霍爾電流傳感器在蓄電池在線監測中的應用

1 引言

蓄電池作為直流系統的電源是系統中十分關鍵的設備，必須對其進行規范合理、真實有效的日常維護。蓄電池在線監測裝置主要應用于發電廠、供電局等電力直流系統通信機房和基站、鐵路供電變電站金融、化工、企事業單位的UPS機房等后備電源使用場合。用于監測大容量蓄電池組的剩余電量、基本參數等，為蓄電池組的日常維護提供重要的依據、保證蓄電池組的可靠運行。

蓄電池在充放電時，對充放電電流大小有嚴格要求，本文詳細介紹了霍爾電流傳感器對蓄電池充放電電流監測的實現。

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，具有對磁場敏感、結構簡單、體積小、響應速度快能特點，按原理可分為開環（直放式）和閉環（磁平衡式），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蓄電池在線監測系統。

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

3 選型

3.1 產品介紹

霍爾電流傳感器結合了電流互感器和分流器的所有優點，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；分流器無法進行隔離檢測），同時還具有響應時間快（≤10us）、絕緣性強（耐壓3.5kV）、頻帶寬（≤20kHz）、體積小易于安裝等特點。

在傳感器行業內，江蘇安科瑞嚴格按照JB/T 7490-2007《霍爾電流傳感器》規定的各項要求，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場接線方便、可靠。同時針對不同現場應用設計出閉口式外形霍爾、開口式外形霍爾。一般情況下，可以根據輸入信號、外形、內控尺寸來選擇霍爾電流傳感器。

3.2 產品外形

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

常規測試蓄電池電流的方法是分流器（標準電阻）和霍爾感應式技術。一般而言，基于分流器技術的電流測試器的成本比霍爾式的低，但是其能耗較高，容易引起發熱及靜態放電現象，難以滿足某些苛刻的節能使用條件。此外，分流器技術是把測試設備串連在電池電路中，可能會引起電路噪聲和信息失真。霍爾技術的原理是霍爾元件感應在導流排或線束周圍的磁場，從而標定電流強度，因此在測試蓄電池組充放電電流時更穩定、可靠。

在某裝備的研制過程中，為保障裝備效能的正常發揮，需要實時掌握其內部集成的鉛酸蓄電池組的工作狀態，主要狀態參數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行實時檢測，該傳感器是利用霍爾原理的開環電流傳感器，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，系統中采用輸入50A對應5V輸出，即原邊回路的充放電±50 A電流對應副邊回路的額定電壓±5V。在實際工作中，放電時輸出最大電流對應為+5V，而充電時，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，結合系統所測直流電壓、單節蓄電池內阻值等其他參數可判斷出蓄電池組的健康狀態。

5 結束語

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

參考文獻：

（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.傳感器及其應用[M].北京：高等教育出版社，2003.

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。