電電流。采用AHKC-E霍爾電流傳感器對充放電電流進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，該傳感器是利用霍爾原理的開環(huán)電流傳感器，原邊回路和副邊回路之間絕緣，可用于測量直交流脈沖和混合型電流，供電電壓±15 V，系統(tǒng)中采用輸入50A對應(yīng)5V輸出，即原邊回路的充放電±50 A電流對應(yīng)副邊回路的額定電壓±5V。在實(shí)際工作中，放電時(shí)輸出最大電流對應(yīng)為+5V，而充電時(shí)，輸出最大電流為-5V。通過觀察充放電過程中直流電流的變化特性，結(jié)合系統(tǒng)所測直流電壓、單節(jié)蓄電池內(nèi)阻值等其他參數(shù)可判斷出蓄電池組的健康狀態(tài)。

5 結(jié)束語

    霍爾電流傳感器通過監(jiān)測蓄電池充放電電流狀態(tài)解決了蓄電池組容量在線監(jiān)測和單體電池故障早期診斷的難題，為蓄電池日常維護(hù)提供重要的依據(jù)，保證蓄電池組的可靠運(yùn)行，在蓄電池在線監(jiān)測系統(tǒng)中起到了必不可少的作用。

參考文獻(xiàn)：

（1）江蘇安科瑞電器制造有限公司.電量傳感器選型手冊,201407版

（2）謝文和.傳感器及其應(yīng)用[M].北京：高等教育出版社，2003.