CN101697376B - 蓄电池组综合测控方法及其专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蓄电池组综合测控方法及其专用装置，其特征是：通过测量蓄电池组每个蓄电池表面温度、测量蓄电池组每个蓄电池端电压，对蓄电池进行放电或补充电；通过测量蓄电池组的浮充电流，输出蓄电池开路告警信号或输出蓄电池组电压越限告警信号。专用装置由主机(1)和多个相同结构测控单元(11)构成，主机(1)包括主控电路(10)、浮充电流测量电路(2)、母线电压测量电路(3)、充电模块电路(4)、放电模块电路(5)、液晶显示(7)和键盘输入电路(8)；测控单元(11)并联连接；充电模块电路(4)、放电模块电路(5)的输出端分别连接测控单元(11)中充电、放电控制电路(13)的充电控制输入端和放电控制输入端。本发明广泛应用于电厂、变电站、电讯等蓄电池检测。

Description

蓄电池组综合测控方法及其专用装置

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组综合测控方法及其专用装置，适用于直流系统蓄电池组故障检测。属于直流系统的检测设备技术领域。

背景技术

蓄电池组作为直流电源的重要组成部分，已为电力、通讯等系统广泛应用。目前，国内110kV及以上电压等级变电站，大都采用了蓄电池组做为直流电源的后备电源。据不完全统计，全国在线运行的直流系统蓄电池组至少有几十万套。

目前，大量使用的铅酸阀控电池的日常维护主要有以下几种手段：

1、定期核容放电

对蓄电池的主要维护手段是每隔1-2年对蓄电池进行核容放电。核容放电一般以10小时放电率进行放电，如100Ah蓄电池，放电电流＝100A.h/10.h＝10A，以10A恒流放电。该方法虽然能发现落后电池并作相应处理。但由于该核容放电间隔1-2年才做一次，无法及时对蓄电池作出准确判断，因此，造成有些在核容后不久就失效的电池无法被及时发现，等下次核容时，该蓄电池早就不行了，给蓄电池组的正常运行留下长时间安全隐患。

2、定期检测蓄电池端电压

该方法曾应用在蓄电池端电压在线测试设备，实时监测蓄电池端电压，但该方法存在如下缺点：一方面是因为产品性能参数不齐，运行一段时间后，蓄电池端电压测量值偏差很大，根本不能作为参考；另一方面是因为有的在线检测设备自身工作电流过大，消耗了大部分蓄电池的浮充电流，使蓄电池得不到浮充电流的补充。因此，该类在线电压检测设备现在基本上被用户弃用。

现在一般是采用人工巡视变电站，要求逐一测量电池端电压并作记录，对电压异常的要通知检修人员及时处理，由于存在人为因素，而且一般企业又没有完善的监督机制，容易造成某些不负责任的巡视人员不认真测量每节电池电压，而是凭空捏造数据，造成测量状态不准确，经常漏检故障蓄电池。

3、大电流放电，测量蓄电池内阻

现在市场上许多便携式内阻测试仪，其测量原理大多如下：对单个蓄电池短时大电流放电，测量蓄电池端电压的变化ΔV及放电电流I，依照公式R＝ΔV/I计算该电池的内阻，通过多次测量，对照前后的变化，判断该内阻的大小，判断电池的优劣。

该方法测量蓄电池内阻快捷，也较准确，但由于与接线，试验人员等个体差异，导致前后数据出入较大，以此内阻的变化判断蓄电池的好坏，关联性不够，常常出现误判。

还有一种是，整组蓄电池大电流放在线测量蓄电池内阻方法：首先，将蓄电池从直流母线断开，再投入大电流放电电阻，测量每个蓄电池端电压的变化值ΔV1…ΔVn，及放电电流I，可求出电池i的内阻Ri＝ΔV1/I。

该方法虽然能克服人为因素和每次接线的差别，测得的内阻参数，具有较好的可比性。但该方法要在蓄电池回路接入开关，增加了蓄电池供电的不可靠因素；另外要经常断开蓄电池，违背了直流系统不能断开蓄电池运行的管理规定，反而增加了系统运行的风险！

总的来说，现有蓄电池的检修维护方法，不但费时、费力，实际效果有限，而且事后的检测办法，即要等蓄电池出现问题后，才能检测出该故障电池，不能提前发现落后电池，并阻止蓄电池的恶化。

需要说明的是，长期运行的蓄电池，由于制造工艺的差异，其自放电等特性是很难完全一致，而现在的充电机是对蓄电池组整体补充充电，一般是三个月进行一次均充电后，长期运行在浮充状态，这种充电模式必定会造成有的电池过充电，而有的电池则欠充电。众所周知，蓄电池长期过、欠充电，都会对蓄电池的容量产生极大的影响，大大降低蓄电池的容量和使用寿命，是蓄电池达不到生产企业标准使用年限的主要原因之一。

发明内容

本发明的第一个目的，是为了提供一种蓄电池组综合测控方法。

本发明的第二个目的，是为了提供一种蓄电池组综合测控专用装置。

本发明的第一个目的可以通过采取如下措施达到：

蓄电池组综合测控方法，其特征在于：

1)测量蓄电池组每个蓄电池表面温度，当温度超过设定温度，输出温度告警信号；

2)测量蓄电池组每个蓄电池端电压，对高于设定端电压最大值的电池，进行放电，对低于设定端电压最小值的电池，进行补充电，使每个蓄电池端电压稳定在规定范围内；当放电或补充电达到设定时间，蓄电池端电压仍然超出规定范围，输出电压越限告警信号；

3)测量蓄电池组的浮充电流，当浮充电流小于规定值时，输出蓄电池开路告警信号；

4)测量蓄电池组端电压，当蓄电池组电压高于最大整定值或低于最小整定值时，输出蓄电池组电压越限告警信号。

该方法是对蓄电池组运行中的参数测控，可以对现场使用中的蓄电池组有关参数，如单体电池端电压、电池表面温度、蓄电池阻端电压、蓄电池组浮充电流及蓄电池组充放电电流等，进行检测与控制，分析现场蓄电池组的运行状况，能够有效防止蓄电池的裂化，以及提前发现蓄电池组内单个电池可能出现的故障，避免因蓄电池组问题产生恶劣的影响。

本发明的第一个目的还可以通过采取如下措施达到：

实现本发明第一目的的一种实施方案是：测量蓄电池组充放电电流，计算蓄电池组的充放电容量。

本发明的第二个目的可以通过采取如下措施达到：

蓄电池组综合测控专用装置，由主机和多个相同结构测控单元构成，其特征在于：

1)主机包括主控电路、浮充电流测量电路、母线电压测量电路、充电模块电路、放电模块电路、液晶显示和键盘输入电路，主控电路各有一个I/O端口分别与浮充电流测量电路、母线电压测量电路、充电模块电路、放电模块电路、液晶显示和键盘输入电路的输入/输出端连接；

2)所述测控单元并联连接，每一测控单元包括测控电路、电池表面温度测量电路、电池端电压测量电路和充电、放电控制电路，测控电路的I/O端口之一连接电池表面温度测量电路的输入/输出端、I/O端口之二通过充电、放电控制电路连接电池端电压测量电路的输入/输出端；

3)充电模块电路、放电模块电路的输出端分别连接测控单元中充电、放电控制电路的充电控制输入端和放电控制输入端。

该装置能够测量蓄电池组每个蓄电池表面温度，当温度超过设定温度，输出温度告警信号；测量蓄电池组每个蓄电池端电压，并对高于设定端电压最大值的电池，进行放电，及对低于设定端电压最小值的电池，进行补充电，使每个蓄电池端电压长期稳定在规定范围内。当放电或补充电达到设定时间，蓄电池端电压仍然超出规定范围，输出电压越限告警信号；测量蓄电池组充放电电流，计算蓄电池组的充放电容量；测量蓄电池组的浮充电流，当浮充电流小于规定值时，输出蓄电池开路告警信号；测量蓄电池组端电压，当蓄电池组电压高于最大整定值或低于最小整定值时，输出蓄电池组电压越限告警信号。

本发明的第二个目的还可以通过采取如下措施达到：

实现本发明第二目的的一种实施方案是：主机还包括主无线通讯电路，主无线通讯电路的输入/输出端与主控电路的一个I/O端口连接；测控单元还包括测控无线通讯电路，测控无线通讯电路的输入/输出端与测控电路的一个I/O端口连接。

主机可以通过主无线通讯电路发送控制信号和接收数据，与之相对应，测控单元通过测控无线通讯电路接收控制信号和向主机发送数据信号。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：主机还包括上位机通讯电路，该上位机通讯电路的输入/输出端与主控电路的一个I/O端口连接。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：主控电路由控制芯片CPU、储存芯处及其外围电阻、电容元件连接而成；测控电路由控制芯片CPU1、储存芯处及其外围电阻、电容元件连接而成。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：主机中，充电模块电路包括恒流控制电路)、恒压控制电路和充电电路，放电模块电路包括放电电路；测控单元中，充电、放电控制电路由充电开关KC、放电开关KF构成；恒流控制电路、恒压控制电路的输入端分别连接主控电路的一个输出端，恒流控制电路、恒压控制电路的输出端分别连接充电电路的一个控制输入端，充电电路的输出端通过充电开关KC连通充电插座；放电电路的输入端连接主控电路的一个输出端、输入端通过放电开关KF连接放电插座。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：测控单元中，电池端电压测量电路由多路运算放大电路构成，每路运算放大电路分别由10k/0.1％精密电阻R4、R5、R6、R7及运放芯片U组成，所述运算放大芯片U为OP200低零漂型结构。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：测控单元中，电池表面温度测量电路包括多个蓄电池表面温度测量电路，各个蓄电池表面温度测量电路由10k/0.1％精密电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及运放芯片U组成，所述运放芯片U为OP200低零漂型结构。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：主机中，浮充电流测量电路由环形铁芯、线圈及调制解调电路组成，分别输出0-5V电压VI1、VI2；蓄电池组端电压测量电路由分压电阻R1、R2、隔离放大电路(9)组成，输出0-5V电压VM。

实现本发明第二目的的一种实施方案是：主机和测控单元中，均有RFM12无线通讯模块，并将SCK、SDO、NIRQ、NSEL、SDI接入CPU。

本发明具有如下突出的有益效果：

1、本发明提出了一种“蓄电池组参数测控”方法，通过测量单体电池的端电压，并采用充放电方法，对欠充和过充的电池进行处理，蓄电池组所有电池的端电压能够长期保持在规定值范围内，解决了目前只能使蓄电池组端电压保持在规定值范围内，而单体蓄电池有的出现过充电，有的则出现欠充电问题。使蓄电池组运行在良好的工况下，能有效延长蓄电池的使用寿命。

2、本发明提出了一种“蓄电池组参数测控”方法，通过测量单体电池的表面温度，可对温度过高的蓄电池进行早期处理。现场测量研究表明，蓄电池的过充电和欠充电，都有可能导致蓄电池表面温度升高，当对单体蓄电池充放电后，蓄电池端电压达到规定值，该电池表面温度也恢复正常。可解决部分电池温度升高导致的使用寿命缩短的问题。对浮充电流的准确测量，则可解决蓄电池开路引起的事故等。

3、本发明本发明研制的“蓄电池组参数测控装置”，不但能延长蓄电池组运行寿命，减少维护工作量，提前发现故障蓄电池，而且还能预防蓄电池开路、爆炸等事故发生。可广泛应用于电厂、变电站、电讯等蓄电池检测，还可用于电池生产企业、科研院校等对蓄电池运行状况的研究等。随着蓄电池使用寿命的提高，将大大减少蓄电池的使用数量，同样也就减少了废旧蓄电池对环境的污染。

附图说明

图1是本发明测控装置示意图。

图2是本发明充放电模块及控制电路图。

图3是本发明测控模块中单体蓄电池端电压测量电路图。

图4是本发明测控模块中电池表面温度测量电路图。

图5是本发明主机中电池组端电压及电池组电流测量电路图。

图6是本发明接线简图。

图7是本发明功能菜单-参数设定示意图。

图8是本发明功能菜单-越限整定示意图。

图9是本发明功能菜单-充放电整定示意图。

图10是本发明功能菜单-历史数据示意图。

图11是本发明历史数据1示意图。

图12是本发明历史数据2示意图。

图13是本发明功能菜单-电池退出示意图。

图14是本发明功能菜单-时钟及服务示意图。

具体实施方式

具体实施例1：

图1至图7构成本发明所术用于蓄电池组故障的综合测控的专用检测装置的具体实施例1。

参照图1，本实施例由主机1和多个相同结构测控单元11构成，主机1包括主控电路10、浮充电流测量电路2、母线电压测量电路3、充电模块电路4、放电模块电路5、液晶显示7和键盘输入电路8，主控电路10各有一个I/O端口分别与浮充电流测量电路2、母线电压测量电路3、充电模块电路4、放电模块电路5、液晶显示7和键盘输入电路8的输入/输出端连接；所述测控单元11并联连接，每一测控单元包括测控电路14、电池表面温度测量电路15、电池端电压测量电路12和充电、放电控制电路13，测控电路14的I/O端口之一连接电池表面温度测量电路15的输入/输出端、I/O端口之二通过充电、放电控制电路13连接电池端电压测量电路12的输入/输出端；充电模块电路4、放电模块电路5的输出端分别连接测控单元11中充电、放电控制电路13的充电控制输入端和放电控制输入端。主机1还包括主无线通讯电路6和上位机通讯电路9，主无线通讯电路6的输入/输出端与主控电路10的一个I/O端口连接，上位机通讯电路9的输入/输出端与主控电路10的一个I/O端口连接；测控单元11还包括测控无线通讯电路16，测控无线通讯电路16的输入/输出端与测控电路14的一个I/O端口连接。

本实施例中，主控电路10由控制芯片CPU、储存芯处及其外围电阻、电容元件连接而成；测控电路14由控制芯片CPU1、储存芯处及其外围电阻、电容元件连接而成。

参照图2，主机1中，充电模块电路4包括恒流控制电路4-1、恒压控制电路4-2和充电电路4-3，放电模块电路5包括放电电路5-1；测控单元11中，充电、放电控制电路13由充电开关KC、放电开关KF构成；恒流控制电路4-1、恒压控制电路4-2的输入端分别连接主控电路10的一个输出端，恒流控制电路4-1、恒压控制电路4-2的输出端分别连接充电电路4-3的一个控制输入端，充电电路4-3的输出端通过充电开关KC连通充电插座；放电电路5-1的输入端连接主控电路10的一个输出端、输入端通过放电开关KF连接放电插座。

图2中主机1的控制芯片CPU通过恒流控制单元4-1及恒压控制单元4-2，对充电电路4-3进行控制，以满足不同额定电压蓄电池及不同容量蓄电池的充电需要，通过充电开关KC控制充电模块20是否输出，即通过控制充电模块20的电控开关K1～K8的通/断来控制充电模块20是否输出。

图2中充电电路4-3中的充电电源为0-20V电压可调，恒流控制单元4-1控制充电电流为0-5A可调，电流误差为±1％。

图2中主机1的控制芯片CPU通过放电电路5-1控制对放电电流进行控制，以满足不同额定电压蓄电池及不同容量蓄电池的放电需要，通过放电开关KF控制放电模块是否输出。放电电路5-1主要由可调电阻RW构成。

图2中放电电路5-1构成0-5A可调恒流放电模块，电流误差±1％，可满足0-20V电压蓄电池的放电。

本实施例中，接入测控单元11的蓄电池组共有八组、每组各有八个蓄电池，均分别经放电开关KF与充放电模块21连接。任意蓄电池需要充电或放电，将该蓄电池对应的开关KC或KF合上，如果是充电，则再合上KC，若要放电，则合上KF。

参照图3，测控单元11中，电池端电压测量电路12由多路运算放大电路构成，每路运算放大电路分别由10k/0.1％精密电阻R4、R5、R6、R7及运放芯片U组成，所述运算放大芯片U为OP200低零漂型结构。

测控单元11中，端电压测量电路12具有八路蓄电池端电压测量电路，分别为12-1、12-2、---、12-8，分别测量八个蓄电池ZL端电压。所述蓄电池端电压测量电路12，由10k/0.1％精密电阻R4、R5、R6、R7及OP200低零漂运放U1组成。

本实施例实现单体蓄电池端电压测量，其中单体蓄电池端电压测量范围0-20V，相对误差±0.2％。

参照图4，测控单元11中，电池表面温度测量电路15包括多个蓄电池表面温度测量电路，分别为15-1、15-2、---、15-8，分别测量八个蓄电池ZL表面温度。各个蓄电池表面温度测量电路由10k/0.1％精密电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及运放芯片U组成，所述运放芯片U为OP200低零漂型结构。

测控单元中具有八个蓄电池表面温度测量电路，通过测量八个蓄电池表面的温度电阻的变化，来测量八个蓄电池表面温度。蓄电池表面温度测量电路，由10k/0.1％精密电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及OP200低零漂运放U1组成。

本实施例能够实现单体蓄电池表面温度测量，单体蓄电池表面温度测量范围0-100℃，误差±1℃。

参照图5，主机1中，浮充电流测量电路2由环形铁芯2-1、线圈2-2、调制解调电路2-3和隔离放大电路2-4组成，分别输出0-5V电压VI1、VI2蓄电池组端电压测量电路由分压电阻R1、R2、隔离放大电路2-4组成，输出0-5V电压VM。

蓄电池浮充电流测量范围0-3A，误差±1％。

蓄电池充放电电流测量范围0-300A，误差±1％。

蓄电池端电压测量范围0-250V，误差±0.2％。

本实施例中，主机1和测控单元11，分别有RFM12无线通讯模块6和16，并将SCK、SDO、NIRQ、NSEL、SDI接入CPU。RFM12无线通讯有效距离300米。

下面详细介绍本实施例的功能和使用方法：

一、本实施例的功能

1、可对2V/6V/12V蓄电池参数进行测控

2、可对0-250V蓄电池组参数进行测控

3、可对蓄电池表面温度过高报警

4、可对单体电池端电压过高或过低报警

5、可对蓄电池组端电压过高或过低报警

6、可对蓄电池组浮充电流过小报警

7、可控制单体蓄电池端电压在规定范围内

二、本实施例的使用方法

本装置可在实验室、变电站、电厂及电讯基站等场所使用，在设备面板标注按键，每步操作，都在液晶屏有详细提示，完全可以边学边用，非常方便。下面详细介绍具体使用方法。

1、接线方式

参照图6，将八个蓄电池ZL1～ZL8的两端接入测控单元11，再将分别安装在上述八个蓄电池表面的温度电阻输出接入测控单元11；将测控单元的充放电端子首尾相连后，接入主机(1)的充放电端子；将蓄电池组M的正负极接入主机1对应端子；将测量蓄电池组浮充电流及充放电电流互感器2-1、2-2穿过蓄电池组的正极，电流互感器2-1、2-2的输出接入主机1的对应端子接线即可。

三、具体的试验操作：

1、参数设定

参照图7，用“功能”键将光标移至功能“1”，按“确定“键，选择参数设定，对电压等级、巡捡电压、电压越限及告警电阻门槛值，按现场要求进行设置。用“增加”、“减少”键修改数据，修改完后，用“返回”键退到上级菜单。以下相关操作与此类似，不再重复。

2、越限整定

参照图8，此功能可对单体蓄电池端电压和表面温度，设定越限告警整定值。如果某电池端电压低于2.13V或高于2.38V，即与2V电池最低额定电压2.23V相比，低于0.1V，或与2V电池最高额定电压2.28V相比，高于0.1V，则对该蓄电池进行补充电或放电。当某蓄电池温度超过60℃，则发蓄电池温度越限告警。充电电流可设置0-5A，图中整定为2A，则充电电流稳定在2A，稳流精度为0.5％。

3、充放电整定

参照9，“充放电设定”功能，可对“蓄电池容量”、“补充电容量”与“放电容量”等参数进行设定。“补充电容量”与“放电容量”最大整定值为蓄电池容量的10％。图12中，蓄电池容量为500AH，则“补充电容量”与“放电容量”最大值为50AH。一般整定为5％蓄电池容量以内即可。

如果某电池补充电或放电达到上述整定值，将停止补充电或放电，这时电池的端电压还处于越限状态，将输出“电压越限”告警信号，说明该电池存在某中缺陷，需要运行检修人员到现场处理。

补充电过程中，如果被补充电电池端电压达到了电池电压下限，如2V电池最低额定电压2.23V，即使没有达到设定的补充电容量如图12中25AH，也将停止补充电。

放电过程中，如果被放电电池端电压达到了电池电压上限，如2V电池最高额定电压2.28V，即使没有达到设定的放电容量如图3中25AH，也将停止放电。

4、历史数据

参照图10至图12，本装置记录并保存单体电池电压越限、温度越限、补充电及放电等有关数据：在图11中电压越限历史数据1，表示2009年8月8日20时22分，#3电池电压越限，电压为2.532V，2009年8月10日02时31电压恢复正常。温度越限与电压越限类似。在图12中补充电历史数据1，表示2009年8月8日20时36分，开始给#35电池补充电，2009年8月9日10时36分，结束补充电，充电电流为1A，共给#35电池补充了14AH的电。放电与补充电类似。

5、电池退出

参照图13，本装置允许运行中部分电池退出，以满足实际运行的需要。如图13所示，每段可退出6节蓄电池，蓄电池的编号如果为000#，表示没有蓄电池退出运行，1段中，有两个编号不为000#，即005#和008#，表示1段的005#和008#蓄电池退出运行。

6、时钟及服务

参照图14。本功能下，可修改装置的时钟，按年、月、日、时、分顺序修改。还提供长期有效、24小时手机服务电话(在选线模块上亦有提供)，在设备运行过程中，方便用户随时与我们联系，以保证设备正常运行，准确告警与选线。

四、应用实例分析

1、试验方案：

测试方案

将“蓄电池组参数测控装置”，接入正在运行的变电站蓄电池组中，记录蓄电池组初始参数的测量值，“蓄电池组参数测控装置”运行一个月后，再将蓄电池组参数测量值与初始值进行对比，分析参数的变化情况，对“蓄电池组参数测控装置”的性能进行评估。

测试项目

蓄电池组端电压

蓄电池组浮充电流

蓄电池组充放电电流

单体蓄电池端电压

单体蓄电池表面温度

通讯

现场背景情况

该站蓄电池组是2004年8月投运的德国阳光电池，额定电压2V，110V系统，供54节电池，额定电容量500AH，2009年5月，用0.1C电流放电，放电容量达到规定要求。

测试结果

蓄电池端电压测量

测量结果：初始值120.8V，一月后，121.5V，均符合规程要求。

B、蓄电池组浮充电流

测量结果：初始值490mA，一月后505mA，均符合规程要求。

C、蓄电池组充放电电流

测试结果：在测试期间，有一次均充电，充电电流为50.2A，符合规程要求

D、通讯

测试结果：运行一个月内，通讯无故障，数据发送，接收正确。

E、单体电池端电压

测试结果：初始测量发现以下电池端电压不符合规程要求，如表1。

表1

一月后，所有电池端电压均符合规程要求2.23～2.28V。

F、电池表面温度

测试结果：初始测量发现以下电池温度偏高，如表2。

表2

5#	8#	21#	35#	38#	43#
						28.1℃	30.2℃	32.1℃	30.8℃	33.5℃	31.6℃

一个月后，电池表面温度，5#、8#、21#电池表面温度达到正常(24～25℃)，但35#、38#、43#仍然偏高，如表3。

表3

35#	38#	43#
			31.2℃	32.3℃	31.8℃

结论

A、通过对端电压偏高或偏低单体蓄电池进行充放电，全部单体蓄电池端电压达到规程要求。“蓄电池组参数测控装置”能使蓄电池组运行在良好状态。

B、有部分表面温度过高的蓄电池，随着端电压满足规程要求后，表面温度也恢复正常，说明过、欠充电，可能会导致电池表面温度升高。“蓄电池组参数测控装置”能降低部分蓄电池的表面温度，提高蓄电池的使用寿命。其它蓄电池表面温度升高原因，还有待进一步研究。

C、能准确测量浮充电流，解决了现有蓄电池组浮充电流测量不准确的问题。“蓄电池组参数测控装置”可有效防止蓄电池开路。

D、无线通讯满足设计要求。

本发明通过对“蓄电池组参数测控装置”的研究，尤其是对“蓄电池组参数测控装置”的使用条件、使用环境的研究，确定了开发蓄电池组综合测控系统的设计思想和技术路线，再通过实验室的设计、试制、调试、校准，以及现场的测试工作，完成了项目要求，研制、开发出能够对蓄电池组进行全面检测的“蓄电池组参数测控装置”。

如果能及时对过、欠充电电池，适时分别进行放电和补充电，不但能使蓄电池组保持良好的满容量最佳工作状态，而且能有效提高蓄电池的工作寿命，是蓄电池有效的维护手段。

另外，蓄电池的劣变一般都伴随蓄电池的表面温度升高，实时测量每个蓄电池的表面温度，也能够了解蓄电池运行状况，及时发现温升异常的电池，以防止蓄电池热膨胀引起的爆炸事故，对提高设备安全运行水平及减少人身伤亡，具有重要意义。

因此，为了更准确检测蓄电池组的工作情况，更全面为运行维护提供蓄电池组各种运行参数，同时在单体蓄电池端电压发生变化时，自动进行调节。通过对蓄电池壁体温度的检测，根据壁体温度的变化进行分析、判断，对超出端电压变化范围的电池进行自动充放、电处理，通过上述参数检测和处理从而对蓄电池组的检测提供一个更全面的技术手段，使蓄电池组的工作状况处于全面监控之中，从而确保电网蓄电池工作状态的稳定、可靠，解决目前仍然困扰着电力系统的运行维护人员对蓄电池组的处理问题，提高电力系统安全稳定运行水平，具有十分重要的意义，对电力系统的直流系统的安全运行和运行管理也是十分必要。一、蓄电池组参数测控装置的基本功能

首先，制定出蓄电池组检测设备的技术方案，研制出蓄电池组参数测控装置，测控装置须能满足以下功能：

1、实时监测每个蓄电池的端电压，电压越限告警

2、实时监测每个蓄电池的表面温度，温度越限告警

3、对过充电的单体蓄电池，进行放电，并累计放电容量

4、对欠充电的单体蓄电池，进行补充电，并累计充电容量

5、实时监测蓄电池组端电压，电压越限告警

6、实时监测蓄电池浮充电电流，浮充电电流越限告警

7、实时监测蓄电池充放电电流，并累计充放电容量

8、装置故障告警

9、测控单元与主机之间采用无线通讯

五、确定需要解决的关键技术

1、单体蓄电池端电压测量：0-20V，相对误差±0.2％

现有蓄电池组单体电池的额定电压一般为2V、6V、12V，12V电池的浮充电压约为14.1V，0-20V的测量范围可满足上述3种电池的端电压检测。由于单体电池端电压超出规定值的±1-2％，即为不合格，因此测量精度应不低于±0.2％相对误差，以确保电池端电压在规定值范围内。

2、单体蓄电池表面温度测量：0-100℃，误差±1℃

蓄电池表面温度与蓄电池的寿命为负相关，即温度越高，蓄电池寿命越短。按有关规程，运行过程中蓄电池表面温度不得超过35℃，一般蓄电池室均装有具备自动启动及恒温控制的空调，以保证蓄电池运行在20-25℃，这样蓄电池拥有最长的使用周期。0-100℃测量范围，±1℃测量精度，可满足实际运行的需要。

3、可满足0-20V电压，恒流放电模块：0-5A，电流误差±1％

为适应2V、6V、12V电池的放电，放电模块应满足0-20V电压放电。0-5A恒流可满足不同容量蓄电池放电需要。电流误差±1％则可满足累计放电容量的需要。

4、0-20V电压可调，恒流充电电路模块：0-5A，电流误差±1％

为适应2V、6V、12V电池的充电，充电模块电压应0-20V可调。0-5A恒流可满足不同容量蓄电池的充电需要。电流误差±1％则可满足累计充电容量的需要。

5、蓄电池端电压测量：0-250V±0.2％

蓄电池组端电压一般有24V、48V、110V、220V等，0-250V测量范围可满足各种电压的蓄电池组端电压的测量。

6、蓄电池浮充电流测量：0-3A±1％

蓄电池的浮充电流一般为1mA/AH，现在绝大多数蓄电池都在2000AH以内，即浮充电流在2A以内，0-3A的测量范围可满足要求。

7、蓄电池充放电电流测量：0-300A±1％

蓄电池的充电电流一般为1A/10AH，现在绝大多数蓄电池都在2000AH以内，即充电电流在200A以内，0-300A的测量范围可满足要求。

8、无线通讯：300米

蓄电池一般安放在蓄电池室，其范围一般在100米以内，无线通讯距离300米，可满足本测控装置的通讯需要。

采用本发明专用装置，当温度超过设定温度，输出温度告警信号；测量蓄电池组每个蓄电池端电压，并对高于设定端电压最大值的电池，进行放电，及对低于设定端电压最小值的电池，进行补充电，使每个蓄电池端电压长期稳定在规定范围内。当放电或补充电达到设定时间，蓄电池端电压仍然超出规定范围，输出电压越限告警信号；测量蓄电池组充放电电流，计算蓄电池组的充放电容量；测量蓄电池组的浮充电流，当浮充电流小于规定值时，输出蓄电池开路告警信号；测量蓄电池组端电压，当蓄电池组电压高于最大整定值或低于最小整定值时，输出蓄电池组电压越限告警信号。可以比较全面对蓄电池的运行情况进行分析、判断、处理，延长蓄电池组的使用寿命，防止恶性事故发生。

Claims (8)

1.蓄电池组综合测控方法，其特征在于：

1）测量蓄电池组每个蓄电池表面温度，当温度超过设定温度，输出温度告警信号；

2）测量蓄电池组每个蓄电池端电压，对高于设定端电压最大值的电池，进行放电，对低于设定端电压最小值的电池，进行补充电，使每个蓄电池端电压稳定在规定范围内；当放电或补充电达到设定时间，蓄电池端电压仍然超出规定范围，输出电压越限告警信号；

3）测量蓄电池组的浮充电流，当浮充电流小于规定值时，输出蓄电池开路告警信号；

4）测量蓄电池组端电压，当蓄电池组电压高于最大整定值或低于最小整定值时，输出蓄电池组电压越限告警信号；

5）前述测控方法的专用装置，由主机（1）和多个相同结构测控单元（11）构成，主机（1）包括主控电路（10）、浮充电流测量电路（2）、母线电压测量电路（3）、充电模块电路（4）、放电模块电路（5）、液晶显示（7）和键盘输入电路（8），主控电路（10）各有一个I/O端口分别与浮充电流测量电路（2）、母线电压测量电路（3）、充电模块电路（4）、放电模块电路（5）、液晶显示（7）和键盘输入电路（8）的输入/输出端连接；所述测控单元（11）并联连接，每一测控单元包括测控电路（14）、电池表面温度测量电路（15）、电池端电压测量电路（12）和充电、放电控制电路（13），测控电路（14）的I/O端口之一连接电池表面温度测量电路（15）的输入/输出端、I/O端口之二通过充电、放电控制电路（13）连接电池端电压测量电路（12）的输入/输出端；充电模块电路（4）、放电模块电路（5）的输出端分别连接测控单元（11）中充电、放电控制电路（13）的充电控制输入端和放电控制输入端。

2.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法，其特征在于：测量蓄电池组充放电电流，计算蓄电池组的充放电容量。

3.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法的专用装置，其特征在于：主机（1）还包括主无线通讯电路（6），主无线通讯电路（6）的输入/输出端与主控电路（10）的一个I/O端口连接；测控单元（11）还包括测控无线通讯电路（16），测控无线通讯电路（16）的输入/输出端与测控电路（14）的一个I/O端口连接。

4.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法的专用装置，其特征在于：主机（1）还包括上位机通讯电路（9），该上位机通讯电路（9）的输入/输出端与主控电路（10）的一个I/O端口连接。

5.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法的专用装置，其特征在于：主控电路（10）由控制芯片CPU、储存芯片及其外围电阻、电容元件连接而成；测控电路（14）由控制芯片CPU1、储存芯片及其外围电阻、电容元件连接而成。

6.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法的专用装置，其特征在于：主机（1）中，充电模块电路（4）包括恒流控制电路（4-1）、恒压控制电路（4-2）和充电电路（4-3），放电模块电路（5）包括放电电路（5-1）；测控单元（11）中，充电、放电控制电路（13）由充电开关KC、放电开关KF构成；恒流控制电路（4-1）、恒压控制电路（4-2）的输入端分别连接主控电路（10）的一个输出端，恒流控制电路（4-1）、恒压控制电路（4-2）的输出端分别连接充电电路（4-3）的一个控制输入端，充电电路（4-3）的输出端通过充电开关KC连通充电插座；放电电路（5-1）的输入端连接主控电路（10）的一个输出端、输入端通过放电开关KF连接放电插座。

7.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法的专用装置，其特征在于：测控单元（11）中，电池端电压测量电路（12）由多路运算放大电路构成，每路运算放大电路分别由10k/0.1％精密电阻R4、R5、R6、R7及运放芯片U组成，所述运放芯片U为OP200低零漂型结构。

8.根据权利要求1所述的蓄电池组综合测控方法的专用装置，其特征在于：测控单元（11）中，电池表面温度测量电路（15）包括多个蓄电池表面温度测量电路，各个蓄电池表面温度测量电路由10k/0.1％精密电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7及运放芯片U组成，所述运放芯片U为OP200低零漂型结构。

Images