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電池組老化率估算、故障檢測方法和電池組管理監測裝置的制作方法

時間:2023-10-27    作者: 管理員

專利名稱:電池組老化率估算、故障檢測方法和電池組管理監測裝置的制作方法
技術領域
本發明涉及蓄電池、蓄電池組老化率估算、先進電池管理領域,尤其涉及蓄電池組老化率估算、蓄電池組故障檢測的方法和裝置。
背景技術
通常情況下只有重要的系統才配備蓄電池后備電源系統,蓄電池是系統可靠性依賴的最后環節,也是系統可靠性最薄弱的環節。因此,蓄電池的維護和管理對于系統的可用性具有非常重要的意義。
蓄電池管理這部分的功能一般要求直接由交直流不間斷電源系統自備,但由于蓄電池管理技術的研究工作非常耗時耗力和耗費巨大,大部分電源廠家的蓄電源系統只具備非常簡單的充放電管理功能。同時,由于缺乏深入的研究,這些簡單的充放電管理功能對蓄電池在復雜環境下的使用沒有起到應有的維護和保護作用,造成了大量蓄電池的提前失效。蓄電池管理的核心是準確預測電源系統在市電故障時由蓄電池供電的放電時間。要比較準確地預測蓄電池的放電時間,這就要求能比較準確的估算蓄電池的老化率。
蓄電池通常以電池組的形式使用,蓄電池組的管理監測主要要解決兩個問題,一個是蓄電池組老化率估算,另一個是蓄電池組的故障檢測。其中,蓄電池組的老化率是指蓄電池組在正常使用中其容量會逐漸衰減,通過對蓄電池組老化率的估算可以正確估計其放電時間;蓄電池組的故障檢測主要是檢測蓄電池組中的一個或多個蓄電池出現異常的容量衰減,并影響到整個蓄電池組正常使用的情況。
現有技術中,蓄電池組的故障檢測一般是通過外掛一臺蓄電池組故障檢測儀來實現,并且蓄電池組故障檢測儀必須能檢測到蓄電池組中每單個蓄電池的信息,才能對蓄電池組是否出現故障進行評判,而判斷單個蓄電池是否出現故障一般是通過監測該蓄電池的內阻變化來進行。這樣的檢測方法主要有兩方面的缺陷其一是蓄電池內阻與蓄電池容量的相關性一般認為不超過80%,從而限制了其準確性;其二是要準確測試蓄電池內阻的硬件成本相當高。
美國專利US 4322685公開了另一種故障檢測方法通過測試和分析單個非在線蓄電池在大電流放電測試期間和之后的參數來判斷蓄電池是否出現故障。這種方法最大的缺陷是不能對多個蓄電池進行在線測試,并且必須要另外準備測試用的負載,更無法實現無人值守環境下長期備電蓄電池組的實時在線監控。
現有的蓄電池老化率估算的方法可參考WO 97/41448,該專利要求蓄電池組在剛開始使用時要測試一般不少于3條不同放電率的放電曲線,要求記錄每條曲線按一定電壓下降間隔的電壓、電流和計算出對應剩余放電容量的詳細數據表,在實際的放電過程中按電流范圍決定的區間,按電壓和對應剩余放電容量進行線性插值計算出當前實際蓄電池組的剩余放電容量。該專利的主要缺陷一方面是其獲得數據表的過程太過繁雜費時,不僅需要專用負載導致難以實際操作,而且測試放電曲線的數量和分布會影響插值計算的精度;另一方面,由于該專利沒有涉及蓄電池組老化的測試和估算方法,所以其測試所得的數據隨著蓄電池組使用時間的增加誤差會越來越大。

發明內容
本發明提供了一種蓄電池組的老化率估算方法,解決現有技術中老化率估算需要專用負載、過程繁雜費時和估算誤差隨使用時間增大的問題;本發明還提供了一種蓄電池組的故障檢測方法,解決現有技術中只能對單個蓄電池進行離線故障檢測、準確性低和檢測裝置硬件成本高的問題。
本發明所述蓄電池組的老化率估算方法包括以下步驟a)確定蓄電池組的放電數據;
b)確定蓄電池組的放電容量特征數據,所述放電容量特征數據為在至少一個放電容量超過預定放電深度的選定容量點上蓄電池組的電壓變化參數;c)以蓄電池組的標稱壽命為基準,以蓄電池組的放電曲線作為蓄電池組的老化曲線;d)當蓄電池組由均充電轉入浮充電狀態時,確定其在老化曲線中的位置并估算其老化率;e)當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率;f)根據所述更新的老化率修正蓄電池組在老化曲線中的位置。
優選地,所述步驟c)與步驟d)之間包括將所述老化曲線分段,以每段的斜率為該段的老化速率;步驟d)所述確定蓄電池組在老化曲線中的位置具體為根據蓄電池組的使用時間確定其在老化曲線中的位置;所述估算其老化率具體為根據蓄電池組的位置所在的老化曲線段和該段的老化速率計算得出蓄電池組的老化率。
優選地,在所述步驟f)之后包括g)根據更新老化率后的蓄電池組實際容量,計算剩余的放電時間,并按電池剩余的容量比率作出放電截止前的預報警。
優選地,所述步驟a具體為a1)輸入已知的放電數據;或根據蓄電池的標稱容量值和種類,按照國際或國內標準生成其放電數據;a2)對蓄電池組進行100%深度的放電測試,根據測試結果對步驟a1)中的放電數據進行修正。
優選地,所述步驟b)具體為
在所述蓄電池組的放電測試中,記錄所述蓄電池組的放電數據,計算其在選定容量點上的電壓變化參數,作為所述蓄電池組的放電容量特征數據;或以相同類型的蓄電池組在放電測試時得到的放電容量特征數據的平均值作為所述蓄電池組的放電容量特征數據;所述電壓變化參數為每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率。
優選地,所述步驟e)具體為蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據所述放電容量特征數據中的電壓變化率得到所述選定容量點;計算本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量,以與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率。
優選地,所述步驟a)之前包括判斷是否已保存有蓄電池組的放電數據、放電容量特征數據和老化率,如果是,轉步驟d);如果否,執行步驟a)。
優選地,所述放電數據包括恒功率放電數據或恒電流放電數據;所述預定放電深度為不小于60%。
本發明提供的蓄電池組的故障檢測方法包括以下步驟A.確定蓄電池組的放電數據;B.確定蓄電池組的放電容量特征數據,所述放電容量特征數據為在至少一個放電容量超過預定放電深度的選定容量點上的電壓變化參數;C.當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來修正老化率;D.如果兩次所述老化率修正的時間間隔在預定修正時間段內并且修正量大于等于預定修正比率閾值,則所述蓄電池組出現故障。
優選地,所述方法還包括如果新蓄電池組的放電容量特征數據與相同類型蓄電池組放電容量特征數據的平均值相比,超過預定初始比率閾值,則所述新蓄電池組出現故障。
優選地,所述電壓變化參數為每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率;所述A具體為輸入已知的放電數據;或根據蓄電池的標稱容量值和種類,按照國際或國內制造標準生成其放電數據;所述步驟B具體為在所述蓄電池組的放電測試中,記錄所述蓄電池組的放電數據,計算其在選定容量點上的電壓變化率,所謂所述蓄電池組的放電容量特征數據;或以相同類型的蓄電池組在放電測試時得到的放電容量特征數據的平均值作為所述蓄電池組的放電容量特征數據;所述步驟C具體為蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據所述放電容量特征數據中的電壓變化率得到所述選定容量點;計算本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量,以與新蓄電池組容量的比較結果來修正老化率;所述放電數據包括恒功率放電數據或恒電流放電數據;所述預定放電深度為不小于60%。
本發明所述蓄電池組的管理及監測裝置包括蓄電池組、傳感單元、信號調理單元、模擬多路開關、模擬/數字轉換單元、顯示單元、處理單元、存儲單元、通信接口單元和主控單元,其中所述傳感單元用來將一個以上蓄電池組監測參數的模擬信號傳送到所述信號調理單元,所述監測參數包括蓄電池組的電壓和電流;所述信號調理單元將雙極性模擬信號轉換為單極性模擬信號,傳送到所述多路模擬開關;多路模擬開關將一個以上的單極性模擬信號分時傳送至所述模擬/數字轉換單元;所述模擬/數字轉換單元將所述單極性模擬信號轉換為監測參數值,傳送至所述處理單元;所述顯示單元根據處理單元的指令顯示蓄電池組的運行狀態;所述存儲單元用來存儲管理軟件代碼、臨時計算數據和蓄電池組的數據,其中包括蓄電池組的放電數據和放電容量特征數據,所述放電容量特征數據為在至少一個放電容量超過預定放電深度的選定容量點上,每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率;所述處理單元運行所述存儲單元存儲的管理軟件代碼,指令顯示單元顯示蓄電池組運行狀態,其中包括當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率,據此計算并顯示蓄電池組的剩余放電時間;并根據所述模擬/數字轉換單元傳送的監測參數值和所述存儲單元存儲的蓄電池組的數據決定對蓄電池組進行的操作,將操作指令通過所述通信接口單元傳送至所述主控單元;所述主控單元根據從所述通信接口單元接收的所述處理單元的操作指令控制蓄電池組的運行。
優選地,所述信號調理單元包括低通濾波單元、精密絕對值單元和精密放大單元,其中所述低通濾波單元將從所述傳感單元接收的雙極性模擬信號中的高頻干擾濾除后,傳送至所述精密絕對值單元;
所述精密絕對值單元將雙極性模擬信號轉換為單極性模擬信號,并將單極性模擬信號傳送至所述精密放大單元;所述精密放大單元將單極性模擬信號放大至符合所述模擬/數字轉換單元要求,并將其傳送至所述模擬多路開關。
本發明采用蓄電池組的放電曲線作為其老化曲線,在蓄電池組在線的情況下根據其放電容量特征數據對蓄電池組的老化率進行更新,并根據更新后的老化率修正蓄電池組在老化曲線中的位置。本發明不需要專用負載,也不需要費時費力地測試多組不同放電率的數據,并且本發明在使用過程中對老化率不斷修正,不會因使用時間致使誤差積累;同時,本發明通過監測在預定更新時間段內,老化率的修正量是否超過預定修正比率閾值來判斷蓄電池組中是否有蓄電池出現故障,從而能夠對蓄電池組進行在線故障檢測,并且不需要昂貴的專用檢測裝置,在選擇適當的預定更新時間段和預定修正比率閾值后可以達到很高的準確性。


圖1所示為本發明所述蓄電池組老化率估算方法的流程圖;圖2所示為本發明所述使用蓄電池組的后備電源系統的工作流程圖;圖3所示為本發明所述使用蓄電池組的后備電源系統的初始化測試流程圖;圖4所示為本發明所述使用蓄電池組的后備電源系統的年檢流程圖;圖5所示為本發明所述蓄電池組管理監測裝置的結構圖。
具體實施例方式
圖1所示為本發明所述蓄電池組老化率估算方法的流程圖。在步驟S110,確定蓄電池組的放電數據。
蓄電池組的放電數據包括恒功率放電數據和恒電流放電數據。對數據定制蓄電池組或者是具有準確的放電數據表的蓄電池組,輸入已知的放電數據;對不具有準確的放電數據的蓄電池組,可以根據蓄電池的標稱容量值和種類,按照國際或國內標準生成默認的放電數據。
在必要的情況下,還可以對蓄電池組進行100%深度的放電測試,得到其實際放電數據,并根據得到的實際放電數據對已知或標稱的放電數據進行修正。對新上電的蓄電池組,建議采用100%深度的放電測試取得電池組的實際放電數據,并且可以同時完成步驟S120,確定蓄電池組的實際放電容量特征數據。對初次使用的舊蓄電池組,建議也采用100%深度的放電測試,測得其當前實際的放電數據,或者根據當前實際放電數據與已知或標稱的放電數據的對比得到其當前的實際老化率。
在步驟S120,確定蓄電池組的放電容量特征數據。在蓄電池組放電超過預定放電深度后,選擇至少一個選定容量點,記錄蓄電池組放電時在該點上的電壓變化參數,將該選定容量點和對應的電壓變化參數作為蓄電池組的放電容量特征數據。
選定容量點可以根據蓄電池組的性質、工作狀態等進行選擇,預定放電深度本發明的推薦值為不小于60%。
電壓變化參數可以是每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率,也可以是其他能夠反應選定容量點電壓變化的參數。
根據長期大量的蓄電池組充放電實驗得到的實驗規律,在蓄電池組正常老化時,上述放電容量特征數據基本不變。因此,在本發明中,將其作為判斷蓄電池組老化率和出現蓄電池故障的特征值。
放電容量特征數據可以在蓄電池組的放電測試中得到記錄蓄電池組的放電數據,計算其在選定容量點上的電壓變化參數。在不具有放電測試條件的情況下,也可以以同一類型的大量蓄電池組在實驗室進行的放電測試時得到的放電容量特征數據的平均值作為該類型蓄電池組的放電容量特征數據。
在步驟S130,以蓄電池組的標稱壽命為基準,以蓄電池組的放電曲線作為蓄電池組的老化曲線。
這是本發明采用另一個實驗規律,即在蓄電池不發生突變的正常老化曲線與其恒流或恒功率放電曲線極其近似。本發明可以采用放電曲線或者類似于放電曲線的曲線作為老化曲線,該老化曲線以蓄電池組的標稱壽命為終止點,以電池組開始使用時間為起始點,蓄電池組老化率(即容量衰減比率)隨使用時間而變化。放電曲線可以根據放電數據生成。
在步驟S140,對老化曲線進行簡化處理。例如,可以將老化曲線分段,以每段的斜率為該段的老化速率。對老化曲線分段可以便于進行老化率估算時進行線性插值,分段的數目和每段的長度可以根據具體的老化曲線決定。
在步驟S150,當蓄電池組由均充電轉入浮充電狀態時,確定其在老化曲線中的位置并估算其老化率。蓄電池組在老化曲線中的位置根據上次修正的位置和修正后蓄電池組的老化率對應的老化速率來確定。
在對老化曲線進行分段的情況下,可以根據蓄電池組的使用時間確定其在老化曲線中的位置,根據這一位置所在的老化曲線段和該段的老化速率計算得出蓄電池組的老化率。
在步驟S160,當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率。
當蓄電池組放電超過預定放電深度時,計算放電過程中的電壓變化參數,當計算所得的電壓變化參數與放電容量特征數據中記錄的電壓變化參數相同時,得到與該電壓變化參數對應的選定容量點;計算本次放電至該選定容量點時已經放出的容量,與新蓄電池組的容量進行比較,根據比較結果來更新老化率。
在步驟S170,根據更新的老化率修正蓄電池組在老化曲線中的位置。當根據放電容量特征數據得到的老化率與根據老化曲線得到的結果不同時,應將蓄電池組在老化曲線中的位置修正到根據放電容量特征數據得到的老化率所對應的點。
在步驟S180,根據更新老化率后的蓄電池組實際容量,計算剩余的放電時間,并按電池剩余的容量比率作出放電截止前的預報警。
在步驟S110之前,判斷是否已保存有蓄電池組的放電數據、放電容量特征數據和老化率,如果是,轉步驟S150;如果否,執行步驟S110。對于已經應用本發明所述老化率估算方法的蓄電池組下電后又重新上電的情況,不需要再次確定蓄電池組的放電數據、放電容量特征數據和老化曲線。
可見,本發明提供的老化率估算方法只需蓄電池組實際在線工作時的負載,不需測試多組不同放電率的放電數據;同時,由于在使用過程中對老化率進行不斷的修正,使得本發明可以始終保持老化率估算的準確性。
根據以上所述的老化率修正方法,經過對大量實驗數據的總結和提煉,本發明提供了下述的蓄電池組故障檢測方法第一步,確定蓄電池組的放電數據。本步驟的具體內容與步驟S110相同。
第二步,確定蓄電池組的放電容量特征數據。放電容量特征數據和本步驟的具體內容與步驟S120相同。
第三步,當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來修正老化率。本步驟的具體內容與步驟S160相同。
第四步,如果兩次所述老化率修正的時間間隔在預定修正時間段內并且修正量大于等于預定修正比率閾值,則所述蓄電池組出現故障。
本步驟中的預定修正時間段和對應的預定修正比率閾值可以根據實驗結果確定,與蓄電池組的類型、工作狀態相關。
如果新蓄電池組的放電容量特征數據與相同類型蓄電池組放電容量特征數據的平均值相比,超過預定初始比率閾值,則所述新蓄電池組出現故障。
本發明中,預定修正時間段的值可以是半年,預定修正比率閾值和預定初始比率閾值都可以是5%。
上述蓄電池組的故障檢測方法不需要檢測到每個單獨的蓄電池,就可以判定整個蓄電池組中是否有個別蓄電池出現故障,并且進一步可以確認其是否已對整個蓄電池組的放電特性產生影響,因而必須提前更換出現故障的蓄電池,以保護整個蓄電池組不會出現老化。但是,由于沒有對每個具體的蓄電池的信息作檢測,本發明只能判斷整個蓄電池組中是否有個別蓄電池出現故障,而要對哪個蓄電池發生故障進行定位還需要進一步的工作。
圖2所示為應用本發明所述蓄電池組老化率估算方法和故障監測方法的一個蓄電池組管理流程圖。
從步驟S201后備電源系統上電開始,首先進入步驟S202,根據蓄電池組的具體情況選擇處理過程對已經在本后備電源系統上過電的蓄電池組,如果沒有更換電池即執行步驟S205,對蓄電池組的參數進行初始化,即恢復該蓄電池組放電數據、放電容量特征數據以及下電前記錄的老化率,并進入步驟S211對蓄電池組進行均充電;如果更換了個別電池,則執行步驟S206,恢復該蓄電池組在確認有故障蓄電池的測試之前的放電數據、放電容量特征數據以及老化率,而確認有故障蓄電池的測試過程中得到的數據由于更換電池而廢棄,之后進入步驟S211對蓄電池組進行均充電。
對第一次在本后備電源系統上電的蓄電池組,根據蓄電池組是否使用過區分新蓄電池組和舊蓄電池組,分別執行步驟S203和S204,輸入蓄電池組的各項配置參數,如蓄電池組的蓄電池類型、串聯個數、容量、并聯組數等,對舊蓄電池組還需輸入該蓄電池組已使用日期等參數。在步驟S203和S204之后進入步驟S206判斷蓄電池組的類型,對數據定制蓄電池或者是使用客戶可以提供準確的放電數據的蓄電池,進入步驟S207輸入該蓄電池組的放電數據,并進一步在步驟S208完成初次上電的初始化測試;對于不具有準確的放電數據的普通蓄電池組,進入步驟S209由用戶選擇是否對該蓄電池組進行初始化測試,是則執行步驟S208進行初始化測試并轉步驟S205;否則執行步驟S210輸入默認數據,由步驟S203和S204中輸入的蓄電池組配置參數,根據國內或國際通行的制造標準生成默認的放電數據,以不同類型的蓄電池組在放電測試時得到的放電容量特征數據的平均值作為該蓄電池組的放電容量特征數據,之后轉步驟S205。在步驟S208的初始化測試中可以得到該蓄電池組的放電數據和放電容量特征數據,其過程將在下文中具體說明。
在執行完蓄電池組的參數初試化步驟S205后,進入步驟S211進行蓄電池組的均充電。在均充電過程中,執行步驟S212計算蓄電池組的充電比率,并執行步驟S213判斷是否滿足設定的均浮充轉換條件,如果是則執行步驟S214;如果否則轉步驟S211繼續均充電。常用的均浮充轉換條件是判斷充電電流的大小是否小于等于設定電流值。
在步驟S214,蓄電池組轉入浮充電狀態,按本發明所述老化率的估算方法更新蓄電池組的容量和壽命。在步驟S215判斷蓄電池組是否達到設定的壽命終止值,例如蓄電池組的容量下降到標稱容量的70%,一旦達到壽命終止值即提示用戶進行放電驗證測試,即執行步驟S229進行年檢。
未達到壽命終止值的蓄電池組在浮充電時隨時處于備電狀態下,在步驟S216等待一旦發生市電故障就開始放電,放電過程中在步驟S217不斷計算剩余放電時間,蓄電池組在放電過程中的剩余放電時間根據由該蓄電池組的放電數據和老化率之積計算得出總共的放電時間,減去放電過程中已經放電的時間即是剩余放電時間。同時,放電過程中在步驟S218判斷放電是否終止,當市電恢復正常則轉步驟S211進行均充電;否則繼續放電并在步驟S219比較蓄電池組的電壓是否已經下降到第一預報警電壓Ua1,高于該電壓則轉步驟S217;而低于該電壓則執行步驟S220。
在步驟S220,系統發出報警,當蓄電池組的第一預報警電壓Ua1落在其放電深度超過預定放電深度60%的范圍,就可以對蓄電池組的老化率以本發明所述方法進行修正,并根據對老化率的修正顯示剩余放電時間。一般,當相鄰兩次修正的時間在半年之內并且修正量不小于5%,即可以判斷整個蓄電池組中有個別蓄電池出現了故障。
在步驟S211,判斷蓄電池組是否終止放電,如繼續放電則執行步驟S222判斷蓄電池組的電壓是否已經下降到第二預報警電壓Ua2,低于該電壓則執行步驟S223,再次報警并顯示剩余的放電時間;高于該電壓則執行步驟S220。
進一步的放電過程如步驟S224、225和226所示,隨著蓄電池組的電壓低于放電截止電壓Us而系統最后停止服務。
如果在步驟S216蓄電池組沒有放電,則執行步驟S227,判斷該蓄電池組的浮充電時間是否超過設定的周期性均充維護時間,如果未超過則保持浮充電狀態;一旦超過則執行步驟S228。在步驟S228,判斷是否對蓄電池組進行年檢,如果是則執行步驟S229進行年檢;如果否,則在步驟S230、231和232由系統自動控制執行按設定容量比例放電的操作,并放電過程中顯示電池剩余放電時間,最后由市電供電情況決定電池是執行步驟S217繼續放電,還是進入步驟S205進行蓄電池組均充前的參數初試化。步驟S229中年檢的進一步闡述見下文。
圖3所示為本發明所述使用蓄電池組的后備電源系統的初始化測試流程圖,即上述步驟S208中初始化測試的具體過程。
在步驟S301,對蓄電池組進行均充電,為其后的放電測試作準備。均充電過程中,在步驟S302不斷檢測是否滿足均浮沖轉換條件,如果否則轉步驟S301繼續均充電;如果是則轉步驟S303,對蓄電池組進行浮充電。均浮沖轉換條件條件由用戶設定,可以是充電電流的大小是否小于等于某一設定電流值,也可以是充電時間是否大于等于某一設定時間值。浮充電過程中,在步驟S304不斷檢測浮充電是否超過設定浮充電時間,如果否則轉步驟S303繼續浮充電;一旦達到設定的浮充電時間則執行步驟S305。
在步驟S305,開始進行初始化測試,蓄電池組放電。放電過程中,在步驟S306順序記錄放電時間和對應放電電流、電壓值,形成完整的放電曲線;同時在步驟S307判斷蓄電池組的電壓是否已下降到小于等于放電截止電壓Us,如果否則轉步驟S305繼續放電;如果放電終止則執行步驟S308。
在步驟S308,終止放電操作,根據記錄的放電數據,計算蓄電池組在放放電深度超過60%的選定容量點上時,其單位安時容量提供放電電流的電壓下降速率,并把得到這一個以上特定容量點及其對應的放電電壓變化率,作為電池的放電容量特征參數。由于不同種類的蓄電池組其選定容量點的放電容量特征參數范圍不同,對于新上電的蓄電池組,如果其初始化測試所得到的放電容量特征參數超出該種類蓄電池組平均的放電容量特征參數5%以上,則可以判斷該新上電的蓄電池組中有故障蓄電池。在步驟S309,根據上述標準判斷蓄電池組中是否有故障蓄電池,如果無則初始化測試完成;如果有則執行步驟S310提示用戶是否對故障蓄電池進行更換,如果是則系統下電,更換電池;如果否則初始化測試完成。
在初始化測試完成后,執行步驟S205,以初始化測試中得到的蓄電池組的各項參數對系統中存儲的參數進行更新。
圖4所示為本發明所述使用蓄電池組的后備電源系統的年檢流程圖,即上述步驟S229中年檢的具體過程。
在步驟S410,由用戶設定蓄電池組的放電深度。用戶應設定放電深度為100%或者超過60%的某一深度值。
在步驟S420,蓄電池組放電。放電過程中,在步驟S430計算和顯示蓄電池組的剩余放電時間,并記錄放電數據;同時在步驟S440判斷是否達到用戶設定的放電深度,如果否則轉步驟S420繼續放電;如果是則執行步驟S450。
在步驟S450,根據放電過程中記錄的放電數據計算放電容量特征數據。在步驟S460,根據蓄電池組的放電容量特征參數的變化是否已經超過閾值(如當兩次修正的時間在半年之內并且修正量不小于5%)來判斷該蓄電池組中是否有蓄電池出現故障,如果有則向用戶報警,并執行步驟S490,保持年檢前的老化率不變;如果沒有故障蓄電池則執行步驟S470,根據用戶設定的蓄電池組壽命終結老化率,判斷蓄電池組的壽命是否已經終止,若壽命終止即執行步驟S490,報警并保持年檢測試前的老化率;若壽命沒有終止則執行步驟S480,更新蓄電池組的老化率。
在年檢完成后,轉步驟S205執行蓄電池組的參數初始化。
圖5所示為應用本發明所述老化率估算方法的蓄電池組管理監測裝置的結構圖。
本發明所述的蓄電池組管理監測裝置包括蓄電池組010、傳感單元020、信號調理單元030、模擬多路開關040、模擬/數字轉換單元050、顯示單元060、處理單元070、存儲單元080、通信接口單元090和主控單元100。
傳感單元020采集蓄電池組010一個以上的監測參數,并將產生的雙極性模擬信號傳送到信號調理單元030。監測參數包括蓄電池組的電壓、電流和溫度等。信號調理單元030將雙極性模擬信號轉換為單極性模擬信號,傳送到多路模擬開關040。多路模擬開關040將一個以上的單極性模擬信號分時傳送至模擬/數字轉換單元050,模擬/數字轉換單元050將從多路模擬開關040接收的單極性模擬信號轉換為監測參數值,傳送至處理單元070。
顯示單元060根據處理單元的指令顯示蓄電池組的運行狀態。存儲單元080用來存儲管理軟件代碼、臨時計算數據和蓄電池組的數據,其中包括蓄電池組的放電數據和放電容量特征數據。處理單元070運行存儲單元080存儲的管理軟件代碼,指令顯示單元060顯示蓄電池組010的運行狀態,其中包括當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率,據此計算并顯示蓄電池組的剩余放電時間;同時,處理單元070根據模擬/數字轉換單元050傳送的監測參數值和存儲單元080存儲的蓄電池組的數據決定對蓄電池組進行相應的操作,并將操作指令通過通信接口單元090傳送至主控單元100。
主控單元100根據從通信接口單元090接收的處理單元070的操作指令控制蓄電池組010的運行。
信號調理單元030包括低通濾波單元031、精密絕對值單元032和精密放大單元030。低通濾波單元031將從傳感單元020接收的雙極性模擬信號中的高頻干擾濾除后,傳送至精密絕對值單元032。精密絕對值單元032將雙極性模擬信號轉換為單極性模擬信號,并將單極性模擬信號傳送至精密放大單元033。精密放大單元033將單極性模擬信號放大至符合模擬/數字轉換單元050要求,并將其傳送至模擬多路開關040。
為了防止整各蓄電池組的電壓傳感器的正負極接反使得傳感單元020輸出反相取樣信號,導致誤判工作狀態,本發明中在信號調理單元030中,采用了精密絕對值單元032始終輸出正相信號,適應傳感單元020正負極接反的情況。
在蓄電池組充電、放電時,傳感單元020取樣信號的極性發生反轉,其輸出信號也將反相,而精密絕對值單元032能夠始終輸出正向電流信號。
通常的做法是將±Vin的雙極性信號提升為0~+2Vin的單極性信號,代價是輸入動態范圍減少了一半,這意味著模擬/數字轉換單元050輸出的有效數值減少了1位。本發明通過采用精密絕對值單元032,將±Vin的雙極性信號變換為0~+Vin的單極性信號,減小了模擬信號處理通道的總誤差,使模擬/數字轉換單元050得到充分利用。
上述精密絕對值單元032可以采用精密絕對值電路。
以上所述的本發明實施方式,并不構成對本發明保護范圍的限定。任何在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等,均應包含在本發明的權利要求保護范圍之內。
權利要求
1.一種蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于,包括以下步驟a)確定蓄電池組的放電數據;b)確定蓄電池組的放電容量特征數據,所述放電容量特征數據為在至少一個放電容量超過預定放電深度的選定容量點上蓄電池組的電壓變化參數;c)以蓄電池組的標稱壽命為基準,以蓄電池組的放電曲線作為蓄電池組的老化曲線;d)當蓄電池組由均充電轉入浮充電狀態時,確定其在老化曲線中的位置并估算其老化率;e)當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率;f)根據所述更新的老化率修正蓄電池組在老化曲線中的位置。
2.按照權利要求1所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于,所述步驟c)與步驟d)之間包括將所述老化曲線分段,以每段的斜率為該段的老化速率;步驟d)所述確定蓄電池組在老化曲線中的位置具體為根據蓄電池組的使用時間確定其在老化曲線中的位置;所述估算其老化率具體為根據蓄電池組的位置所在的老化曲線段和該段的老化速率計算得出蓄電池組的老化率。
3.按照權利要求2所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于,在所述步驟f)之后包括g)根據更新老化率后的蓄電池組實際容量,計算剩余的放電時間,并按電池剩余的容量比率作出放電截止前的預報警。
4.按照權利要求1至3任意一項所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于所述步驟a具體為a1)輸入已知的放電數據;或根據蓄電池的標稱容量值和種類,按照國際或國內標準生成其放電數據;a2)對蓄電池組進行100%深度的放電測試,根據測試結果對步驟a1)中的放電數據進行修正。
5.根據權利要求4所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于,所述步驟b)具體為在所述蓄電池組的放電測試中,記錄所述蓄電池組的放電數據,計算其在選定容量點上的電壓變化參數,作為所述蓄電池組的放電容量特征數據;或以相同類型的蓄電池組在放電測試時得到的放電容量特征數據的平均值作為所述蓄電池組的放電容量特征數據;所述電壓變化參數為每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率。
6.根據權利要求5所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于,所述步驟e)具體為蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據所述放電容量特征數據中的電壓變化率得到所述選定容量點;計算本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量,以與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率。
7.按照權利要求6所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于,所述步驟a)之前包括判斷是否已保存有蓄電池組的放電數據、放電容量特征數據和老化率,如果是,轉步驟d);如果否,執行步驟a)。
8.按照權利要求1所述蓄電池組的老化率估算方法,其特征在于所述放電數據包括恒功率放電數據或恒電流放電數據;所述預定放電深度為不小于60%。
9.一種蓄電池組的故障檢測方法,其特征在于,包括以下步驟A.確定蓄電池組的放電數據;B.確定蓄電池組的放電容量特征數據,所述放電容量特征數據為在至少一個放電容量超過預定放電深度的選定容量點上的電壓變化參數;C.當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來修正老化率;D.如果兩次所述老化率修正的時間間隔在預定修正時間段內并且修正量大于等于預定修正比率閾值,則所述蓄電池組出現故障。
10.按照權利要求9所述蓄電池組的故障檢測方法,其特征在于,所述方法還包括如果新蓄電池組的放電容量特征數據與相同類型蓄電池組放電容量特征數據的平均值相比,超過預定初始比率閾值,則所述新蓄電池組出現故障。
11.按照權利要求10所述蓄電池組的故障檢測方法,其特征在于所述電壓變化參數為每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率;所述A具體為輸入已知的放電數據;或根據蓄電池的標稱容量值和種類,按照國際或國內制造標準生成其放電數據;所述步驟B具體為在所述蓄電池組的放電測試中,記錄所述蓄電池組的放電數據,計算其在選定容量點上的電壓變化率,所謂所述蓄電池組的放電容量特征數據;或以相同類型的蓄電池組在放電測試時得到的放電容量特征數據的平均值作為所述蓄電池組的放電容量特征數據;所述步驟C具體為蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據所述放電容量特征數據中的電壓變化率得到所述選定容量點;計算本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量,以與新蓄電池組容量的比較結果來修正老化率;所述放電數據包括恒功率放電數據或恒電流放電數據;所述預定放電深度為不小于60%。
12.一種蓄電池組的管理及監測裝置,其特征在于,包括蓄電池組、傳感單元、信號調理單元、模擬多路開關、模擬/數字轉換單元、顯示單元、處理單元、存儲單元、通信接口單元和主控單元,其中所述傳感單元用來將一個以上蓄電池組監測參數的模擬信號傳送到所述信號調理單元,所述監測參數包括蓄電池組的電壓和電流;所述信號調理單元將雙極性模擬信號轉換為單極性模擬信號,傳送到所述多路模擬開關;多路模擬開關將一個以上的單極性模擬信號分時傳送至所述模擬/數字轉換單元;所述模擬/數字轉換單元將所述單極性模擬信號轉換為監測參數值,傳送至所述處理單元;所述顯示單元根據處理單元的指令顯示蓄電池組的運行狀態;所述存儲單元用來存儲管理軟件代碼、臨時計算數據和蓄電池組的數據,其中包括蓄電池組的放電數據和放電容量特征數據,所述放電容量特征數據為在至少一個放電容量超過預定放電深度的選定容量點上,每安時容量提供放電功率或電流的電壓變化率;所述處理單元運行所述存儲單元存儲的管理軟件代碼,指令顯示單元顯示蓄電池組運行狀態,其中包括當蓄電池組放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率,據此計算并顯示蓄電池組的剩余放電時間;并根據所述模擬/數字轉換單元傳送的監測參數值和所述存儲單元存儲的蓄電池組的數據決定對蓄電池組進行的操作,將操作指令通過所述通信接口單元傳送至所述主控單元;所述主控單元根據從所述通信接口單元接收的所述處理單元的操作指令控制蓄電池組的運行。
13.按照權利要求12所述蓄電池組的管理及監測裝置,其特征在于,所述信號調理單元包括低通濾波單元、精密絕對值單元和精密放大單元,其中所述低通濾波單元將從所述傳感單元接收的雙極性模擬信號中的高頻干擾濾除后,傳送至所述精密絕對值單元;所述精密絕對值單元將雙極性模擬信號轉換為單極性模擬信號,并將單極性模擬信號傳送至所述精密放大單元;所述精密放大單元將單極性模擬信號放大至符合所述模擬/數字轉換單元要求,并將其傳送至所述模擬多路開關。
全文摘要
本發明公開了一種蓄電池組的老化率估算方法,包括確定蓄電池組的放電數據和放電容量特征數據;以蓄電池組的標稱壽命為基準,以其放電曲線作為老化曲線;當蓄電池組由均充電轉入浮充電狀態時,確定其在老化曲線中的位置并估算其老化率;當放電超過預定放電深度時,根據本次放電至所述選定容量點時已經放出的容量與新蓄電池組容量的比較結果來更新老化率;根據所述更新的老化率修正蓄電池組在老化曲線中的位置。本發明還公開了一種蓄電池組的故障檢測方法和一種蓄電池組管理監測裝置。本發明不需專用負載和現場測試多條放電曲線,并且系統在使用中可以自學習修正老化率估算值;同時,本發明能夠對蓄電池組進行在線故障檢測,具有很高的準確性。
文檔編號G01R31/36GK1862279SQ200510072519
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月11日 優先權日2005年5月11日
發明者孟貞生, 陳健 申請人:孟貞生, 陳健

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