電池測試裝置、方法和系統的製作方法

2023-04-25 02:55:16

專利名稱：電池測試裝置、方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電池測試技術，具體涉及利用例如充放電儀等測試儀器對例如液流電池等電池單體或電池堆進行測試的電池測試裝置、方法和系統。
背景技術：
全釩液流儲能電池(all vanadium redox flow battery,VRB)以溶解於一定濃度硫酸溶液中的不同價態的釩離子為電池充放電時正負極電極反應的活性物質。全釩液流儲能電池除具有液流儲能電池的普遍優點外，由於電解質金屬離子只有釩離子一種，還能夠避免充放電時因為離子互串而導致的電解液汙染問題，並且釩電解質溶液可循環使用和再生利用，節約資源。電池測試是電化學能源研發和生產過程中的關鍵環節。目前在全釩液流電池單體測試中，並沒有一套標準化的產品出現，最主要的方式有三種第一，應用電化學測試設備測試；第二種是利用充放電電儀，例如，鉛酸蓄電池充放電電儀進行測試；第三種測試方法是利用恆流或恆壓電源進行充電，以恆電阻或用電器(即恆功率)進行放電。使用電化學測試設備多為高校或科研院所，如使用電化學工作站，或電化學綜合測試儀，這類設備一般提供較多的電化學測試功能，但是通常提供的電流強度較低，而且價格較高。以Princeton allpled reserch (PAR)PARSTAT 2273型電化學工作站為例，一臺的價格約在30萬元人民幣，但只能提供2A的電流輸出，要增大電流值，須購置另外的配件。在大功率全釩液流電池測試時不適用，或測試成本較為昂貴。使用恆流電源充電、使用恆電阻或用電器恆功率放電的方法雖然比較直觀，在一般示範項目、展覽中或一些物理學實驗室也比較常用，但這種測試方法充放電的電壓、電流很難自由調節，故在電化學測試中較為不便。充放電儀是目前企業最常用的測試手段，價格便宜，可以實現簡單的編程，這種充放電儀，為防止電池電壓過低，一般採用電壓、電流雙閉環控制。即在設定充放電電流時，同時設定電壓下限值為U0O當電池兩端電壓值U大於U0時，則按照設定的電流值進行充放電測試，當電池兩端電壓值U小於U0時，則不符合啟動條件，充放電儀不啟動。一般充放電儀是針對鉛酸蓄電池設計的，鉛酸蓄電池單體額定電壓為2V，一個電池組由6片單體電池組成，額定電壓是12V。對於全釩液流電池來說，電池單體充滿時開路電壓OCV值一般不超過 1. 65V，放完時一般不超過1. 3V，放電後的工作電壓會更低，有時會小於IV，故不完全適用。 因此經常做法是要求廠家定做設備，增加摩斯電路，因此，使用一臺充放電儀就需要定做一臺，由此帶來較高的技術改造費用和較長的周期。此外，電化學測試設備及充放電儀只能記錄電池的電壓、電流以及單體電池(或電堆，即，由電池單體通過串聯或並聯組成的電池組)溫度的變化特徵，對於釩電池運行的其他工藝參數狀態(如電解液流速或流量，電解液溫度、儲液罐內電解液液位變化等)無法記錄。即，在測試過程中無法耦合電池性能與電池運行狀態的對應關係。另外，液流電池在運行過程中電解液是在電池內外循環的，且對溫度較為敏感，已發生過電解質析出而阻塞管路、碳氈電極表面雜質堵塞管路、電解液洩漏或副反應(如發生水電解反應)等問題。又由於全釩液流電池容量與功率相對獨立，有些情況下連續測試時間要遠遠長於其他種類的電池，因此對測試的便捷性和安全性有非常高的要求。

發明內容
針對現有技術中的一個或多個問題，本發明的一個目的是提供一種電池測試裝置、方法和系統，其利用例如充放電儀等測試儀器對例如液流電池等電池單體或電池堆進行測試。根據本發明一方面，提供了一種電池測試裝置，包括測試儀器，與待測試的電池相連，用於執行電池測試；以及電壓補償裝置，連接在電池與測試儀器之間，用於對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試。 根據本發明實施例，當電池兩端電壓不小於測試儀器啟動電壓時，電壓補償裝置不提供補償電壓；當電池兩端電壓小於測試儀器啟動電壓時，電壓補償裝置提供補償電壓。根據本發明實施例，電壓補償裝置包括補償電源、電流限制器和補償控制器，電流限制器與測試儀器、補償控制器、補償電源以及電池相連，補償電源用於提供補償電壓，所述補償電壓對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償；電流限制器用於將通過電壓補償裝置的電流限制到零或接近零；以及補償控制器用於根據測試儀器啟動電壓和電池兩端電壓來控制所述補償電源，並根據電池兩端電壓和補償電壓來控制電流限制器。根據本發明實施例，電池包括液流電池單體或電池堆，測試儀器包括充放電儀。備選地，電池包括全釩液流電池。根據本發明另一方面，提供了一種電池測試方法，包括如下步驟在利用測試儀器測試電池的情況下，當電池兩端電壓小於測試儀器啟動電壓時，提供補償電壓，對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試。根據本發明實施例，測試方法還包括當電池兩端電壓與補償電壓不相等時，進行電流限制，以將通過電壓補償裝置的電流限制到零或接近零。根據本發明又一方面，提供了一種電池測試系統，包括測試儀器，用於執行電池測試；電池監測裝置，用於監測電池測試過程中電池的狀態，並提供有關電池狀態的信息， 其中，有關電池狀態的信息包括電池兩端電壓；電壓補償裝置，連接在電池與測試儀器之間，電壓補償裝置從電池監測裝置獲得電池兩端電壓，並對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試；以及分析控制裝置，與測試儀器和電池監測裝置相連，用於從電池監測裝置獲得有關電池狀態的信息以及從測試儀器獲得測試結果，分析有關電池狀態的信息以及測試結果，並根據分析結果控制測試儀器和電池監測裝置的操作。根據本發明實施例，當有關電池狀態的信息的分析結果顯示了電池狀態異常、或者測試儀器發生故障時，分析控制裝置向測試儀器和電池監測裝置發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，測試系統還包括一個或多個滲漏檢測器，安裝在測試系統中易於發生電池電解液滲漏的一個或多個位置處，並連接至分析控制裝置，每個滲漏檢測器用於檢測電池電解液的滲漏，並在檢測到滲漏發生時向分析控制裝置通知發生了滲漏。根據本發明實施例，當有關電池狀態的信息的分析結果顯示了電池狀態異常時， 或者測試儀器發生故障時，或者當滲漏檢測器向分析控制裝置通知發生了滲漏時，分析控制裝置向測試儀器和電池監測裝置發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，測試儀器包括充放電儀。電池監測裝置包括電壓檢測器、電流檢測器、以及電池溫度檢測器。有關電池狀態的信息包括電壓檢測器檢測到的電壓、電流檢測器檢測到的電流或電池溫度檢測器檢測到的電池溫度。當電壓、電流和電池溫度之一超過預定值範圍時，分析結果顯示電池狀態異常，分析控制裝置發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，測試系統還包括正極電解液儲液罐和負極電解液儲液罐，用於存儲要提供給電池的電解液。根據本發明實施例，電池監測裝置還包括如下中的一個或多個正極氣壓檢測器、負極氣壓檢測器、正極電解液流量測試器、負極電解液流量測試器、正極進液計量泵、負極進液計量泵、正極電解液溫度檢測器、負極電解液溫度檢測器。有關電池狀態的信息還包括正極氣壓、負極氣壓、正極電解液流量、負極電解液流量、正極計量泵泵速、負極計量泵泵速、正極電解液溫度、負極電解液溫度中的一個或多個。當上述有關電池狀態的信息之一超過預定值範圍時，分析結果顯示電池狀態異常，分析控制裝置發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，利用電壓補償裝置，可提供補償電壓用於充放電儀的啟動，從而解決了例如鉛酸蓄電池充放電儀等測試儀器在液流電池電壓較低不能啟動的問題，提供了成本低、操作方便的電池測試。此外，針對液流電池，提供了滲漏檢測槽與滲漏測試器結合而成的滲漏檢測器，能夠及時、方便地檢測到電解液滲漏。此外，測試系統能夠進行連鎖控制，確保在電池狀態異常、測試儀器發生故障或者電解液滲漏情況下自動進行連鎖控制， 停止系統運行，保證無人值守狀態下的安全性。


下面的附圖表明了本發明的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發明的一些實施例。圖1是根據本發明實施例的電池測試裝置的示意框圖；圖2是圖1中電壓補償裝置的補償控制器的示意框圖；圖3是圖1中電壓補償裝置的電流限制器的示例；圖4是根據本發明實施例的電池測試方法的流程圖；圖5是根據本發明實施例的電池測試系統的示意框圖；圖6是根據本發明另一實施例的電池測試系統的示意框圖；圖7是圖6中滲漏檢測器的示例；圖8示出了根據本發明實施例的電池測試系統的示例。圖9示出了圖8示例中電壓補償模塊的示例構成。
具體實施例方式下面詳細說明本發明實施例的電池測試裝置、方法和系統。在接下來的說明中，一些具體的細節，例如實施例中的具體電路結構和這些電路元件的具體參數，都用於對本發明的實施例提供更好的理解。本技術領域的技術人員可以理解，即使在缺少一些細節或者其他方法、元件、材料等結合的情況下，本發明的實施例也可以被實現。下面的描述以液流電池單體或電池堆，例如全釩液流電池單體或電池堆為例，但是，本發明實施例不限於此，而是還可以應用於其他多種電池及其組合形式。在接下來的詳細說明中，將以充放電電儀，例如鉛酸蓄電池充放電電儀，作為測試儀器，對本發明實施例進行闡述，以使本領域技術人員能夠更好的理解本發明實施例。然而本領域的技術人員應該理解，這些說明只是示例性的，並不用於限定本發明的範圍，而是還可以採用其他任意適合的電池測試儀器。圖1是根據本發明實施例的電池測試裝置的示意框圖，圖中還示出了表示電池的方框，以使本領域技術人員能夠更好的理解本發明實施例。電池測試裝置總體示為10，包括測試儀器14，與待測試的電池相連，用於執行電池12測試；以及電壓補償裝置16，連接在電池12與測試儀器14之間，用於對測試儀器14啟動電壓與電池12兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器14執行測試。例如，電池12是液流電池單體或電池堆，例如全釩液流儲能電池VRB，測試儀器14是充放電電儀，例如常用的鉛酸蓄電池充放電電儀。如背景技術中所述，一般的充放電儀具有設定的電壓下限值UciQ卩，啟動電壓)，當待測試的電池兩端電壓值U大於Utl時，則進行充放電測試，當電池兩端電壓值U小於Utl時， 則不符合啟動條件，充放電儀不啟動。由於充放電儀通常是針對鉛酸蓄電池設計的，全釩液流電池兩端的電壓通常低於充放電儀的啟動電壓，導致充放電儀無法啟動。為了解決該問題並且為了能夠以低成本方便地利用常用的充放電儀測試全釩液流電池，本發明實施例提供了連接在電池12與測試儀器14之間的電壓補償裝置16，當電池12兩端電壓U小於測試儀器14啟動電壓Utl，導致無法啟動充放電儀時，電壓補償裝置16提供補償電壓U1,對測試儀器14啟動電壓與電池12兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器14執行測試。 例如，補償電壓仏可以是電壓補償裝置16根據測試儀器14啟動電壓與電池12兩端電壓之差獲得的。此外，補償電壓仏可以是在考慮到電池12的本身內阻等特性，通過理論計算或實驗確定在測試儀器14與電池12之間的電流(以下稱為電池電流)不為零時電池12兩端電壓U的最小值情況下預先設定的，從而保證在充放電電流不等於0時，電池12兩端電壓U始終大於補償電壓U1。如圖1所示，電壓補償裝置16包括補償電源160、電流限制器162和補償控制器 164，電流限制器162與測試儀器14、補償控制器164、補償電源160以及電池12相連。補償電源160用於提供補償電壓仏。例如，補償電源160可以是直流-直流(DC-DC)電源。 電流限制器162將通過電壓補償裝置16的電流限制到零或接近零，即，將由於補償電壓U1 與電池兩端電壓U不相等而導致的電流流動限制到零或接近零，以防止或減小電壓補償裝置16對電池測試造成的影響。補償控制器164根據測試儀器啟動電壓U0和電池兩端電壓 U來控制補償電源160，並根據電池兩端電壓U和補償電壓U1來控制電流限制器162。具體而言，當電池兩端電壓U不小於測試儀器啟動電壓U0時，補償控制器164不進行操作，或者控制補償電源160不提供補償電壓仏當電池兩端電壓U小於測試儀器啟動電壓Utl時，補償控制器164控制補償電源160提供補償電壓仏。測試啟動後，即電池電流不為零時，電池兩端電壓U—般不等於補償電壓U1，補償控制器164控制電流限制器162進行電流限制，以將通過電壓補償裝置16的電流限制到零或接近零。圖2是圖1中電壓補償裝置16的補償控制器164的示意框圖，補償控制器164包括電壓輸入模塊210，用於輸入電池兩端電壓U ；控制模塊212，連接至電壓輸入模塊210，用於從電壓輸入模塊210接收電池兩端電壓U，將電池兩端電壓U與測試儀器啟動電壓U0相比較，根據比較結果產生補償控制指令，以及將電池兩端電壓U與提供的補償電壓U1進行比較，根據比較結果產生電流限制指令；以及指令輸出模塊214，從控制模塊212接收補償控制指令和電流限制指令，並分別輸出至補償電源160和電流限制器162。補償電源160和電流限制器162分別接收補償控制指令和電流限制指令，並根據補償控制指令和電流限制指令進行相應的操作。根據本發明實施例，電壓輸入模塊210可以連接至例如電壓檢測器(未示出)等用於測量電池12兩端電壓U的裝置，以輸入電池12兩端電壓U。根據本發明實施例，當電池兩端電壓U小於測試儀器啟動電壓U0時，控制模塊212 產生補償控制指令，該補償控制指令指示了需要提供補償電壓以及/或者需要提供的補償電壓的值。當電池兩端電壓U不等於補償電壓U1時，控制模塊212產生電流限制指令，該電流限制指令指示了需要進行電流限制。根據本發明實施例，控制模塊212可以是例如單片機、微控制器、微處理器等可編程器件。圖3是圖1中電壓補償裝置16的電流限制器162的示例。根據該示例，電流限制器162包括電流截止器件310和可變電阻312。電流截止器件310的一端連接至補償電源 160，另一端連接至電池12和測試儀器14，使得在補償電壓U1小於電池兩端電壓U時截止通過電壓補償裝置16的電流。根據本發明實施例，電流截止器件310可以是例如二極體等器件，其陽極與補償電源160相連，陰極與電池12和測試儀器14相連，從而在U1 < U時被截止，以截斷補償電源160與電池12和測試儀器14之間的電流流動，從而使得通過電壓補償裝置16的電流為零。可變電阻312的一端連接至補償控制器164，另一端連接至電池12和測試儀器 14，從而在補償電壓U1大於電池兩端電壓U時，在補償控制器164的控制下，增大可變電阻 312的電阻值，使得通過電壓補償裝置16的電流接近零。如上所述，根據本發明實施例，可以預先設定在電池電流不為零時的電池12兩端電壓U始終大於補償電壓仏，確保將通過電壓補償裝置16的電流截止，防止了電壓補償裝置16的操作對電池測試造成的影響。以上參照圖1-3具體描述了根據本發明實施例的電池測試裝置10，其中加入了電壓補償裝置16。雖然圖中示出電壓補償裝置16與測試儀器14結合在電池測試裝置10中， 但是本領域技術人員可以理解，電壓補償裝置16與測試儀器14可以是分立的，可以根據需要將電壓補償裝置16應用於其他測試儀器。本領域技術人員可以理解，在本發明實施例中，利用價格相對低廉且技術相對成熟的鉛酸蓄電池充放電儀為基礎設備，以及全釩液流電池的技術需求為指導，加入電壓補償裝置，解決了由於全釩液流電池電壓低而導致的充放電儀無法啟動問題，使得鉛酸蓄電
8池充放電儀能夠靈活地適用於不同情況的全釩液流電池充放電測試。由於鉛酸蓄電池充放電儀為市場成熟產品，產品資源豐富，可以減少全釩液流電池測試系統的研發周期。相對於現有技術中為測試液流電池而定做充放電儀的方法，本發明具有成本低、操作方便、系統開發周期短等優點。下面參照圖4描述根據本發明實施例的電池測試方法，圖4示出了電池測試方法 400的具體流程圖，例如，可以利用圖1示出的電池測試裝置10進行圖4所示方法。在利用測試儀器14測試電池12的情況下，當電池兩端電壓U小於測試儀器啟動電壓U0時，電壓補償裝置16提供補償電壓仏，對測試儀器啟動電壓Utl與電池兩端電壓U之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器14執行測試。此外，當電池兩端電壓U與補償電壓U1不相等時，電壓補償裝置16進行電流限制，以將由於電池兩端電壓U與補償電壓U1不相等而引起的電流流動限制到零或接近零。如圖4所示，在開始進行利用測試儀器14測試電池12時，在步驟402，比較電池兩端電壓U與測試儀器啟動電壓U。。在步驟404，如果電池兩端電壓U小於測試儀器啟動電壓U0,則在步驟406產生如上所述的補償控制指令，在步驟408根據補償控制指令提供補償電壓U」並在步驟410啟動測試儀器14進行測試。在步驟404，如果電池兩端電壓U不小於測試儀器啟動電壓U0,則電壓補償裝置16不進行補償操作，在步驟410測試儀器14直接啟動進行測試。在步驟412，比較電池兩端電壓U與補償電壓Up在步驟414，如果電池兩端電壓U與補償電壓U1不相等，則在步驟416產生如上所述的電流限制指令，在步驟418 根據電流限制指令進行電流限制。根據本發明實施例，測試方法400還可以包括如下初始步驟設定補償電壓U1，使得補償電壓U1始終小於電池兩端電壓U,以便將電流限制到零。雖然順序地示出了上述步驟，但是本領域技術人員可以理解，上述步驟的順序可以改變或者可以並行地執行，例如提供補償電壓的步驟與電流限制步驟是可以並行執行的。下面參照圖5描述根據本發明一個實施例的電池測試系統50。圖中還示出了表示電池12的方框，以使本領域技術人員能夠更好的理解本發明實施例。為了清楚起見，僅僅簡單示出了各個組件及其之間的連接關係，甚至省略了一些連接關係。但是，本領域技術人員基於以上針對本發明實施例的詳細描述，結合本領域的電池測試技術，能夠理解圖5所示示例僅僅是為了闡述和示意目的，而非限制性的。圖中電池測試系統50可以包括測試儀器52，用於執行電池測試；電池監測裝置M，用於監測電池測試過程中電池12的狀態，並提供有關電池狀態的信息，其中，有關電池狀態的信息包括電池兩端電壓U;電壓補償裝置 56，連接在電池12與測試儀器52之間，電壓補償裝置56從電池監測裝置M獲得電池兩端電壓U,並對測試儀器52啟動電壓U0與電池兩端電壓U之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器52執行測試；以及分析控制裝置58，與測試儀器52和電池監測裝置M相連，用於從電池監測裝置M獲得有關電池狀態的信息以及從測試儀器52獲得測試結果，分析有關電池狀態的信息以及測試結果，並根據分析結果控制測試儀器52和電池監測裝置M的操作。根據本發明實施例，測試儀器52可以是如上參照圖1描述的測試儀器14，電壓補償裝置56可以是如上參照圖1-3描述的電壓補償裝置16。測試儀器52和電壓補償裝置 56可以結合在一起作為上述電壓測試裝置10，也可以作為分立的部件。為避免贅述，這裡不再對電壓補償裝置56的構成和操作進行詳細描述。根據本發明實施例，分析控制裝置58還可以啟用針對電池測試系統50的安全功能，例如連鎖功能。具體而言，當分析控制裝置58分析有關電池狀態的信息，並且確定出現了電池狀態異常時、或者發現測試儀器發生故障時，分析控制裝置58向測試儀器52和電池監測裝置M發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，分析控制裝置58 還可以發出報警。根據本發明實施例，電池監測裝置M可以包括電壓檢測器、電流檢測器、以及電池溫度檢測器，用於對電池兩端電壓、流過電池的電流強度以及電池的溫度進行檢測，並提供相應的檢測值作為電池狀態信息。電池監測裝置M將這些檢測值提供給分析控制裝置 58，分析控制裝置58分析這些檢測值中的一個或多個是否超出預定值範圍，並且在這些檢測值之一超過預定值範圍時，確定出現了電池狀態異常，並向測試儀器52和電池監測裝置 54發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，可以為檢測值設定兩個預定值範圍安全值範圍與連鎖值範圍。當這些檢測值之一超過安全值範圍而在連鎖值範圍內時，分析控制裝置58發出報警， 並且可以向用戶通知報警原因。當這些檢測值之一超過連鎖值預定值範圍時，分析控制裝置58發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。例如，分析控制裝置58可以通過連鎖指令首先切斷電池充電或放電的電流，再中止測試儀器52和電池監測裝置M的操作，最後切斷總電源。由於具有連鎖安全功能，測試系統50能夠進行連鎖控制，確保在電池狀態異常、 或測試儀器發生故障時自動進行連鎖控制，停止系統運行，保證無人值守狀態下的安全性。下面參照圖6描述根據本發明另一個實施例的電池測試系統60。圖中還示出了表示電池12的方框，以使本領域技術人員能夠更好的理解本發明實施例。為了清楚起見， 僅僅簡單示出了各個組件及其之間的連接關係，甚至省略了一些連接關係。但是，本領域技術人員基於以上針對本發明實施例的詳細描述，結合本領域的電池測試技術，能夠理解圖6 所示示例僅僅是為了闡述和示意目的，而非限制性的。電池測試系統60與圖5所示測試系統50相比，增添了一個或多個滲漏檢測器62 (為示出方便，僅示出了一個滲漏檢測器62)， 安裝在測試系統60中易於發生電池電解液滲漏的一個或多個位置處，並連接至分析控制裝置58，每個滲漏檢測器62用於檢測電池電解液的滲漏，並在檢測到滲漏發生時向分析控制裝置58通知發生了滲漏。此外，針對液流電池，測試系統60還包括正極電解液儲液罐64 和負極電解液儲液罐66，用於存儲要提供給電池12的電解液。如上所述，電池12可以是例如全釩液流電池，液流電池在運行過程中電解液是在電池內外循環的，且對溫度較為敏感，容易發生過電解質析出而阻塞管路、碳氈電極表面雜質堵塞管路、電解液洩漏或副反應(如發生水電解反應)等問題，導致系統內電解液流動阻力增加，乃至發生局部或全部密封失效，造成電解液洩露。對此，提供了上述滲漏檢測器62， 滲漏檢測器62可以具有不同的尺寸，分別安裝在水泵、接口、電池堆等電解液易於滲漏處。在測試系統10中，滲漏檢測器62在檢測到滲漏發生時向分析控制裝置58通知發生了洩漏，繼而分析控制裝置58發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。由此，可以及時、 方便地檢測到電解液滲漏並採取相應的安全措施。此外，對於液流電池，除了電池的電壓、電流以及單體電池(或電池堆，即，由電池單體通過串聯或並聯組成的電池組)溫度的變化特徵之外，在進行測試時還有必要關注電池運行的其他工藝參數狀態(如電解液流速或流量，電解液溫度、儲液罐內電解液液位變化等)。對此，根據本發明實施例，電池監測裝置M還包括如下中的一個或多個正極氣壓檢測器、負極氣壓檢測器、正極電解液流量測試器、負極電解液流量測試器、正極進液計量泵、負極進液計量泵、正極電解液溫度檢測器、負極電解液溫度檢測器。這些組件的功能是檢測相應的數值，均可使用現有技術或成熟產品來實現。例如，正極電解液溫度檢測器、負極電解液溫度檢測器分別與正極電解液儲液罐64和負極電解液儲液罐66相連，分別檢測正極電解液溫度、負極電解液溫度。正極氣壓檢測器和負極氣壓檢測器可以分別與正極電解液儲液罐64和負極電解液儲液罐66相連，對電解液循環內部氣壓的檢測。本領域技術人員可以理解，在電池充放電過程當中，不免會發生副反應，其中一個反應就是電解液主要溶劑(水)發生電解，變為氫氣和氧氣，使得正負極儲罐內壓力上升。另外負極要通入惰性保護氣體，負極氣壓檢測器也是控制惰性保護氣體壓力的一個手段。此外，根據本發明實施例，在電池運行過程當中，由於電路、儀器、電池內阻在通電過程中產生焦耳熱，或由於泵傳輸零部件摩擦也會產生熱量，電池發生反應也會伴隨著熱效應等，熱量通過電解液循環而積聚，最終導致電解液或電池溫度上升。因此，還可以提供正極散熱器和正極散熱器，對電解液向周圍環境進行換熱控制，以控制電解液及電池溫度。在測試系統60中，除了電池兩端電壓、流過電池的電流強度以及電池的溫度之外，電池監測裝置M將上述部件提供的例如正極氣壓、負極氣壓、正極電解液流量、負極電解液流量、正極計量泵泵速、負極計量泵泵速、正極電解液溫度、負極電解液溫度中的一個或多個檢測值提供給分析控制裝置58，分析控制裝置58分析這些檢測值中的一個或多個是否超出預定值範圍，並且在這些檢測值之一超過預定值範圍時，確定出現了電池狀態異常，並發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。根據本發明實施例，分析控制裝置58可以與電池監測裝置M所包括的每一個檢測或測試部件相連，並在確定出現了電池狀態異常，發出連鎖指令，停止所有部件的運行。圖7示出了圖6中滲漏檢測器62的示例，為清楚起見，圖7僅僅示出了滲漏檢測器62的主體功能部分。如圖7所示，滲漏檢測器62包括滲漏檢測槽70、以及在槽底位置放置的滲漏測試器72。在發生電解液滲漏時，滲漏的電解液沿滲漏檢測槽70的槽壁下流到滲漏測試器72，激活滲漏測試器72，從而檢測到滲漏發生。同時，該滲漏檢測器槽壁面積遠大於洩漏點的面積，當洩露出發生非豎直方向的電解液洩漏時(如內部壓力過高造成的電解液噴射)，槽壁可以收集並檢測非豎直方向洩漏的電解液，亦可防止部分或全部電解液噴射到人或地面，起到一定的安全保護作用。本領域技術人員可以理解，滲漏檢測槽70可以根據安裝的位置，具有不同的尺寸、結構和形狀，以便於將滲漏的電解液引導至滲漏測試器72。例如，滲漏檢測槽70的彎折角度可以發生改變。如圖所示，角度θ取值可以為0° 至180°，一般取值為10°至45°，最佳取值區間為10°至30°。可以在槽內最下端安裝滲漏測試器72，但是也可以根據滲漏檢測槽70的形狀、結構和尺寸，安裝在滲漏測試器72 上不同的位置處。滲漏測試器72可以是能夠由電解液導通的檢測電路。在電解液無滲漏過程中，滲漏測試器72始終保持斷路。當有電解液滲漏時，電解液沿槽壁下流至滲漏測試器72安裝處，由於電解液中的自由離子，使得液滲漏測試器72的正負電極導通，由此激活了滲漏測試器72，產生相應的信號，提供給分析控制裝置58，以通知發生了電解液滲漏。根據本發明實施例，滲漏檢測器62可以包括信號採集器(未示出)，將產生的信號上傳至分析控制裝置58。以上對根據本發明實施例的電池測試系統進行了詳細描述。根據本發明實施例的電池測試系統利用電壓補償裝置，可提供補償電壓用於充放電儀的啟動，從而解決了例如鉛酸蓄電池充放電儀等測試儀器在液流電池電壓較低不能啟動的問題，提供了成本低、操作方便的電池測試。此外，針對液流電池，提供了滲漏檢測槽與滲漏測試器結合而成的滲漏檢測器，能夠及時、方便地檢測到電解液滲漏。此外，測試系統能夠進行連鎖控制，確保在電池狀態異常、測試儀器發生故障或者電解液滲漏情況下自動進行連鎖控制，停止系統運行， 保證無人值守狀態下的安全性。下面參照圖8，描述根據本發明實施例的電池測試系統60的示例。圖8所示的示例中，為了清楚起見，僅僅簡單示出了各個組件及其之間的連接關係，甚至省略了一些連接關係。但是，本領域技術人員基於以上針對本發明實施例的電池測試系統的詳細描述，結合本領域的電池測試技術，能夠理解圖8所示示例僅僅是為了闡述和示意目的，而非限制性的。圖8所示示例是利用充放電儀測試全釩液流電池的電池測試系統，如圖8所示，該測試系統包括釩電池單體(或釩電池堆)1，電壓補償模塊2，充放電儀3，電壓檢測器5， 電流檢測器5，正極氣壓檢測器6，負極氣壓檢測器7，上位機8，正極換熱器Cl，負極換熱器 C2，正極電解液流量測試器F1，負極電解液流量測試器F2，正極進液計量泵P1，負極進液計量泵P2，正極電解液溫度檢測器Rl，負極電解液溫度檢測器R2，電池單體溫度檢測器R3，電解液滲漏測試器R4，正極電解液儲液罐Tl，負極電解液儲液罐T2。電壓補償模塊2可以對應於上述電壓補償裝置，上位機8可以對應於上述分析控制裝置。上位機8可以是個人計算機PC。上位機8還可以包括或連接至可以實現連鎖等安全功能的控制器，該控制器分別連接至上述組件，包括充放電儀3，電壓檢測器5，電流檢測器5，正極氣壓檢測器6，負極氣壓檢測器7，正極電解液流量測試器F1，負極電解液流量測試器F2，正極進液計量泵P1，負極進液計量泵P2，正極電解液溫度檢測器R1，負極電解液溫度檢測器R2，電池單體溫度檢測器R3和電解液滲漏測試器R4，以接收來自這些組件的檢測值或測試值。可以針對各個檢測值或測試值設定安全值範圍和連鎖值範圍。當上位機8確定所有檢測值或測試值處於安全值範圍時，系統正常運行；當上位機8確定檢測值或測試值之一超出安全值範圍而在連鎖值範圍內時，上位機8報警和/或顯示報警原因。當上位機 8確定檢測值超出連鎖值範圍時，上位機8報警和/或顯示報警原因，並對安全控制器發出連鎖指令，安全控制器進行連鎖控制，一般順序是先斷電(指電池充電或者放電的電流)， 再終止電解液注入，最終切斷系統電源。例如，正極電解液溫度安全值範圍是15 38°C，連鎖值範圍是10 45°C，當正極電解液溫度檢測器Rl檢測值為25°C時，系統正常運行，當Rl-正極電解液溫度檢測器檢測值為40°C時，系統繼續運行，但上位機8通過蜂鳴器出報警音，並顯示報警原因；當正極電解液溫度檢測器Rl檢測值達到45 0C，上位機8通過蜂鳴器發出連鎖警報音，顯示報警原因， 並向安全控制器發出連鎖指令，進行連鎖控制。例如可以首先停止電池電路充電或放電，保持正極進液計量泵Pl，負極進液計量泵運轉Pl，保持正極換熱器Cl，負極換熱器C2繼續運
12行，直至正極電解液溫度檢測器Rl檢測值達到安全值範圍後，停止正極進液計量泵P1、負極進液計量泵P2以及正極換熱器Cl、負極換熱器C2運轉，最後切斷系統電源。圖9示出了圖8所示的電池測試系統中電壓補償模塊2的示例構成。如圖9所示， 電壓補償模塊2包括DC-DC補償電源90、、補償電源單片機控制器92、二極體94和可變電阻96，其中，DC-DC補償電源90對應於上述補償電源，補償電源單片機控制器92對應於上述補償控制器，二極體94和可變電阻96對應於上述電流限制器，並分別對應於上述電流截止器件和可變電阻。下面參照圖8和圖9對電池測試系統的示例的操作過程進行詳細描述。本領域技術人員能夠理解下面的描述僅僅是為了闡述和示意目的，而非限制性的。首先，啟動釩電池單體(或釩電池堆)1，這可以採用常規啟動過程。將正極電解液注入至正極電解液儲液罐Tl中，由正極進液計量泵Pl打入釩電池單體(或釩電池堆)1的正極入口，由釩電池單體(或釩電池堆)1的正極出口流出，返回正極電解液儲液罐Tl中。負極電解液注入至負極電解液儲液罐T2中，用氮氣(純度大於 99.5%)吹掃約5分鐘，吹掃過程中保證負極氣壓檢測器7檢測示數近似為零。由負極進液計量泵P2打入釩電池單體(或釩電池堆)1的負極入口，由釩電池單體(或釩電池堆)1 的負極出口流出，返回負極電解液儲液罐T2中。保證以上兩電極循環約5分鐘，檢測系統管路無洩漏之處，準備測試。然後，啟動測試系統。具體而言，打開充放電儀3及電壓補償模塊2，電壓補充模塊 2提供一個補償電壓U1，用於補償充放電儀3的啟動電壓U0與釩電池單體(或釩電池堆)1 的電池兩端電壓U之差，以啟動充放電儀3開始進行充放電。當釩電池單體(或釩電池堆)1 的兩端電壓U達到充放電儀3的啟動電壓U0時，電壓補償模塊2停止運行，進入測試階段。例如，可以設定充放電儀3，將其啟動電壓的取值範圍設定為Utl在1. 7V 2. 8V之間。啟動電壓補償模塊2，此時測試電池單體兩側OCV為U = 0. 759V，不在充放電儀允許啟動設定範圍之內。通過電壓補償模塊2提供補償電壓仏，使得U+Ui在1. 7 2. 8V範圍之內，從而達到充放電儀3的啟動電壓Utl，開始測試。具體參照圖9描述電壓補償過程。當電池充電或放電電流I =0時，電壓檢測器4 檢測電池兩端電壓為U,並將數據反饋給補償電源單片機控制器92，由單片機控制器92是判斷是否滿足U U0,此時充放電儀3正常啟動，測試開始。U < U。時，DC-DC補償電源90輸出電壓U1,由電壓檢測器4檢測電池兩端電壓值為U，並將數據反饋給補償電源單片機控制器10。一般條件下，U1^ U。當U1 < U時，釩電池單體(電池堆)1的電位高於DC-DC補償電源90的電位，此時二極體94自動阻止電流由釩電池單體(電池堆)1流向DC-DC補償電源90。當時，釩電池單體(電池堆)1的電位低於DC-DC補償電源90的電位，由補償電源單片機控制器92對可變電阻96發出指令， 提高可變電阻96的電阻值，保證補償電路中電流強度接近零。此外，U。可以是系統內設值』1可以是由單片機控制器92設定的固定輸出值，U為圖8中電壓檢測器4的測量值，即補償電源單片機控制器92判斷是否U Utl，使充放電儀正常啟動，充電開始，且比滿足充電電壓大於Ui+U，即滿足充電電壓大於仏，此時通過二極體94自動阻止充放電儀電流流向DC-DC補償電源90。特別的，由於釩電池單體(電池堆)1本身內阻及本身特性，在I Φ 0時，U值會急速上升，可以通過理論計算或實驗確定U值的最小值，設定U1值，使其低於U值最小值，從而保證在I興0時，始終滿足條件U > Up測試過程中，通過電解液滲漏測試器檢測滲漏R4，並通過電壓檢測器4，電流檢測器5，正極氣壓檢測器6，負極氣壓檢測器7，正極電解液流量測試器F1，負極電解液流量測試器F2，正極進液計量泵Pl，負極進液計量泵P2，正極電解液溫度檢測器Rl，負極電解液溫度檢測器R2，電池單體溫度檢測器R3檢測電流強度、電壓、釩電池單體或電池堆溫度、正極電解液溫度、負極電解液溫度、正極計量泵泵速(即正極電解液流量)、負極電解液泵速(即負極電解液流量)、正極電解液儲液罐液位及氣壓、負極電解液儲液罐液位及氣壓。如上所述，當這些檢測值之一超出預設的安全值範圍時(高於上限或低於下限)，系統通過上位機 8開始報警；當系統中電流強度、電壓、釩電池單體或電池堆溫度、正極電解液溫度、負極電解液溫度、正極計量泵泵速(即正極電解液流量)、負極電解液泵速(即負極電解液流量)、 正極電解液儲液罐液位、負極電解液儲液罐液位超出預設的連鎖值範圍，或發生電解液洩漏、或發生充放電儀故障時，系統通過上位機8發出連鎖指令，進行連鎖保護。上述本發明的說明書和實施方式僅僅以示例性的方式對本發明實施例的電池測試裝置、方法和系統進行了說明，並不用於限定本發明的範圍。對於公開的實施例進行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所了解。本發明所公開的實施例的其他變化和修改並不超出本發明的精神和保護範圍。
權利要求
1.一種電池測試裝置，包括測試儀器，與待測試的電池相連，用於執行電池測試；以及電壓補償裝置，連接在電池與測試儀器之間，用於對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試。
2.根據權利要求1所述的測試裝置，其中，電壓補償裝置包括補償電源、電流限制器和補償控制器，電流限制器與測試儀器、補償控制器、補償電源以及電池相連，補償控制器用於根據測試儀器啟動電壓和電池兩端電壓來控制所述補償電源，並根據電池兩端電壓和補償電壓來控制電流限制器；補償電源用於在電池兩端電壓小於測試儀器啟動電壓時，受補償控制器控制，來提供補償電壓，所述補償電壓對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償；電流限制器用於在電池兩端電壓不等於補償電壓時，受補償控制器控制，將通過電壓補償裝置的電流限制到零或接近零。
3.根據權利要求2所述的測試裝置，其中，補償控制器包括電壓輸入模塊，用於輸入電池兩端電壓；控制模塊，連接至電壓輸入模塊，用於從電壓輸入模塊接收電池兩端電壓，將電池兩端電壓與測試儀器啟動電壓相比較，在電池兩端電壓小於測試儀器啟動電壓時產生補償控制指令，以及將電池兩端電壓與提供的補償電壓進行比較，在電池兩端電壓不等於補償電壓時產生電流限制指令，其中，該補償控制指令指示了需要提供補償電壓以及/或者需要提供的補償電壓的值，該電流限制指令指示了需要進行電流限制；以及指令輸出模塊，從控制模塊接收補償控制指令和電流限制指令，並分別輸出至補償電源和電流限制器；其中，補償電源和電流限制器分別接收補償控制指令和電流限制指令，並根據補償控制指令和電流限制指令進行相應的操作。
4.根據權利要求2所述的測試裝置，其中，電流限制器包括電流截止器件和可變電阻，電流截止器件連接在補償電源與電池之間，使得在補償電壓小於電池兩端電壓時截止通過電壓補償裝置的電流，可變電阻連接在補償控制器與測試儀器之間，在補償電壓大於電池兩端電壓時，在補償控制器的控制下，增大可變電阻的電阻值，使得通過電壓補償裝置的電流接近零。
5.根據權利要求2所述的測試裝置，其中，補償電壓被設定為始終小於電池與測試儀器之間的電流不為零時的電池兩端電壓，以便通過電流限制器將電流截止。
6.一種電池測試方法，包括如下步驟在利用測試儀器測試電池的情況下，當電池兩端電壓小於測試儀器啟動電壓時，提供補償電壓，對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試。
7.根據權利要求6所述的測試方法，還包括當電池兩端電壓與補償電壓不相等時，進行電流限制，以將由於電池兩端電壓與補償電壓不相等而引起的電流流動限制到零或接近零。
8.根據權利要求6所述的測試方法，還包括如下初始步驟設定補償電壓，補償電壓設定值始終小於電池與測試儀器之間的電流不為零時的電池兩端電壓，以保證所述電流不為零時通過電壓補償裝置的電流限制到零。
9.根據權利要求6所述的測試方法，提供補償電壓的步驟包括比較電池兩端電壓與測試儀器啟動電壓，根據比較結果產生補償控制指令，該補償控制指令指示了需要提供補償電壓以及/或者需要提供的補償電壓的值； 根據補償控制指令提供補償電壓。
10.根據權利要求7所述的測試方法，進行電流限制的步驟包括比較電池兩端電壓與補償電壓，根據比較結果產生電流限制指令，該電流限制指令指示了需要進行電流限制；根據電流限制指令進行電流限制。
11.一種電池測試系統，包括 測試儀器，用於執行電池測試；電池監測裝置，用於監測電池測試過程中電池的狀態，並提供有關電池狀態的信息，其中，有關電池狀態的信息包括電池兩端電壓；電壓補償裝置，連接在電池與測試儀器之間，電壓補償裝置從電池監測裝置獲得電池兩端電壓，並對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試；以及分析控制裝置，與測試儀器和電池監測裝置相連，用於從電池監測裝置獲得有關電池狀態的信息以及從測試儀器獲得測試結果，分析有關電池狀態的信息以及測試結果，並根據分析結果控制測試儀器和電池監測裝置的操作。
12.根據權利要求11所述的測試系統，其中，當電池兩端電壓不小於測試儀器啟動電壓時，電壓補償裝置不提供補償電壓； 當電池兩端電壓小於測試儀器啟動電壓時，電壓補償裝置提供補償電壓；以及當電池兩端電壓與補償電壓不相等時，電壓補償裝置進行電流限制，以將通過電壓補償裝置的電流限制到零或接近零。
13.根據權利要求11所述的測試系統，其中，電池包括液流電池單體或電池堆； 所述測試系統還包括一個或多個滲漏檢測器，安裝在測試系統中易於發生電池電解液滲漏的一個或多個位置處，並連接至分析控制裝置，每個滲漏檢測器用於檢測電池電解液的滲漏，並在檢測到滲漏發生時向分析控制裝置通知發生了滲漏。
14.根據權利要求13所述的測試系統，其中，滲漏檢測器包括滲漏檢測槽、以及在槽底位置放置的滲漏測試器；在發生電解液滲漏時，滲漏的電解液沿滲漏檢測槽的槽壁下流到滲漏測試器，激活滲漏測試器，從而檢測到滲漏發生。
15.根據權利要求13所述的測試系統，其中，當有關電池狀態的信息的分析結果顯示了電池狀態異常時，或者測試儀器發生故障時，或者當滲漏檢測器向分析控制裝置通知發生了滲漏時，分析控制裝置向測試儀器和電池監測裝置發出連鎖指令，以停止測試系統的運行。
全文摘要
提供一種電池測試裝置、方法和系統，其利用例如充放電儀等測試儀器對例如液流電池等電池單體或電池堆進行測試。電池測試裝置包括測試儀器，用於執行電池測試；以及電壓補償裝置，連接在電池與測試儀器之間，用於對測試儀器啟動電壓與電池兩端電壓之差進行補償，使得能夠啟動測試儀器執行測試。根據本發明，提供補償電壓用於充放電儀的啟動，提供了成本低、操作方便的電池測試。針對液流電池，提供了滲漏檢測器，能夠及時、方便地檢測到電解液滲漏。測試系統能夠進行連鎖控制，確保在電池狀態異常、測試儀器發生故障或者電解液滲漏情況下自動進行連鎖控制，停止系統運行，保證無人值守狀態下的安全性。
文檔編號G01R31/36GK102401881SQ201010284379
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優先權日2010年9月10日
發明者孫磊, 張祺, 汪國慶 申請人:新奧科技發展有限公司