CN101738585B - 一种判定蓄电池容量与健康度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判定蓄电池容量与健康度的方法及系统，是基于电池的电导测试值进行容量判断。电导测试采用专用的仪表，测试每一个单体电池电导，通过对同类型、不同剩余容量的大量电池的实际电导与容量测试，统计其中的对应关系分布，找出相应的对应关系收敛性，得出该类型电池电导与容量之间的对应关系，因此需要软件对大量检测数据进行收敛性与分布关系的运算，并随着测试数据的增加，不断提升其规律的普遍适用性，从而提升判断的准确性。而且，这样的判断也只能是对电池单体容量范围的一种判断，并不能精确到具体的容量值。其在实际维护中的应用价值在于：大大缩短电池容量范围判定的时间、工作量，且不需要对电池进行充放电，对现网电池的运行安全性不够成威胁。

Description

一种判定蓄电池容量与健康度的方法及系统

技术领域

本发明涉及电池维护与容量检测领域，具体涉及通讯基站机房后备电源的蓄电池容量与健康度的判定方法及相关系统。

背景技术

目前，作为市电中断时的后备电源保障的铅酸蓄电池在通信行业中广泛使用。因此为了确保在停电时的通信畅通，以保障社会安全，对铅酸蓄电池的日常维护管理，是所有通信运营商维护工作中的重点工作之一。

现有的一种铅酸电池的维护方法是通过全容量放电测试进行。此方法通过连接假负载并以恒定电流对电池组进行放电测试，从而精确地测试出电池组的容量，然而此方法所需时间长，设备安装复杂，且会放出大量的热量，无论从安全还是环保的角度看都不是理想的维护方法。

现有的另一种铅酸电池的维护方法是电导(内阻)测试法。国外的有关组织研究发现，铅酸蓄电池两极间的电导与其健康状态成趋势关系。因此，通过测试电池组中每一个电池的电导便可以了解到电池组的健康状态。与全容量放电测试相比，其优点是测试速度快、测试方法简单、测试过程安全、设备轻、反复和频繁进行测试，这种方法需要知道蓄电池标准参考电导(内阻)值，通过将测试值与标准参考值的对比，才能够相对准确提供蓄电池整体状况，单次性的电导(内阻)测试尚难以提供相对准确的蓄电池容量状况。电池容量测试目前是相对准确掌握基站电池实际运行和保障性能的有效手段，也是目前基站电源日常维护的重要工作，但占据大量人力、物力。全容量放电方法虽然能够准确反应电池组的当前容量水平，得到最差的一只或几只蓄电池的确切状况，但不精确知道组内的每个蓄电池单体的状况和寿命等信息。

国内蓄电池的使用寿命是指浮充状态下的使用寿命，而在国内市电供应不稳定的状况下，蓄电池反复处于充放电状态下，寿命衰减很快；这种情况使得一年一次的全容量放电的测试密度仍然不能做到及时发现电池衰退的情况；而且目前的全容量放电试验获得的信息分散，需要占据维护人员大量的实际和精力，为进一步加大放电试验密度将使蓄电池维护所牵扯的人力、物力投入过大，因此，使得既定的维护要求很难完成，缺乏可操作性，而且，还会使网络运行存在潜在风险。

此外，电导(内阻)测试法虽然其测试速度快，测试方法简单，但该方法需要纵向数据比较或与标准参考值进行比较，才能反映电池的实际状况，在实际应用中由于缺乏的对比手段，为广泛应用带来一定难度。

以上原因造成实际蓄电池维护工作无法及时了解所有衰退蓄电池的状况，往往基站发生退役才知道蓄电池的好坏，本应该是主动性、防护性的维护工作，变成了被动的、救火式的工作状态，以牺牲网络质量为代价来了解蓄电池的状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种判定蓄电池容量与健康度的方法及系统，可通过电导来可靠预测蓄电池的容量范围。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是一种判定蓄电池容量与健康度的方法，包括以下步骤：

a根据电池的品牌，型号，批次和所属的地区，将蓄电池的电导测试数据和放电容量数据进行比对，统计和分析两者的初步对应关系，形成关系A；

b将相同条件下不同影响因素对蓄电池容量与电导的各自影响进行比对，形成关系B；

c利用不断增添的新数据不断更新和完善关系A与关系B的模型；

d同时利用关系B的结果来校准和修正关系A，最终实现脱离容量放电实验，仅通过蓄电池电导测试值，并结合其他相关因素的影响，自动计算获得该电池的相对准确的容量范围。

本发明提供的另一技术方案是一种判定蓄电池容量与健康度的系统，包括三大模块：数据采集模块、数据分析模块、结果输出模块，数据采集模块用于采集所有的各项参数，包括蓄电池电导测试数据、放电测试数据以及其他温度、浮充电压、电流等等信息；数据分析模块通过分析所采集信息，找出各有关参数对蓄电池电导和容量变化率的分别影响；结果输出模块输出蓄电池最终的预估容量范围。

本发明提供的判定蓄电池容量与健康度的方法最终实现脱离容量放电实验，仅通过蓄电池电导测试值，并结合其他相关因素(如蓄电池品牌、型号、批次、环境温度、放电因素等)的影响，自动计算获得该电池的相对准确的容量范围。大大缩短电池容量范围判定的时间、工作量，且不需要对电池进行充放电，对现网电池的运行安全性不够成威胁。

本发明提供的判定蓄电池容量与健康度的系统，可以自动计算并分析测试数据。

附图说明

图1为某品牌、某型号、某批次的蓄电池的电导和容量的关系图形；

图2为电导仪的测试精度为±2％时，放电容量测试数据分布图；

图3表示蓄电池电导变化率与容量变化率的关系；

图4表示温度与蓄电池电导及容量的变化关系；

图5表示蓄电池使用寿命与电导和容量变化的关系；

图6表示蓄电池放电次数与电导和容量变化的关系；

图7表示本发明系统数据采集模块工作流程图；

图8表示本发明系统数据分析模块工作流程图；

图9表示本发明系统结果输出模块工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

一种判定蓄电池容量与健康度的方法，所述方法包括：

a根据电池的品牌，型号，批次和所属的地区，将蓄电池的电导测试数据和放电容量数据进行比对，统计和分析两者的初步对应关系，形成关系A；

b将相同条件下不同影响因素对蓄电池容量与电导的各自影响进行比对，形成关系B；所述关系B包括，

对于相同品牌、型号、批次的电池，通过不同时间所获得的电导、放电测试数据结果，建立蓄电池电导与容量随时间的变化率的关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取温度对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取浮充电压对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取浮充电流对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取纹波干扰对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取蓄电池年龄对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取蓄电池放电情况对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系；

在其他各项影响因素均相同的情况下，获取其他因素对蓄电池电导变化率与温度对蓄电池容量变化率的影响，以及相关关系。

c利用不断增添的新数据不断更新和完善关系A与关系B的模型；

d同时利用关系B的结果来校准和修正关系A，最终实现脱离容量放电实验，仅通过蓄电池电导测试值，并结合蓄电池品牌、型号、批次、环境温度、放电因素等其他相关因素的影响，自动计算获得该电池的相对准确的容量范围。

下面详细介绍下本发明判定蓄电池容量与健康度的方法的技术细节：

测试数据的获取和分析

利用蓄电池用户使用电导在线监控系统所获得的电导监控测试数据，或蓄电池用户日常巡检使用电导仪进行在线测试取得蓄电池的电导数据，以及蓄电池用户的年度全容量放电实验获得蓄电池的容量数据，将所获得的所有电导数据以及放电容量测试结果，上传至维护软件平台系统。

维护软件平台系统自动根据仪表的测试结果或根据用户在软件上被要求做出的相关参数的输入，将所有的测试结果按照蓄电池的品牌、型号、批次、所处的位置(**省**地市**机房/基站**系统**电池组#号电池)、测试时间、对应的浮充电压、浮充电流、纹波电压、电池/环境温度等等将相关的测试数据进行统一分类整理，录入到相应的蓄电池历史测试数据的数据库。

以下介绍为获取蓄电池电导和容量的最终关系，对所有测试数据和相关信息进行分析和处理的方法：

1)蓄电池电导与容量关系的初步建立

将所有的电导、放电容量测试数据，按照蓄电池的品牌、型号、批次进行分类整理，并根据电导测试和放电容量测试的时间，把电导测试数据与此时间前后一个月内的放电容量数据关联配对，放入电导容量关系数据库，得到蓄电池电导测试结果与放电测试结果的关系图。

举例说明：图1为某品牌、某型号、某批次的蓄电池的电导和容量的关系图形，图中每个点对应某个蓄电池，其横坐标为该蓄电池的电导测试值、纵坐标是该蓄电池的容量测试值。

利用电导与容量关系的分布图建立电导与容量的初步关系

若电导仪的测试精度为±2％，故在某品牌、型号、批次电池的所有测试数据中找出电导值处于某个测试值的±2％之内的所有放电容量测试数据。参见图2中竖线内的数据.

将找出的所有放电容量测试数据求其平均值，选出二维坐标上的重心点，作为容量预估值A(五星点)

根据所设的准确度要求，以容量预估值A为中心，向正负方向扩展，直到所选容量预估范围A满足要求。

例如图2所示，假设用户设定了准确度为80％，电导测试值为2000S，预估容量范围是60％-70％。随着时间及数据的大量积累及日常测试数据的质量不断提高，预估容量也会根据不断积累的数据自动修正。

通过上述方法，就建立起蓄电池电导与其容量范围之间的关系，对于电导为某个数值的蓄电池，该方法能够根据相同品牌、型号、批次的历史电导和放电测试数据，获取该蓄电池的一个对应的容量范围，且提供一个处于该容量范围的准确度百分比；准确度的百分比越高，预估容量的范围倾向于更大；相反，如果降低准确度百分比要求，可获得一个相对更窄的预估容量范围。

2)蓄电池电导变化率与容量变化率的关系

根据电导测试数据的测试时间计算出电导的变化率，其公式如下：电导变化率＝(新测试电导值-上次测试电导值)/参考电导值/时间间隔注意：上面公式中所用的电导值为经过温度校准后的值，以消除温度变化本身对电导值的影响。

根据放电测试数据的测试时间计算出蓄电池容量变化率，其公式如下：

蓄电池容量变化率＝(新测试容量值-上次测试容量值)/额定容量/时间

由于相同电导变化率的电池所对应的容量变化率可能存在多个数据，将找出的容量数据求其平均值，也就是说计算出所选出数据对应的点在二维坐标上的重心点，以该重心点的容量数据作为对比跟踪依据。

举例说明：图3表示了数据库种不同电导变化率可能对应的容量变化率：系统不断比较和对比蓄电池的电导变化率与容量变化率的关系，跟踪和汇总变化关系的规律。

3)蓄电池温度与电导和容量变化的关系

根据温度测试数据以及蓄电池的放电容量测试数据，对温度与蓄电池容量之间的关系进行跟踪对比。

举例说明：图4为在网的某种特定品牌、型号、相同生产安装年份、相同/相近运行环境(处同一浮充电压、浮充电流范围等)的电池，其不同温度条件下电导变化率和容量变化率的图表，图中的温度是只偏离标准25℃的绝对摄氏温度：

相同温度条件下所对应的电导和容量变化率可能是多个数据，将找出的电导和容量数据求其平均值，也就是说计算出所选出数据对应的点在二维坐标上的重心点，以该重心点的容量数据作为对比跟踪依据。

4)蓄电池运行环境与电导和容量变化的关系

该项目包含蓄电池的浮充电压、浮充电流、纹波电压、纹波电流、等等因素，分析方法同温度与电导和容量变化的关系。

5)蓄电池使用寿命与电导和容量变化的关系

举例说明：图5为在网的某种特定品牌、型号、相同生产安装年份、相同/相近运行环境(处同一浮充电压、浮充电流范围等)的电池，其不同使用时间下电导变化率和容量变化率的图表：

6)蓄电池放电次数与电导和容量变化的关系

蓄电池在使用过程当中由于进行容量测试或由于市电中断会进入放电状态，放电次数过多、放电过深可能对蓄电池的剩余容量产生不利影响。

举例说明：在网的某种特定品牌、型号、相同生产安装年份、相同/相近运行环境(处同一浮充电压、浮充电流范围等)的电池，对蓄电池的放电情况对其电导和容量影响进行分析对比。如图6：

图6中的放电指标根据放电的深度和次数分为20个等级，其计算方法为：放电等级＝平均放电深度*放电时间

本发明方法最终的目的是通过大量数据的积累、分析、对比后，建立一个模型，使蓄电池用户最终能脱离放电试验，直接利用电导测试结果，并有效结合蓄电池的使用时间、温度、浮充电压电流、纹波电压、放电次数深度等等信息，直接获得相对比较可靠的蓄电池的剩余容量范围。

将“蓄电池电导与容量关系的初步建立”所获得的的电导和容量关系的作为直接模型，将其根据其它的相关参数(电导变化率、温度、浮充电压电流、纹波电压、放电次数深度等)与电导与容量变化的关系进行相应的调整和校准，从而获得最终由电导结合相关参数影响后，直接获得蓄电池容量范围的模型。这个模型仍然会根据不断导入的数据不断调整，从而最大限度地获得最准确的蓄电池容量范围。

如图1，电导值为2500S±2％的电池为竖线之间的点，从图中看该电导值所对应的容量范围是：40％～125％，进一步对其它参数包括温度、浮充电压电流、使用时间、充放电情况进行查询，发现图中红色圈出的电池在过去的一年当中经历的放电程度和次数属于20级；根据放电与电导容量关系生成的关系图，当蓄电池放电程度和深度达到20级时，放电变化率比电导变化率快35％，根据这些信息，进一步细化和精确电导与容量关系的模型。

对于某品牌、型号、年龄的电池在浮充电压电流、温度等条件相同的情况下，电导和容量对应关系调整为：

放电级别为1时，电导为2600S±2％的电池的容量范围是75％～125％；放电级别为20时，电导为2500S±2％的电池的容量范围是40％～90％。

一种判定蓄电池容量与健康度的的系统，包括三大模块：数据采集模块、数据分析模块、结果输出模块，数据采集模块用于采集所有的各项参数，包括蓄电池电导测试数据、放电测试数据以及其他温度、浮充电压、电流等等信息；数据分析模块通过分析所采集信息，找出各有关参数对蓄电池电导和容量变化率的分别影响；结果输出模块输出蓄电池最终的预估容量范围。

下面是对所述三大模块的描述：

数据采集模块：

此模块需要使用电导测试仪或监控系统和放电仪器作为测试数据采集的硬件设备。图7是整个模块的工作流程图：将采集到的电压、电导、温度、纹波电压、蓄电池容量、电池静态信息、停电次数和长度，整理并存储到数据库，然后进行分类。

数据分析模块：

此模块实际上是对判定蓄电池容量与健康度方法的实现。在系统使用初期，数据分析模块需要不断地通过数据采集模块采集测试数据，把数据迭代到模块内部的容量计算模型中，从而不断调整计算模型中各个分量的所占的比重以及相关系数，最终得到一个能够以容量范围作为输出的方程组。以下结合图2对数据分析模块简要描述：

(1)确立电导与容量的对应关系

这个确立过程的方法是通过数据库软件系统来实现“蓄电池电导与容量关系的初步建立”的功能，最终获得的信息为：对于某个品牌、型号、批次的蓄电池，当其电导测试值为某个值的时候，其对应的预估容量范围是多少，以及处于该容量范围的准确度的百分比。

(2)修正预估容量范围

首先，我们把电池容量和电导的关系表示成以下函数：

容量与电导：C＝F(G)

容量变化率和电导变化率：ΔC＝F(ΔG)

其次，我们把各个参数的对电池容量和电导的独立影响都表示成各个关系函数，例如：

容量和电导变化：C＝Fg(ΔG)

容量和电压：C＝Fv(V)

容量和温度：C＝Ft(T)

……

电导和电压：G＝Gv(V)

电导和温度：G＝Gt(T)

……

接下来把测试的各种数据迭代到以上的公式模型，反解出于函数原型。然后再把所有解出的方程相结合，最终得到一个以容量为因变量，其余所有参数为变量的方程——C＝F(G，ΔG，T，V......)。

由以上计算过程可以看出随着测试数据的增加，各个计算模型将会越来越清晰，方程的解也就越来越贴近实际。在数据积累到一定的程度后，用户可以停止数据的迭代过程，而是把除了容量之外的测试数据代入到方程，根据方程算出容量范围，验算实测容量是否在此容量范围之内。经过多次这样的验算后可以得到此方程在实际中的命中率，如果命中率已经达到了用户既定的要求，固化BHI计算模型，则用户可以停止继续进行放电测试，否则应继续将带有容量的测试数据迭代到上述算法，直到命中率达到要求为止。

结果输出模块：

如图9所示结果输出模块的实现流程图：在数据分析模块得到满意的容量预估模型后，用户便可以停止放电测试，而只需要采集电导，电压，温度、电导变化、文波电压和放电信息等数据。然后把采集到的数据输入到CellTraq蓄电池管理系统，通过BHI容量计算模型，预估容量范围。最后，CellTraq蓄电池管理系统可以结合用户预先设定的各种告警条件，对有问题的电池产生告警信息。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形，本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种判定蓄电池容量与健康度的方法，其特征在于所述方法包括：

a根据电池的品牌，型号，批次和所属的地区，将蓄电池的电导测试数据和放电容量数据进行比对，统计和分析两者的初步对应关系，形成关系A；

b在影响因素中的一项变化，其他影响因素均相同的条件下，获取变化的影响因素对蓄电池的容量与电导的各自影响及相互关系，形成关系B，所述影响因素包括温度、浮充电压、浮充电流、纹波电流、使用寿命、放电次数；

c利用不断增添的新数据不断更新和完善关系A与关系B的模型；

d同时利用关系B的结果来校准和修正关系A，最终实现脱离容量放电实验，仅通过蓄电池电导测试值，并结合所述影响因素的影响，自动计算获得该电池的相对准确的容量范围。

2.根据权利要求1所述的一种判定蓄电池容量与健康度的方法，其特征在于所述影响因素还包括时间，所述关系B还包括，

对于相同品牌、型号、批次的电池，通过不同时间所获得的电导、放电测试数据结果，建立蓄电池电导与容量随时间的变化率的关系。