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專利名稱：二次放電在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在以蓄電池組為后備電源的電源系統(tǒng)中，在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法。
背景技術(shù)：
以蓄電池組為后備電源的電源系統(tǒng)在電力系統(tǒng)和通信基站等關(guān)系國(guó)際民生的重要場(chǎng)合應(yīng)用非常廣泛。蓄電池組與整流電源組成成套設(shè)備，在正常情況下，整流電源將交流電源轉(zhuǎn)變成直流電，為負(fù)載供電的同時(shí)給蓄電池組充電，保證蓄電池處于滿容量狀態(tài)；當(dāng)發(fā)生交流停電時(shí)，蓄電池組放電，為重要的直流負(fù)載供電，也可通過(guò)逆變器將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟姡瑸橹匾慕涣髫?fù)載供電。隨著電源系統(tǒng)容量的提高，蓄電池的容量呈遞增狀態(tài)，而蓄電池的費(fèi)用也呈遞增曲線。在大容量的電源系統(tǒng)中，蓄電池組的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電源裝置所占費(fèi)用比重。因此蓄電池的維護(hù)成為非常重要的問(wèn)題。
數(shù)年前開(kāi)始應(yīng)用并沿用至今的蓄電池巡檢裝置，主要是檢測(cè)蓄電池組中每節(jié)蓄電池的端電壓。端電壓能直接反映蓄電池的過(guò)充和欠充，且在放電狀態(tài)下能在一定程度上反映各節(jié)電池的狀態(tài)。但由于蓄電池組長(zhǎng)期處于浮充電狀態(tài)，而性能很差或連接不良的蓄電池在浮充電狀態(tài)時(shí)，端電壓的變化并不明顯，而等到蓄電池放電時(shí)發(fā)現(xiàn)異常，往往為時(shí)已晚。因此先進(jìn)的蓄電池檢測(cè)裝置應(yīng)具備容量檢測(cè)功能。
目前最準(zhǔn)確的蓄電池容量檢測(cè)辦法是核對(duì)性放電，以100Ah的蓄電池為例，標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方式是以10倍率放電電流10A進(jìn)行恒定電流放電，若能持續(xù)放電10小時(shí)，則該蓄電池容量為100％。但這種方法的最大缺點(diǎn)就是在容量檢測(cè)期間，蓄電池組與供電負(fù)載和整流電源長(zhǎng)時(shí)間脫離，若在此期間發(fā)生交流停電，則不能實(shí)現(xiàn)負(fù)載的不間斷供電。為解決該問(wèn)題，可配置后備蓄電池組，但這需要額外的設(shè)備投資。
針對(duì)這種情況，科研人員研究出了瞬間大電流檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法。由于蓄電池內(nèi)阻為mΩ級(jí)，本身蓄電池也是帶電體，常規(guī)辦法無(wú)法測(cè)量；采用大電流放電，根據(jù)大負(fù)載切除前后蓄電池端電壓的變化和放電電流可計(jì)算出蓄電池的內(nèi)阻。蓄電池的內(nèi)阻與其容量有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，蓄電池內(nèi)阻小時(shí)能放出更多的能量，即容量較滿；內(nèi)阻增加，則放出的能量就會(huì)減少。雖然不能直接通過(guò)內(nèi)阻計(jì)算蓄電池的容量，但內(nèi)阻的變化與容量的變化相對(duì)應(yīng)。通過(guò)檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻來(lái)反應(yīng)蓄電池容量已得到廣泛的認(rèn)同。
傳統(tǒng)的蓄電池巡檢裝置無(wú)論是分壓測(cè)量還是繼電器切換都是對(duì)蓄電池組的電池進(jìn)行逐節(jié)測(cè)量，由于正常工作時(shí)蓄電池電壓變化比較平緩，采用巡檢方式測(cè)量每節(jié)蓄電池的端電壓還是可以保證精度的。但在采用大電流放電時(shí)，蓄電池電壓下降較快，采用巡檢方式造成誤差偏大，而且長(zhǎng)時(shí)間大電流放電對(duì)蓄電池也有損害。同時(shí)由于是整組放電，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(dāng)?shù)碾娏鞣秶鷥?nèi)，影響測(cè)量精度。為避免整流電源輸出電流的影響，保證內(nèi)阻測(cè)量精度，在進(jìn)行瞬間大電流內(nèi)阻測(cè)試時(shí)，是將蓄電池組與負(fù)載和整流電源脫離。這種方式雖然時(shí)間很短，但也不能保證負(fù)載的不間斷供電。若在該時(shí)間內(nèi)發(fā)生交流停電，則不能實(shí)現(xiàn)重要負(fù)載的不間斷供電。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種二次放電在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法，是一種基于瞬間大電流檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法，以期克服整流電源輸出電流影響、實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，測(cè)試時(shí)的蓄電池組不須與負(fù)載和整流電源脫離，保證負(fù)載的不間斷供電的。
本發(fā)明解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案本發(fā)明方法的特點(diǎn)是為每節(jié)蓄電池分別配置由功率開(kāi)關(guān)管S1和放電電阻R1構(gòu)成的放電回路I和由功率開(kāi)關(guān)管S2和放電電阻R2構(gòu)成的放電回路II，控制方式首先接通放電回路I形成該蓄電池的第一次放電，隨后保持放電回路I的接通狀態(tài)，并接通放電回路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(cè)蓄電池的內(nèi)阻I1為第一次放電時(shí)放電負(fù)載的電流I2為第二次放電時(shí)放電負(fù)載的電流U1為第一次放電時(shí)的負(fù)載電壓U2為第二次放電時(shí)的負(fù)載電壓。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有效益果體現(xiàn)在采用直流測(cè)試法(即瞬間大電流放電)測(cè)量蓄電池內(nèi)阻是目前公認(rèn)的精度較高的測(cè)量方法。但應(yīng)用于實(shí)際工程，特別是應(yīng)用于要求可靠性極高的電力系統(tǒng)，卻有難以克服的缺點(diǎn)。首先是在放電瞬間要檢測(cè)蓄電池組中每節(jié)蓄電池的端電壓變化，傳統(tǒng)的蓄電池測(cè)試儀采用巡檢方式，整個(gè)一圈下來(lái)時(shí)間較長(zhǎng)，每節(jié)蓄電池端電壓變化采樣時(shí)刻的不同會(huì)造成測(cè)量數(shù)據(jù)差異較大，無(wú)法保證精度，已有設(shè)計(jì)人員提出為每一節(jié)蓄電池配置一塊測(cè)試單元，實(shí)現(xiàn)所有蓄電池端電壓的同步測(cè)量。但正如背景技術(shù)中所述這種檢測(cè)方式若要保證精度，應(yīng)工作在離線狀態(tài)，即將蓄電池組與整流電源和負(fù)載脫離再進(jìn)行測(cè)試。雖然時(shí)間很短，但對(duì)于可靠性極高的電力系統(tǒng)，這一點(diǎn)也難以接受。本發(fā)明對(duì)原有的直流測(cè)試法進(jìn)行改進(jìn)，采用二次放電以及差值計(jì)算法，可以有效地避免整流電源輸出電流的影響，實(shí)現(xiàn)在線測(cè)量，保證了負(fù)載的不間斷供電。


圖1為本發(fā)明方法原理圖。
圖2為圖1的簡(jiǎn)化推理圖。
圖3為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的分布式蓄電池測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
圖4為圖3所示測(cè)試系統(tǒng)的中的測(cè)試單元結(jié)構(gòu)框圖。
以下通過(guò)具體實(shí)施方式
，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述具體實(shí)施方式
參見(jiàn)圖1、圖2，為每節(jié)蓄電池分別配置由功率開(kāi)關(guān)管S1和放電電阻R1構(gòu)成的放電回路I和由功率開(kāi)關(guān)管S2和放電電阻R2構(gòu)成的放電回路II，首先接通放電回路I形成該蓄電池的第一次放電，隨后保持放電回路I的接通狀態(tài)，并接通放電回路II形成蓄電池的第二次放電。由于在蓄電池內(nèi)部有等效電容的存在，在放電初始瞬間，電容放電導(dǎo)致放電電流沖擊，幾秒鐘后電容放電完畢，放電電流趨于穩(wěn)定，此時(shí)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(cè)蓄電池的內(nèi)阻I1為第一次放電時(shí)放電負(fù)載的電流I2為第二次放電時(shí)放電負(fù)載的電流U1為第一次放電時(shí)的負(fù)載電壓U2為第二次放電時(shí)的負(fù)載電壓在電池電壓Ub基本不變的情況下，第一次放電負(fù)載電阻為R1，第二次放電負(fù)載電組為R1和R2并聯(lián)，因此U1＞U2，而I1＜I2。而在采用直流測(cè)試法檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻時(shí)，將放電電流控制在0.3～0.5Co(Co為蓄電池Ah數(shù)，蓄電池容量用Ah來(lái)表示，比如蓄電池為100Ah時(shí)，將兩次放電電流控制在30A～50A就比較合適)是能夠保證測(cè)量精度的。
檢測(cè)原理圖2所示，E為整流電源與其它非測(cè)蓄電池的等效串聯(lián)電勢(shì)，R為其它非測(cè)蓄電池內(nèi)阻等效串聯(lián)電阻。
設(shè)兩次放電時(shí)放電負(fù)載的電流分別為I1和I2，測(cè)得的負(fù)載電壓分別為U1和U2，對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的關(guān)系式為Ub-U1＝(I1-IE1)Rb(1)U1＝E-IE1R (2)緊接著進(jìn)行第二次大電流放電，設(shè)由于第一次大電流放電導(dǎo)致蓄電池能量損失造成的電壓下降為ΔUb，則對(duì)應(yīng)的關(guān)系式為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(shè)蓄電池組中串聯(lián)的蓄電池節(jié)數(shù)為n，由于R為其它n-1節(jié)蓄電池內(nèi)阻的串聯(lián)，為簡(jiǎn)化分析，令R＝(n-1)Rb，則ΔUb+(U2-U1)+(U2-U1)/(n-1)＝Rb(I1-I2)(6)當(dāng)n較大時(shí)，(U2-U1)/(n-1)與(U2-U1)相比可忽略，例如在電力用直流系統(tǒng)中，110kV及以下等級(jí)的變電站多為220V系統(tǒng)，采用12V蓄電池，須18或19節(jié)串聯(lián)組成蓄電池組；而在高等級(jí)變電站110V系統(tǒng)中是以2V蓄電池來(lái)組成系統(tǒng)，n≥52，故滿足忽略(U2-U1)/(n-1)的條件。而由于是瞬間放電，因能量損失造成蓄電池電勢(shì)Ub的下降ΔUb也可忽略，故Rb＝(U2-U1)/(I1-I2)(7)參見(jiàn)圖3、圖4，本實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)二次放電在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的裝置為采用分布式蓄電池檢測(cè)裝置，該裝置包括為每節(jié)蓄電池獨(dú)立配置的測(cè)試單元和基于485總線的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)單元，測(cè)試單元內(nèi)置單片機(jī)，以單節(jié)蓄電池作為其電源輸入，通過(guò)電路將蓄電池電壓變換成單片機(jī)工作電壓，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)自帶的AD實(shí)時(shí)、反復(fù)測(cè)量蓄電池端電壓。測(cè)試單元通過(guò)跳線對(duì)應(yīng)唯一通訊站號(hào)，監(jiān)測(cè)單元通過(guò)隔離的485總線，帶站號(hào)分別召喚每個(gè)測(cè)試單元，獲得每個(gè)蓄電池的端電壓數(shù)據(jù)。當(dāng)需要進(jìn)行蓄電池內(nèi)阻測(cè)試時(shí)，由監(jiān)測(cè)單元逐一下達(dá)內(nèi)阻測(cè)試命令，測(cè)試單元順序進(jìn)行二次放電測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果上傳至監(jiān)測(cè)單元，由監(jiān)測(cè)單元進(jìn)行分析和處理，在該系統(tǒng)中，內(nèi)阻測(cè)試完全有測(cè)試單元來(lái)完成，監(jiān)測(cè)單元只需下發(fā)測(cè)試命令和顯示即可。
采用在線式的方式進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)量，每個(gè)測(cè)試單元都配置放電負(fù)載，某一節(jié)電池在進(jìn)行放電測(cè)試時(shí)，其它蓄電池仍然工作在充電狀態(tài)，雖然該蓄電池的放電電流中包含有整組充電電流，但通過(guò)兩次放電，其差值能消除整組充電電流。顯然，電池串聯(lián)的數(shù)量越多，一節(jié)電池放電對(duì)充電電流的影響越小，即某一節(jié)蓄電池兩次放電時(shí)，充電電流幾乎是不變的。
圖4所示為測(cè)試系統(tǒng)的中的測(cè)試單元結(jié)構(gòu)框圖。
測(cè)試單元內(nèi)置單片機(jī)，以單節(jié)蓄電池作為其電源輸入，通過(guò)電路將蓄電池電壓變換成單片機(jī)工作電壓，同時(shí)單片機(jī)通過(guò)自帶的AD實(shí)時(shí)、反復(fù)測(cè)量蓄電池端電壓。測(cè)試單元通過(guò)跳線對(duì)應(yīng)唯一通訊站號(hào)，當(dāng)通訊站號(hào)與監(jiān)測(cè)單元下發(fā)的命令中的站號(hào)相符時(shí)，根據(jù)不同的命令碼決定是傳送蓄電池的端電壓數(shù)據(jù)還是執(zhí)行蓄電池內(nèi)阻測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果上傳至監(jiān)測(cè)單元。
以12V/100Ah的蓄電池為例，兩次放電電流應(yīng)控制在30A～50A之間，在正常充電狀態(tài)，單節(jié)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(shí)，放電電流在33A左右；而保持S1為接通狀態(tài)，將S2接通時(shí)，為蓄電池對(duì)并聯(lián)的R1和R2放電，放電電流在48A左右，實(shí)際的放電電流準(zhǔn)確數(shù)值由單片機(jī)檢測(cè)得到。
權(quán)利要求
1.二次放電在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法，其特征是為每節(jié)蓄電池分別配置由功率開(kāi)關(guān)管S1和放電電阻R1構(gòu)成的放電回路I和由功率開(kāi)關(guān)管S2和放電電阻R2構(gòu)成的放電回路II，控制方式首先接通放電回路I形成該蓄電池的第一次放電，隨后保持放電回路I的接通狀態(tài)，并接通放電回路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(cè)蓄電池的內(nèi)阻I1為第一次放電時(shí)放電負(fù)載的電流I2為第二次放電時(shí)放電負(fù)載的電流U1為第一次放電時(shí)的負(fù)載電壓U2為第二次放電時(shí)的負(fù)載電壓。
全文摘要
二次放電在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的方法，其特征是為每節(jié)蓄電池分別配置放電回路I和放電回路II，采用二次放電以及差值計(jì)算法，可以有效地避免整流電源輸出電流的影響，實(shí)現(xiàn)蓄電池內(nèi)阻的在線測(cè)量，保證了負(fù)載的不間斷供電。
文檔編號(hào)G01R27/00GK101071161SQ20071002359
公開(kāi)日2007年11月14日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月8日
發(fā)明者黃海宏, 王海欣, 楊為 申請(qǐng)人:合肥工業(yè)大學(xué)