CN101071161A - 二次放电在线检测蓄电池内阻的方法 - Google Patents

Abstract

二次放电在线检测蓄电池内阻的方法，其特征是为每节蓄电池分别配置放电回路I和放电回路II，采用二次放电以及差值计算法，可以有效地避免整流电源输出电流的影响，实现蓄电池内阻的在线测量，保证了负载的不间断供电。

Description

二次放电在线检测蓄电池内阻的方法

技术领域

本发明涉及在以蓄电池组为后备电源的电源系统中，在线检测蓄电池内阻的方法。

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关系国际民生的重要场合应用非常广泛。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成直流电，为负载供电的同时给蓄电池组充电，保证蓄电池处于满容量状态；当发生交流停电时，蓄电池组放电，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。

数年前开始应用并沿用至今的蓄电池巡检装置，主要是检测蓄电池组中每节蓄电池的端电压。端电压能直接反映蓄电池的过充和欠充，且在放电状态下能在一定程度上反映各节电池的状态。但由于蓄电池组长期处于浮充电状态，而性能很差或连接不良的蓄电池在浮充电状态时，端电压的变化并不明显，而等到蓄电池放电时发现异常，往往为时已晚。因此先进的蓄电池检测装置应具备容量检测功能。

目前最准确的蓄电池容量检测办法是核对性放电，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进行恒定电流放电，若能持续放电10小时，则该蓄电池容量为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供电。为解决该问题，可配置后备蓄电池组，但这需要额外的设备投资。

针对这种情况，科研人员研究出了瞬间大电流检测蓄电池内阻的方法。由于蓄电池内阻为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应蓄电池容量已得到广泛的认同。

传统的蓄电池巡检装置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时，蓄电池电压下降较快，采用巡检方式造成误差偏大，而且长时间大电流放电对蓄电池也有损害。同时由于是整组放电，放电电流中包含整流电源的输出电流，很难保证蓄电池放电电流保持在适当的电流范围内，影响测量精度。为避免整流电源输出电流的影响，保证内阻测量精度，在进行瞬间大电流内阻测试时，是将蓄电池组与负载和整流电源脱离。这种方式虽然时间很短，但也不能保证负载的不间断供电。若在该时间内发生交流停电，则不能实现重要负载的不间断供电。

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，提供一种二次放电在线检测蓄电池内阻的方法，是一种基于瞬间大电流检测蓄电池内阻的方法，以期克服整流电源输出电流影响、实现在线测量，测试时的蓄电池组不须与负载和整流电源脱离，保证负载的不间断供电的。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明方法的特点是为每节蓄电池分别配置由功率开关管S₁和放电电阻R₁构成的放电回路I和由功率开关管S₂和放电电阻R₂构成的放电回路II，

控制方式：首先接通放电回路I形成该蓄电池的第一次放电，随后保持放电回路I的接通状态，并接通放电回路II形成蓄电池的第二次放电，则有：

R_b＝(U₁-U₂)/(I₂-I₁)

式中，R_b为待测蓄电池的内阻

I₁为第一次放电时放电负载的电流

I₂为第二次放电时放电负载的电流

U₁为第一次放电时的负载电压

U₂为第二次放电时的负载电压。

与已有技术相比，本发明的有效益果体现在：

采用直流测试法(即瞬间大电流放电)测量蓄电池内阻是目前公认的精度较高的测量方法。但应用于实际工程，特别是应用于要求可靠性极高的电力系统，却有难以克服的缺点。首先是在放电瞬间要检测蓄电池组中每节蓄电池的端电压变化，传统的蓄电池测试仪采用巡检方式，整个一圈下来时间较长，每节蓄电池端电压变化采样时刻的不同会造成测量数据差异较大，无法保证精度，已有设计人员提出为每一节蓄电池配置一块测试单元，实现所有蓄电池端电压的同步测量。但正如背景技术中所述这种检测方式若要保证精度，应工作在离线状态，即将蓄电池组与整流电源和负载脱离再进行测试。虽然时间很短，但对于可靠性极高的电力系统，这一点也难以接受。本发明对原有的直流测试法进行改进，采用二次放电以及差值计算法，可以有效地避免整流电源输出电流的影响，实现在线测量，保证了负载的不间断供电。

附图说明

图1为本发明方法原理图。

图2为图1的简化推理图。

图3为实现本发明方法的分布式蓄电池测试系统结构框图。

图4为图3所示测试系统的中的测试单元结构框图。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步描述：

具体实施方式

参见图1、图2，为每节蓄电池分别配置由功率开关管S₁和放电电阻R₁构成的放电回路I和由功率开关管S₂和放电电阻R₂构成的放电回路II，

首先接通放电回路I形成该蓄电池的第一次放电，随后保持放电回路I的接通状态，并接通放电回路II形成蓄电池的第二次放电。由于在蓄电池内部有等效电容的存在，在放电初始瞬间，电容放电导致放电电流冲击，几秒钟后电容放电完毕，放电电流趋于稳定，此时记录电池电流I和电池电压U。则有：

R_b＝(U₁-U₂)/(I₂-I₁)

式中，R_b为待测蓄电池的内阻

I₁为第一次放电时放电负载的电流

I₂为第二次放电时放电负载的电流

U₁为第一次放电时的负载电压

U₂为第二次放电时的负载电压

在电池电压U_b基本不变的情况下，第一次放电负载电阻为R₁，第二次放电负载电组为R₁和R₂并联，因此U₁＞U₂，而I₁＜I₂。而在采用直流测试法检测蓄电池内阻时，将放电电流控制在0.3～0.5Co(Co为蓄电池Ah数，蓄电池容量用Ah来表示，比如蓄电池为100Ah时，将两次放电电流控制在30A～50A就比较合适)是能够保证测量精度的。

检测原理：

图2所示，E为整流电源与其它非测蓄电池的等效串联电势，R为其它非测蓄电池内阻等效串联电阻。

设两次放电时放电负载的电流分别为I₁和I₂，测得的负载电压分别为U₁和U₂，对应的整流电源输出电流分别为I_E1和I_E2。

则有，第一次大电流放电对应的关系式为：

U_b-U₁＝(I₁-I_E1)R_b   (1)

U₁＝E-I_E1R          (2)

紧接着进行第二次大电流放电，设由于第一次大电流放电导致蓄电池能量损失造成的电压下降为ΔU_b，则对应的关系式为：

U_b-ΔU_b-U₂＝(I₂-I_E2)R_b    (3)

U₂＝E-I_E2R                (4)

由式(1)～(4)可得式(5)：

ΔU_b+U₂-U₁＝R_b(I₁-I₂)+R_b(U₁-U₂)/R    (5)

设蓄电池组中串联的蓄电池节数为n，由于R为其它n-1节蓄电池内阻的串联，为简化分析，令R＝(n-1)R_b，则：

ΔU_b+(U₂-U₁)+(U₂-U₁)/(n-1)＝R_b(I₁-I₂)    (6)

当n较大时，(U₂-U₁)/(n-1)与(U₂-U₁)相比可忽略，例如在电力用直流系统中，110kV及以下等级的变电站多为220V系统，采用12V蓄电池，须18或19节串联组成蓄电池组；而在高等级变电站110V系统中是以2V蓄电池来组成系统，n≥52，故满足忽略(U₂-U₁)/(n-1)的条件。而由于是瞬间放电，因能量损失造成蓄电池电势U_b的下降ΔU_b也可忽略，故：

R_b＝(U₂-U₁)/(I₁-I₂)    (7)

参见图3、图4，本实施例中实现二次放电在线检测蓄电池内阻的装置为：

采用分布式蓄电池检测装置，该装置包括为每节蓄电池独立配置的测试单元和基于485总线的系统监测单元，测试单元内置单片机，以单节蓄电池作为其电源输入，通过电路将蓄电池电压变换成单片机工作电压，同时单片机通过自带的AD实时、反复测量蓄电池端电压。测试单元通过跳线对应唯一通讯站号，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。当需要进行蓄电池内阻测试时，由监测单元逐一下达内阻测试命令，测试单元顺序进行二次放电测试，并将测试结果上传至监测单元，由监测单元进行分析和处理，在该系统中，内阻测试完全有测试单元来完成，监测单元只需下发测试命令和显示即可。

采用在线式的方式进行内阻测量，每个测试单元都配置放电负载，某一节电池在进行放电测试时，其它蓄电池仍然工作在充电状态，虽然该蓄电池的放电电流中包含有整组充电电流，但通过两次放电，其差值能消除整组充电电流。显然，电池串联的数量越多，一节电池放电对充电电流的影响越小，即某一节蓄电池两次放电时，充电电流几乎是不变的。

图4所示为测试系统的中的测试单元结构框图。

测试单元内置单片机，以单节蓄电池作为其电源输入，通过电路将蓄电池电压变换成单片机工作电压，同时单片机通过自带的AD实时、反复测量蓄电池端电压。测试单元通过跳线对应唯一通讯站号，当通讯站号与监测单元下发的命令中的站号相符时，根据不同的命令码决定是传送蓄电池的端电压数据还是执行蓄电池内阻测试，并将测试结果上传至监测单元。

以12V/100Ah的蓄电池为例，两次放电电流应控制在30A～50A之间，在正常充电状态，单节12V的蓄电池为13.8V左右，则可选择电阻组合形成R1＝0.4Ω，而R2＝1Ω，则S1接通时，放电电流在33A左右；而保持S1为接通状态，将S2接通时，为蓄电池对并联的R1和R2放电，放电电流在48A左右，实际的放电电流准确数值由单片机检测得到。

Claims (1)

1、二次放电在线检测蓄电池内阻的方法，其特征是为每节蓄电池分别配置由功率开关管S₁和放电电阻R₁构成的放电回路I和由功率开关管S₂和放电电阻R₂构成的放电回路II，

控制方式：首先接通放电回路I形成该蓄电池的第一次放电，随后保持放电回路I的接通状态，并接通放电回路II形成蓄电池的第二次放电，则有：

R_b＝(U₁-U₂)/(I₂-I₁)

式中，R_b为待测蓄电池的内阻

I₁为第一次放电时放电负载的电流

I₂为第二次放电时放电负载的电流

U₁为第一次放电时的负载电压

U₂为第二次放电时的负载电压。

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