CN103227489A - 一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法及系统，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，根据采集的浮充电流，对充电机的电压进行调节，使浮充电流的大小保持在蓄电池出厂规定的浮充电流值以下，从而省去了现有浮充控制方案里的温度补偿；在铅酸蓄电池组处于浮充状态下，定期调低充电机电压，使铅酸蓄电池组处于带载放电状态，并维持一段时间以对电池组进行浅放电活化，对蓄电池的寿命周期进行控制，有效延长铅酸蓄电池组的寿命；通过对单节电池电压在蓄电池处于浮充状态和放电状态时进行比对，对单节电池电压变化大于界限值的电池进行报警，更加准确地提前预防单节电池存在内阻增大或性能下降的风险。
Description
技术领域
本发明涉及电子技术及后备式阀控式密封铅酸蓄电池管理技术在电力直流电源系统中的应用，特别是一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法及系统。
背景技术
直流系统是应用于水力、火力发电厂和各类变电站等，为信号设备、自动装置、事故照明、应急电源及断路器分、合闸操作提供直流电源的电源设备。直流系统是一个独立的电源，其不受发电机、厂用电及系统运行方式的影响，并在外部交流电中断的情况下，保证由后备电源——蓄电池继续提供直流电源的重要设备。其中，蓄电池是直流电源中极其重要的一部分，因此，对蓄电池进行日常的维护便显得十分重要。
阀控式密封铅酸蓄电池由于具有体积小、重量轻、放电性能高维护量小等特点，普遍应用于电力系统直流电源中。在对阀控式密封铅酸电池进行维护时，通常是针对阀控式密封铅酸蓄电池的某项性能，如电压或内阻。我们知道，阀控式密封铅酸蓄电池有三种工作状态，即浮充、均充及放电状态，在大部分时间中阀控式密封铅酸蓄电池都是处于浮充状态，因此，对阀控式密封铅酸蓄电池在浮充状态时进行管理就显得十分重要。但在一般的维护中，并未对浮充状态进行管理，或者管理过于简单，而这些维护对提高蓄电池的寿命有明显的影响。在日常及季度维护时，需要对阀控式密封铅酸蓄电池室内的环境温度进行多点测量，当其温度在15-25℃以外时必须调节环境温度，或对浮充电压进行温度补偿。但温度采集一般具有误差，并且温度补偿系统难以明确确定。除此之外 ，一般的维护无法进行生命周期管理进而延长电池组使用寿命。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法及系统，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，根据采集的浮充电流，对充电机的电压进行调节，使浮充电流的大小保持在铅酸蓄电池出厂规定的浮充电流值以下，从而避免温度补偿的不确定性；在铅酸蓄电池组处于浮充状态下，定期调低充电机电压，使铅酸蓄电池组处于带载放电状态，并维持一段时间以对电池组进行浅放电活化，有效地对铅酸蓄电池组的寿命进行管理；通过对单节电池电压在铅酸蓄电池组处于浮充状态和放电状态时进行比对，对单节电池电压变化大于界限值的电池进行报警，提前预防单节电池存在内阻增大或性能下降的风险。
本发明解决其问题所采用的技术方案是：
一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法，包括充电机和与充电机连接的铅酸蓄电池组，其特征在于，包括以下步骤：
步骤Ａ，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，对充电机的电压进行调节，使铅酸蓄电池组浮充电流的大小在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下；
步骤Ｂ，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，定期对充电机的电压进行调节，使铅酸蓄电池组带载放电，实现铅酸蓄电池组的浅放电活化；
步骤Ｃ，对比铅酸蓄电池组中的单节电池在铅酸蓄电池组分别处于步骤Ａ中浮充状态与步骤Ｂ中放电状态时的电压变化与规定界限值的大小，并对变化值超出界限值的单节电池进行预警。
进一步，所述步骤Ａ包括以下步骤：
步骤Ａ１，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，对铅酸蓄电池组的浮充电流进行精确采集；
步骤Ａ２，对比步骤Ａ１所采集的浮充电流与铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值大小；
步骤Ａ３，若步骤Ａ１所采集的浮充电流大于或等于铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值时，则调低充电机电压，使铅酸蓄电池组浮充电流的大小保持在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下。
进一步，所述步骤Ｂ中，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，定期对充电机的电压进行调节，包括定期自动调节方式和主动调节方式。
进一步，所述步骤Ｃ包括以下步骤：
步骤Ｃ１，采集铅酸蓄电池组中的单节电池在步骤Ａ所述浮充状态时的单节电池电压；
步骤Ｃ２，采集铅酸蓄电池组中的单节电池在步骤Ｂ所述带载放电状态时的单节电池电压；
步骤Ｃ３，对步骤Ｃ１和步骤Ｃ２中采集的铅酸蓄电池组中的单节电池的电压进行比对，并判断其与规定界限值的大小；
步骤Ｃ４，当步骤Ｃ３中所述单节电池的电压变化大于规定界限值时，对此单节电池进行预警。
一种使用上述方法的铅酸蓄电池组的主动式管理系统，包括充电机和与充电机连接的铅酸蓄电池组，其特征在于，还包括:
电池组采集单元，用于高精度采集铅酸蓄电池组的电流及电压，所述电池组采集单元与铅酸蓄电池组负载连接；
单电压采集单元，用于高精度采集铅酸蓄电池组中的单节电池的电压,所述单电压采集单元与铅酸蓄电池组负载连接；
蓄电池管理控制单元，其输入端与充电机电气连接，同时其输入端通过通信总线连接电池组采集单元和单电压采集单元，用于接收、存储和分析电池组采集单元和单电压采集单元采集的电流和电压数据并对充电机电压进行精确调控。
进一步，所述蓄电池管理控制单元进一步包含有电流调节单元，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，用于限制浮充电流的大小在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下。
进一步，所述蓄电池管理控制单元进一步包含有电压调节单元，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，用于定期使铅酸蓄电池组带载放电。
进一步，所述蓄电池管理控制单元进一步包括分析预警单元，用于对比铅酸蓄电池组中的单节电池在铅酸蓄电池组分别处于浮充状态和放电状态时的电压变化范围与规定界限值的大小并对变化范围超出规定界限值的单节电池进行预警。
本发明的有益效果是：
本发明采用一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法及系统，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，根据采集的浮充电流，对充电机的电压进行调节，使浮充电流的大小保持在蓄电池出厂规定的浮充电流值以下，从而省去了现有大部分浮充控制方案里的温度补偿，因为温度采集往往不准确，且温度补偿系数难以准确确定；在铅酸蓄电池组处于浮充状态下，定期调低充电机电压，使铅酸蓄电池组处于带载放电状态，并维持一段时间以对电池组进行浅放电活化，对蓄电池的寿命周期进行控制，有效延长铅酸蓄电池组的寿命；通过对单节电池电压在铅酸蓄电池组处于浮充状态和放电状态时进行比对，对单节电池电压变化大于界限值的单节电池进行报警，更加准确地提前预防单节电池存在内阻增大或性能下降的风险。
附图说明
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是本发明所述系统结构组成框图;
图2是本发明所述铅酸蓄电池组均浮充电时电流电压关系图。
具体实施方式
本发明的一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法，包括充电机和与充电机连接的铅酸蓄电池组，所述方法包括以下步骤：
步骤Ａ，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，对充电机的电压进行调节，使铅酸蓄电池组浮充电流的大小在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下。
本步骤中，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，首先对铅酸蓄电池组的浮充电流进行精确采集；其次，对比所采集的浮充电流与铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值大小，若所采集的浮充电流大于或等于铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值时，则调低充电机电压，使铅酸蓄电池组浮充电流的大小保持在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下。
步骤Ｂ，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，定期对充电机的电压进行调节，使铅酸蓄电池组带载放电，实现铅酸蓄电池组的浅放电活化。
本步骤中，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，定期对充电机的电压进行调节，包括定期自动调节方式和主动调节方式。
步骤Ｃ，对比铅酸蓄电池组中的单节电池在铅酸蓄电池组分别处于步骤Ａ中浮充状态与步骤Ｂ中放电状态时的电压变化与规定界限值的大小，并对变化值超出界限值的单节电池进行预警。
本步骤中，首先采集铅酸蓄电池组中的单节电池在步骤Ａ所述浮充状态时的单节电池电压；其次，采集铅酸蓄电池组中的单节电池在步骤Ｂ所述带载放电状态时的单节电池电压；第三，前两步所采集的铅酸蓄电池组中的单节电池的电压变化范围进行分析，并判断其变化范围与规定界限值的大小；第四，若所述单节电池的电压变化范围大于规定界限值时，对此单节电池进行预警。
参照图1所示，本发明的一种使用上述方法的铅酸蓄电池组的主动式管理系统，包括充电机和与充电机连接的铅酸蓄电池组，还包括:
电池组采集单元，用于采集铅酸蓄电池组的电流及电压，所述电池组采集单元与铅酸蓄电池组负载连接；
单电压采集单元，用于采集铅酸蓄电池组中的单节电池的电压，所述单电压采集单元与铅酸蓄电池组负载连接；
蓄电池管理控制单元，其输入端与充电机电气连接，同时其输入端通过通信总线连接电池组采集单元和单电压采集单元，用以接收、存储和分析电池组采集单元和单电压采集单元采集的电流和电压数据并对充电机电压进行精确调控。
所述蓄电池管理控制单元包含有电流调节单元、电压调节单元和分析预警单元，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，电池组采集单元精确采集的铅酸蓄电池组的浮充电流信息通过通信总线传递给分析预警单元，分析预警单元对电流信息进行分析，当需要对此电流进行控制时，分析预警单元发送相应的调节信息至电流调节单元，电流调节单元对充电机的电压进行闭环控制，从而控制浮充电流的大小保持在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下，这样就省去了现有大部分浮充控制方案里的温度补偿，因为温度采集具有误差，且温度补偿系数难以明确确定，而通过对充电机电压的精确调节，可以达到精确控制，提升发电厂中直流电力系统的稳定性。
参照图2所示，铅酸蓄电池组一般处于三种工作状态，即浮充状态、均充状态和放电状态。在电力直流系统中，铅酸蓄电池组大部分时间处于浮充状态下，在此状态下，系统使用铅酸蓄电池出厂规定的单节电池浮充电压乘以电池节数得到铅酸蓄电池组浮充电压对整组电池进行恒压充电。铅酸蓄电池充电过程是电解水的过程，化学反应式如下：2PbSO4+2H2O=PbO2+Pb+2H2SO4，因此，长时间充电过程使铅酸蓄电池组中的酸浓度增加，腐蚀性增强，从而降低铅酸蓄电池组的寿命。为此，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，电压调节单元会定期自动精确调低充电机上的电压，当然，也可以以手动方式进行调节，使铅酸蓄电池组进行带载放电，并维持一段时间从而对铅酸蓄电池组进行浅放电活化，当达到一定放电电压后，蓄电池管理控制单元回调充电机电压，使铅酸蓄电池组进入充电状态。这种主动式的控制方式，可以有效地延长铅酸蓄电池组的寿命，从而减少企业开支。
当铅酸蓄电池组处于浮充状态时，单电压采集单元会对铅酸蓄电池组中的每个单节电池的电压进行精确采集，采集的数据通过通信总线传递至蓄电池管理控制单元用以保存。在定期调低充电机电压，使铅酸蓄电池组放电的过程中，单电压采集单元同样会对铅酸蓄电池组中的每个单节电池的电压进行精确采集，采集的数据通过通信总线传递至蓄电池管理控制单元用以保存。分析预警单元对接收到的铅酸蓄电池组中每节单节电池在铅酸蓄电池组处于上述两个不同状态下的电压值进行分析，当某一单节电池的电压变化大于界限值时，分析预警单元会对此单节电池进行报警，说明该单节电池存在内阻增大或性能下降风险。通过这种方式，可以精确地预防单节电池可能存在的风险，更好地保障直流电力系统的运行。
以一套2V108节300Ah的铅酸蓄电池组系统为例，充电机均充电压为：2.35V*108=253.8V，均充电流：0.1C10=30A，充电机浮充电压：2.25V*108=243V，浮充电流上限确定为1mA/Ah*300Ah=300mA ，定时放电周期定为168h，放电时间确定为4h，电池组放电下限电压设置为220V，单节电池放电电压下限设置为2V。电池跌落电压报警值为0.15V。
铅酸蓄电池管理系统控制充电机以浮充电压243V对电池组进行浮充，通过采集浮充电流，对充电机电压进行微调，保证浮充电流小于300mA。控制充电机，当168小时放电周期到，则下调充电机电压到放电下限电压220V，当放电时间到4小时或者电池组电压下降到220V或者任一节电池电压下降到2V则立即停止放电，期间记录单节电池电压，并进行电压跌落值比较，对大于0.15V的瞬间跌落电压的电池进行报警。放电后进入自动均充程序，以253.8V电压，30A电流对电池进行均充。均充结束后再次进入浮充状态。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法，包括充电机和与充电机连接的铅酸蓄电池组，其特征在于，包括以下步骤：
步骤Ａ，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，对充电机的电压进行调节，使铅酸蓄电池组浮充电流的大小保持在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下；
步骤Ｂ，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，定期对充电机的电压进行调节，使铅酸蓄电池组带载放电，实现铅酸蓄电池组的浅放电活化；
步骤Ｃ，对比铅酸蓄电池组中的单节电池在铅酸蓄电池组分别处于步骤Ａ中浮充状态与步骤Ｂ中放电状态时的电压变化与规定界限值的大小，并对变化值超出界限值的单节电池进行预警。
2.根据权利要求１所述的一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法，其特征在于，所述步骤Ａ包括以下步骤：
步骤Ａ１，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，对铅酸蓄电池组的浮充电流进行精确采集；
步骤Ａ２，对比步骤Ａ１所采集的浮充电流与铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值的大小；
步骤Ａ３，若步骤Ａ１所采集的浮充电流大于或等于铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值时，则调低充电机电压，使铅酸蓄电池组浮充电流的大小保持在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下。
3.根据权利要求１所述的一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法，其特征在于：所述步骤Ｂ中，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，定期对充电机的电压进行调节，包括定期自动调节方式和主动调节方式。
4.根据权利要求１所述的一种阀控式密封铅酸蓄电池组的主动式管理方法，其特征在于，所述步骤Ｃ包括以下步骤：
步骤Ｃ１，采集铅酸蓄电池组中的单节电池在步骤Ａ所述浮充状态时的单节电池电压；
步骤Ｃ２，采集铅酸蓄电池组中的单节电池在步骤Ｂ所述带载放电状态时的单节电池电压；
步骤Ｃ３，对步骤Ｃ１和步骤Ｃ２中采集的铅酸蓄电池组中的单节电池的电压进行比对，并判断其与规定界限值的大小；
步骤Ｃ４，当步骤Ｃ３中所述单节电池的电压变化大于规定界限值时，对此单节电池进行预警。
5.一种使用权利要求1所述方法的铅酸蓄电池组的主动式管理系统，包括充电机和与充电机连接的铅酸蓄电池组，其特征在于，还包括:
电池组采集单元，用于采集铅酸蓄电池组的电流及电压，所述电池组采集单元与铅酸蓄电池组负载连接；
单电压采集单元，用于采集铅酸蓄电池组中的单节电池的电压,所述单电压采集单元与铅酸蓄电池组负载连接；
蓄电池管理控制单元，其输入端与充电机电气连接，同时其输入端通过通信总线连接电池组采集单元和单电压采集单元，用于接收、存储和分析电池组采集单元和单电压采集单元采集的电流和电压数据并对充电机电压进行调控。
6.根据权利要求５所述铅酸蓄电池组的主动式管理系统，其特征在于：所述蓄电池管理控制单元包含有电流调节单元，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，用于限制浮充电流的大小在铅酸蓄电池组出厂规定的浮充电流值以下。
7.根据权利要求５或６所述铅酸蓄电池组的主动式管理系统，其特征在于：所述蓄电池管理控制单元包含有电压调节单元，在铅酸蓄电池组处于浮充状态时，用于定期使铅酸蓄电池组带载放电。
8.根据权利要求７所述铅酸蓄电池组的主动式管理系统，其特征在于： 所述蓄电池管理控制单元包括分析预警单元，用于对比铅酸蓄电池组中的单节电池在铅酸蓄电池组分别处于浮充状态和放电状态时的电压变化范围与规定界限值的大小并对变化范围超出规定界限值的单节电池进行预警。
9.根据权利要求５或６所述铅酸蓄电池组的主动式管理系统，其特征在于： 所述蓄电池管理控制单元包括分析预警单元，用于对比铅酸蓄电池组中的单节电池在铅酸蓄电池组分别处于浮充状态和放电状态时的电压变化范围与规定界限值的大小并对变化范围超出规定界限值的单节电池进行预警。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |