CN101004440A

CN101004440A - 基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置及测试方法

Info

Publication number: CN101004440A
Application number: CN 200710019241
Authority: CN
Inventors: 黄海宏; 王海欣; 张兴; 张龙云; 赵晓兰
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology; Hefei Polytechnic University
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2007-07-25

Abstract

基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置及测试方法，其特征是在485总线结构中设置各测试单元和监测单元，每一节蓄电池独立配置与其自身匹配的测试单元，各测试单元内置单片机，并以单片机作为实时、反复测量本节蓄电池端电压的电压测量单元，各蓄电池输出电压通过电压变换电路为与其自身匹配的测试单元提供工作电源，单片机输出通讯信号通过光耦隔离电路连接到RS485总线；在蓄电池组和放电负载之间，设置监测单元中控制开关状态的功率管作为放电开关，以监测单元作为蓄电池组放电电流测量单元。本发明可实现瞬间大电流放电的同步测量，测量精度高、可靠性好。

Description

基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及蓄电池内阻测试装置及测试方法，更具体地说是对以蓄电池组为后备电源的电源系统中的蓄电池内阻测试装置及测试方法。

背景技术

以蓄电池组为后备电源的电源系统在电力系统和通信基站等重要场合中应用非常广泛。蓄电池组与整流电源组成成套设备，在正常情况下，整流电源将交流电源转变为直流电，为负载供电的同时给蓄电池充电，保证蓄电池处于满容量状态；当发生交流停电时，蓄电池组转而处于放电状态下，为重要的直流负载供电，也可通过逆变器将直流电转变为交流电，为重要的交流负载供电。随着电源系统容量的提高，蓄电池的容量呈递增状态，而蓄电池的费用也呈递增曲线。在大容量的电源系统中，蓄电池组的费用远远大于电源装置所占费用比重。因此蓄电池的维护成为非常重要的问题。

由于蓄电池在使用期间容量会逐步下降，为保证在交流停电期间重要负载的不间断供电，在重要的电源系统中，配置蓄电池容量测试装置正成为一种趋势。目前最准确的蓄电池容量检测办法就是核对性放电，以100Ah的蓄电池为例，标准的测试方式是以10倍率放电电流10A进行恒流放电，若能持续放电10小时，则该电池容量为100％。但这种方法的最大缺点就是在容量检测期间，蓄电池组与供电负载和整流电源长时间脱离，若在此期间发生交流停电，则不能实现负载的不间断的供电。为解决该问题，可配置后备蓄电池组，但这必然造成额外的设备投资。

已有提出瞬间大电流检测蓄电池内阻的方法。由于蓄电池内阳为mΩ级，本身蓄电池也是带电体，常规办法无法测量；采用大电流放电，根据大负载切除前后蓄电池端电压的变化和放电电流可计算出蓄电池的内阻。蓄电池的内阻与其容量有一定的对应关系，蓄电池内阻小时能放出更多的能量，即容量较满；内阻增加，则放出的能量就会减少。虽然不能直接通过内阻计算蓄电池的容量，但内阻的变化与容量的变化相对应。通过检测蓄电池内阻来反映蓄电池容量已得到广泛的认同。由于采用瞬间大电流放电测内阻，蓄电池组与负载脱离时间很短，按秒计算，可有效克服核对性放电的弊端。

目前市场上应用广泛的蓄电池检测装置多采用巡检方式，其采样线连接方式如图1所示。

蓄电池串联组成蓄电池组，其后一节蓄电池的负极与前一节蓄电池的正极相连，由此造成端电压测量共地问题难以解决。在蓄电池测试仪内部，可采用两种方法解决这一问题。

图2所示为早期的分压测量方法，将每节蓄电池正极对地的电压进行分压后，通过多路模拟开关进行分时测量，结合分压系数和前几节蓄电池的测量电压计算出当前蓄电池的电压。

图3所示是采用继电器对被测蓄电池进行切换的方法，蓄电池测试仪采用带两组常开触头的继电器，单片机控制继电器逐一进行切换，将每节蓄电池分别与测量系统共地相连，可测得单节蓄电池端电压。

可见，已有技术中无论是分压测量还是继电器切换都是对蓄电池组的电池进行逐节分时测量，由于正常工作时蓄电池电压变化比较平缓，采用巡检方式测量每节蓄电池的端电压还是可以保证精度的。但在采用大电流放电测蓄电池内阻时，蓄电池电压下降较快，造成采用巡检方式测内阻误差偏大，例如高等级变电站用220V直流屏配套的蓄电池组由103节～108节蓄电池组成，巡检一周时间很长，大电流放电造成的误差很大，而且长时间大电流放电对蓄电池也有损害。

在专利号为200420026009.1的实用新型专利中，公开了一种“蓄电池智能检测装置”，是采用485总线结构对蓄电池端电压进行测量。但是，蓄电池端电压不能明显地反应蓄电池的容量，尤其是蓄电池处于充电状态时，蓄电池电压根本无法反映其容量。

发明内容：

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置及测试方法，以实现瞬间大电流放电的同步测量，从而使测量精度和测量可靠性都能得以保证。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置的结构特点是设置485总线结构，在所述485总线结构中设置各测试单元和监测单元，每一节蓄电池独立配置与其自身匹配的测试单元，各测试单元内置单片机，并以单片机作为实时、反复测量本节蓄电池端电压的电压测量单元，各蓄电池输出电压通过电压变换电路为与其自身匹配的测试单元提供工作电源，单片机输出通讯信号通过光耦隔离电路连接到RS485总线；在蓄电池组和放电负载之间，设置监测单元中控制开关状态的功率管作为放电开关，以所述监测单元作为蓄电池组放电电流测量单元。

本发明基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置的蓄电池内阻测试方法的特点是由监测单元控制作为放电开关的功率管的导通和关断，在进行内阻测试时，放电开关闭合，蓄电池大电流放电，监测单元测量蓄电池组的放电电流；当放电电流稳定后，通过485总线下达记录命令，每个测试单元将当前的蓄电池端电压数值保存；监测单元断开放电开关后，蓄电池端电压回升，监测单元逐一召唤测试单元，测试单元将放电时的端电压和放电截止后的稳定值一同传给监测单元，监测单元结合放电电流计算每节蓄电池的内阻。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

本发明以专利号为200420026009.1的实用新型专利所公开的“蓄电池智能检测装置”为基础，增加设置监测单元，并在监测单元中采用功率管作为蓄电池组和放电负载间的控制放电开关。在放电期间，以监测单元作为蓄电池组放电电流测量单元，并通过监测单元控制与各蓄电池匹配的测试单元记录放电时的蓄电池端电压和放电后蓄电池端电压，实现瞬间大电流放电各蓄电池的电压同步测量，从而使测量精度得以保证，测量结果可靠性好。

附图说明：

图1为已有技术中蓄电池测试仪采样线路示意图。

图2为已有技术中分压测量方式电路原理图。

图3为已有技术中继电器两组触头切换的测量方式电路原理图。

图4为本发明电路方框图。

图5为本发明测试单元电路方框图。

图6为本发明测试单元通信站号设置电路原理图。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步描述。

具体实施方式：

参见图4，设置485总线结构，在485总线结构中设置各测试单元和监测单元，每一节蓄电池独立配置与其自身相匹配的测试单元，各测试单元内置单片机，以单片机作为本节蓄电池端电压的电压测量单元，单片机通过自带的AD实时、反复测量蓄电池端电压。

参见图5，各蓄电池输出电压通过电压变换电路为其自身测试单元提供工作电源。根据铅酸蓄电池的电压级别，将蓄电池端电压分为2V和12V两种，对于2V的测试单元，要通过升压电路将蓄电池端电压升至单片机的工作电压；而对于12V的测试单元来说，需要通过降压电路将蓄电池端电压降到单片机的工作电压。

测试单元配置通讯站号设置电路对应唯一通讯站号，监测单元通过隔离的485总线，带站号分别召唤每个测试单元，获得每个蓄电池的端电压数据。

由于每个测试单元的测量地均不同，为解决测量单元测量地与上位机的通讯地的共地问题，单片机输出通讯信号需要通过光耦隔离电路连接到RS485总线。

参见图6，在测试单元中配置有通过跳线对应获得唯一通讯站号的通讯站号设置电路。将单片机D1的P0.0～P0.3、P1.2～P1.5共八个口线接至双排插针X1的一端，并挂接上拉电阻R7，双排插针X1的另一端接电源地。可通过短路块将某些口线接地。单片机在上电复位时读取八个口线的状态，被接地的口线的状态为0，未接地的口线受上拉电阻R7的作用，状态为1。每个测试单元的通信站号都是唯一的，因此每个测试单元通信站号设置电路的跳线情况均不相同，共可设0～255共256个站号。

在蓄电池组和放电负载之间，设置由监测单元控制开关状态的功率管作为放电开关，以监测单元作为蓄电池组放电电流测量单元。

当需要进行内阻测试时，监测单元使放电开关闭合，蓄电池进行大电流放电，监测单元测量蓄电池组的放电电流，当放电电流稳定后，通过485总线下达记录命令，每个测试单元将当前的蓄电池端电压数值保存；监测单元断开放电开关后，蓄电池端电压回升。监测单元逐一召唤测试单元，测试单元将放电时的端电压和放电截止后的稳定值一同传给监测单元，监测单元结合放电电流即可计算出每节蓄电池的内阻。

设放电电流为I，放电时该节电池电压为U1，断开负载停止放电时电压为U2，该节蓄电池内阻为r，则r＝(U2-U1)/I。

Claims

1、基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置，其特征是设置485总线结构，在所述485总线结构中设置各测试单元和监测单元，每一节蓄电池独立配置与其自身匹配的测试单元，各测试单元内置单片机，并以单片机作为实时、反复测量本节蓄电池端电压的电压测量单元，各蓄电池输出电压通过电压变换电路为与其自身匹配的测试单元提供工作电源，单片机输出通讯信号通过光耦隔离电路连接到RS485总线；在蓄电池组和放电负载之间，设置监测单元中控制开关状态的功率管作为放电开关，以所述监测单元作为蓄电池组放电电流测量单元。

2、根据权利要求1所述的基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置，其特征是在所述测试单元中配置有通过跳线对应获得唯一通讯站号的通讯站号设置电路。

3、根据权利要求2所述的基于485总线方式的蓄电池内阻测试装置，其特征是所述通讯站号设置电路是将单片机的P0.0～P0.3、P1.2～P1.5共八个口线接至双排插针X1的一端，并挂接上拉电阻R7，双排插针X1的另一端接电源地；通过短路块将相应的口线接地；单片机在上电复位时读取八个口线的状态，被接地的口线的状态为“0”，未接地的口线受上拉电阻R7的作用，状态为“1”。

4、一种权利要求1所述装置的蓄电池内阻测试方法，其特征是由监测单元控制作为放电开关的功率管的导通和关断，在进行内阻测试时，放电开关闭合，蓄电池大电流放电，监测单元测量蓄电池组的放电电流；当放电电流稳定后，通过485总线下达记录命令，每个测试单元将当前的蓄电池端电压数值保存；监测单元断开放电开关后，蓄电池端电压回升，监测单元逐一召唤测试单元，测试单元将放电时的端电压和放电截止后的稳定值一同传给监测单元，监测单元结合放电电流计算每节蓄电池的内阻。