二次放電在線檢測蓄電池內阻的方法
2023-05-23 17:43:06
專利名稱：二次放電在線檢測蓄電池內阻的方法
技術領域：
本發明涉及在以蓄電池組為後備電源的電源系統中，在線檢測蓄電池內阻的方法。
背景技術：
以蓄電池組為後備電源的電源系統在電力系統和通信基站等關係國際民生的重要場合應用非常廣泛。蓄電池組與整流電源組成成套設備，在正常情況下，整流電源將交流電源轉變成直流電，為負載供電的同時給蓄電池組充電，保證蓄電池處於滿容量狀態；當發生交流停電時，蓄電池組放電，為重要的直流負載供電，也可通過逆變器將直流電轉變為交流電，為重要的交流負載供電。隨著電源系統容量的提高，蓄電池的容量呈遞增狀態，而蓄電池的費用也呈遞增曲線。在大容量的電源系統中，蓄電池組的費用遠遠大於電源裝置所佔費用比重。因此蓄電池的維護成為非常重要的問題。
數年前開始應用並沿用至今的蓄電池巡檢裝置，主要是檢測蓄電池組中每節蓄電池的端電壓。端電壓能直接反映蓄電池的過充和欠充，且在放電狀態下能在一定程度上反映各節電池的狀態。但由於蓄電池組長期處於浮充電狀態，而性能很差或連接不良的蓄電池在浮充電狀態時，端電壓的變化並不明顯，而等到蓄電池放電時發現異常，往往為時已晚。因此先進的蓄電池檢測裝置應具備容量檢測功能。
目前最準確的蓄電池容量檢測辦法是核對性放電，以100Ah的蓄電池為例，標準的測試方式是以10倍率放電電流10A進行恆定電流放電，若能持續放電10小時，則該蓄電池容量為100％。但這種方法的最大缺點就是在容量檢測期間，蓄電池組與供電負載和整流電源長時間脫離，若在此期間發生交流停電，則不能實現負載的不間斷供電。為解決該問題，可配置後備蓄電池組，但這需要額外的設備投資。
針對這種情況，科研人員研究出了瞬間大電流檢測蓄電池內阻的方法。由於蓄電池內阻為mΩ級，本身蓄電池也是帶電體，常規辦法無法測量；採用大電流放電，根據大負載切除前後蓄電池端電壓的變化和放電電流可計算出蓄電池的內阻。蓄電池的內阻與其容量有一定的對應關係，蓄電池內阻小時能放出更多的能量，即容量較滿；內阻增加，則放出的能量就會減少。雖然不能直接通過內阻計算蓄電池的容量，但內阻的變化與容量的變化相對應。通過檢測蓄電池內阻來反應蓄電池容量已得到廣泛的認同。
傳統的蓄電池巡檢裝置無論是分壓測量還是繼電器切換都是對蓄電池組的電池進行逐節測量，由於正常工作時蓄電池電壓變化比較平緩，採用巡檢方式測量每節蓄電池的端電壓還是可以保證精度的。但在採用大電流放電時，蓄電池電壓下降較快，採用巡檢方式造成誤差偏大，而且長時間大電流放電對蓄電池也有損害。同時由於是整組放電，放電電流中包含整流電源的輸出電流，很難保證蓄電池放電電流保持在適當的電流範圍內，影響測量精度。為避免整流電源輸出電流的影響，保證內阻測量精度，在進行瞬間大電流內阻測試時，是將蓄電池組與負載和整流電源脫離。這種方式雖然時間很短，但也不能保證負載的不間斷供電。若在該時間內發生交流停電，則不能實現重要負載的不間斷供電。
發明內容
本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種二次放電在線檢測蓄電池內阻的方法，是一種基於瞬間大電流檢測蓄電池內阻的方法，以期克服整流電源輸出電流影響、實現在線測量，測試時的蓄電池組不須與負載和整流電源脫離，保證負載的不間斷供電的。
本發明解決技術問題採用如下技術方案本發明方法的特點是為每節蓄電池分別配置由功率開關管S1和放電電阻R1構成的放電迴路I和由功率開關管S2和放電電阻R2構成的放電迴路II，控制方式首先接通放電迴路I形成該蓄電池的第一次放電，隨後保持放電迴路I的接通狀態，並接通放電迴路II形成蓄電池的第二次放電，則有Rb＝(U1-U2)/(I2-I1)式中，Rb為待測蓄電池的內阻I1為第一次放電時放電負載的電流I2為第二次放電時放電負載的電流U1為第一次放電時的負載電壓U2為第二次放電時的負載電壓。
與已有技術相比，本發明的有效益果體現在採用直流測試法(即瞬間大電流放電)測量蓄電池內阻是目前公認的精度較高的測量方法。但應用於實際工程，特別是應用於要求可靠性極高的電力系統，卻有難以克服的缺點。首先是在放電瞬間要檢測蓄電池組中每節蓄電池的端電壓變化，傳統的蓄電池測試儀採用巡檢方式，整個一圈下來時間較長，每節蓄電池端電壓變化採樣時刻的不同會造成測量數據差異較大，無法保證精度，已有設計人員提出為每一節蓄電池配置一塊測試單元，實現所有蓄電池端電壓的同步測量。但正如背景技術中所述這種檢測方式若要保證精度，應工作在離線狀態，即將蓄電池組與整流電源和負載脫離再進行測試。雖然時間很短，但對於可靠性極高的電力系統，這一點也難以接受。本發明對原有的直流測試法進行改進，採用二次放電以及差值計算法，可以有效地避免整流電源輸出電流的影響，實現在線測量，保證了負載的不間斷供電。
圖1為本發明方法原理圖。
圖2為圖1的簡化推理圖。
圖3為實現本發明方法的分布式蓄電池測試系統結構框圖。
圖4為圖3所示測試系統的中的測試單元結構框圖。
以下通過具體實施方式
，結合附圖對本發明作進一步描述具體實施方式
參見圖1、圖2，為每節蓄電池分別配置由功率開關管S1和放電電阻R1構成的放電迴路I和由功率開關管S2和放電電阻R2構成的放電迴路II，首先接通放電迴路I形成該蓄電池的第一次放電，隨後保持放電迴路I的接通狀態，並接通放電迴路II形成蓄電池的第二次放電。由於在蓄電池內部有等效電容的存在，在放電初始瞬間，電容放電導致放電電流衝擊，幾秒鐘後電容放電完畢，放電電流趨於穩定，此時記錄電池電流I和電池電壓U。則有Rb＝(U1-U2)/(I2-I1)式中，Rb為待測蓄電池的內阻I1為第一次放電時放電負載的電流I2為第二次放電時放電負載的電流U1為第一次放電時的負載電壓U2為第二次放電時的負載電壓在電池電壓Ub基本不變的情況下，第一次放電負載電阻為R1，第二次放電負載電組為R1和R2並聯，因此U1＞U2，而I1＜I2。而在採用直流測試法檢測蓄電池內阻時，將放電電流控制在0.3～0.5Co(Co為蓄電池Ah數，蓄電池容量用Ah來表示，比如蓄電池為100Ah時，將兩次放電電流控制在30A～50A就比較合適)是能夠保證測量精度的。
檢測原理圖2所示，E為整流電源與其它非測蓄電池的等效串聯電勢，R為其它非測蓄電池內阻等效串聯電阻。
設兩次放電時放電負載的電流分別為I1和I2，測得的負載電壓分別為U1和U2，對應的整流電源輸出電流分別為IE1和IE2。
則有，第一次大電流放電對應的關係式為Ub-U1＝(I1-IE1)Rb(1)U1＝E-IE1R (2)緊接著進行第二次大電流放電，設由於第一次大電流放電導致蓄電池能量損失造成的電壓下降為ΔUb，則對應的關係式為Ub-ΔUb-U2＝(I2-IE2)Rb(3)U2＝E-IE2R(4)由式(1)～(4)可得式(5)ΔUb+U2-U1＝Rb(I1-I2)+Rb(U1-U2)/R(5)設蓄電池組中串聯的蓄電池節數為n，由於R為其它n-1節蓄電池內阻的串聯，為簡化分析，令R＝(n-1)Rb，則ΔUb+(U2-U1)+(U2-U1)/(n-1)＝Rb(I1-I2)(6)當n較大時，(U2-U1)/(n-1)與(U2-U1)相比可忽略，例如在電力用直流系統中，110kV及以下等級的變電站多為220V系統，採用12V蓄電池，須18或19節串聯組成蓄電池組；而在高等級變電站110V系統中是以2V蓄電池來組成系統，n≥52，故滿足忽略(U2-U1)/(n-1)的條件。而由於是瞬間放電，因能量損失造成蓄電池電勢Ub的下降ΔUb也可忽略，故Rb＝(U2-U1)/(I1-I2)(7)參見圖3、圖4，本實施例中實現二次放電在線檢測蓄電池內阻的裝置為採用分布式蓄電池檢測裝置，該裝置包括為每節蓄電池獨立配置的測試單元和基於485總線的系統監測單元，測試單元內置單片機，以單節蓄電池作為其電源輸入，通過電路將蓄電池電壓變換成單片機工作電壓，同時單片機通過自帶的AD實時、反覆測量蓄電池端電壓。測試單元通過跳線對應唯一通訊站號，監測單元通過隔離的485總線，帶站號分別召喚每個測試單元，獲得每個蓄電池的端電壓數據。當需要進行蓄電池內阻測試時，由監測單元逐一下達內阻測試命令，測試單元順序進行二次放電測試，並將測試結果上傳至監測單元，由監測單元進行分析和處理，在該系統中，內阻測試完全有測試單元來完成，監測單元只需下發測試命令和顯示即可。
採用在線式的方式進行內阻測量，每個測試單元都配置放電負載，某一節電池在進行放電測試時，其它蓄電池仍然工作在充電狀態，雖然該蓄電池的放電電流中包含有整組充電電流，但通過兩次放電，其差值能消除整組充電電流。顯然，電池串聯的數量越多，一節電池放電對充電電流的影響越小，即某一節蓄電池兩次放電時，充電電流幾乎是不變的。
圖4所示為測試系統的中的測試單元結構框圖。
測試單元內置單片機，以單節蓄電池作為其電源輸入，通過電路將蓄電池電壓變換成單片機工作電壓，同時單片機通過自帶的AD實時、反覆測量蓄電池端電壓。測試單元通過跳線對應唯一通訊站號，當通訊站號與監測單元下發的命令中的站號相符時，根據不同的命令碼決定是傳送蓄電池的端電壓數據還是執行蓄電池內阻測試，並將測試結果上傳至監測單元。
以12V/100Ah的蓄電池為例，兩次放電電流應控制在30A～50A之間，在正常充電狀態，單節12V的蓄電池為13.8V左右，則可選擇電阻組合形成R1＝0.4Ω，而R2＝1Ω，則S1接通時，放電電流在33A左右；而保持S1為接通狀態，將S2接通時，為蓄電池對並聯的R1和R2放電，放電電流在48A左右，實際的放電電流準確數值由單片機檢測得到。
權利要求
1.二次放電在線檢測蓄電池內阻的方法，其特徵是為每節蓄電池分別配置由功率開關管S1和放電電阻R1構成的放電迴路I和由功率開關管S2和放電電阻R2構成的放電迴路II，控制方式首先接通放電迴路I形成該蓄電池的第一次放電，隨後保持放電迴路I的接通狀態，並接通放電迴路II形成蓄電池的第二次放電，則有Rb＝(U1-U2)/(I2-I1)式中，Rb為待測蓄電池的內阻I1為第一次放電時放電負載的電流I2為第二次放電時放電負載的電流U1為第一次放電時的負載電壓U2為第二次放電時的負載電壓。
全文摘要
二次放電在線檢測蓄電池內阻的方法，其特徵是為每節蓄電池分別配置放電迴路I和放電迴路II，採用二次放電以及差值計算法，可以有效地避免整流電源輸出電流的影響，實現蓄電池內阻的在線測量，保證了負載的不間斷供電。
文檔編號G01R27/00GK101071161SQ20071002359
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月8日 優先權日2007年6月8日
發明者黃海宏, 王海欣, 楊為 申請人:合肥工業大學