CN1037714C - 电池组特性的测试方法 - Google Patents

Abstract

一种电池组特性测试方法，将多回路电压测试器的多组电压测试线分别接于一电池组的各电池正负极端，使蓄电池组径负载放电，经预定放电时间后重新开启输入电源使电池组充电；在此充放电期间，该测试器连续重覆扫描读取电池组的各电池电压数据并作存储，再将各别电池特性曲线以等间距方式逐一绘出特性曲线比较图，由图的间距变化可判知电池组的个别电池特性。

Description

电池组特性的测试方法

本发明涉及电池特性的测试方法，特别是指一种针对多个电池所构成的电池组中的个别电池特性的测试比较方法。

电脑或通信设备的机房为在市电中断或整流设备故障时能提供直流电流以继续维持各项设备的正常工作，必须使用各种蓄电池组，平时该蓄电池组并接于整流设备上进行浮充(Floating charge)，从而保持在蓄电容量的充满状态以备不时之需。

当蓄电池组被安装妥当，完成初充电(Initial charge)及放电试验并再充电以后，即投入直流供电系统使用，然而蓄电池经过一段时间以后，常易因活性(有效)物质的脱落或极板硬化等因素而变坏，使蓄电容量逐渐减低，且其内阻亦逐渐增加。通常这种不良状况的电池在整组蓄电池中可能仅是一两个，但由于整组电池系各个单电池串联组成，因此其中一个电池的蓄电容量不足或内阻过大，将造成电池在放电时该不良电池可能造成逆充电，成为该电池组之负载，因而严重地影响该组电池的供电能力。因此我们必须用各种方法来了解电池组的蓄电能力和其特性，以保证当市电中断时，不致于因电池组不良而使通信设备或不断电系统瘫痪。

关于传统的蓄电池组容量试验方法

传统的蓄电池组容量试验是将电池组与其所供电的设备(如通信设备或电脑设备等不断电系统)分离，并接上假负载(如电阻等)来作放电试验，由于放电试验的电流与时间决定于电池的容量AH(即安培小时)，如电池的容量为3200AH，则放电电流可选定为400A，而其放电时间需8小时，故每作一组电池的容量试验，需要花数小时放电和十几小时充电，才能估算出其容量，且在整个试验中心须有人随时在旁照料，记录每一电池的电压、电解液的比重、温度等，十分耗费人力与时间，且浪费能源，特别以目前区域通信设备为例，其蓄电池组包含有廿四个以上电池，要随时判知各个电池特性和好坏，十分不容易，不仅电池组的维护成本高，且不能保证当市电中断时具有预期之供电能力。

本发明电池组特性测试方法利用一多回路电压测试器，将多组电压测试线分别接于电池组中的每一个电池的正负两极端，并接上电流感测器以便测得流经电池的电流，接着便中断市电电源供电，亦即断掉整流器接线，使蓄电池组经由其所供电的设备(通信设备或电脑系统的大型不断电设备)放电，放电约数分钟后可开启整流器，使电池组充电。而在此放电与充电期间，各个蓄电池的电压及电流会自动经由多回路电压测试器送至电脑记录，等充放电测试完成后，电脑将依照电池组中的各个电池的端电压，计算出各别电池在放电与充电时内阻的特性，由此内阻的特性绘成曲线，并依序绘成电池组特性曲线比较图，即可一目了然，很容易地由各个电池特性曲线进行比较，查出不良的电池。然后再用其他设备如单电池容量试验设备，测出该个别电池的容量比例，则可判知其中最差电池的特性状态。

有关本发明的具体方法、功效及特点，可由以下实施例并配合附图的详细说明而得充分了解：

图1为本发明电池组特性测试方法的系统结构图。

图2为本发明的多回路电压测试器电路的示意方框图。

图3为依据本发明方法测试的良好蓄电池组的电压特性曲线比较图。

图4为依据本发明方法测试的具有不良电池的蓄电池组的电压特性曲线比较图。

请参阅图1所示，一通信设备或不断电系统的电源供电电路结构包括一交流电源(10)，经过一开关SW后，电源电流进入一整流器(20)，该整流器(20)输出的直流电源系并联于电池组(30)上，并再连接负载(40)，该负载(40)即为通信设备或不断电系统，作为先有技术情况，当交流电源(10)中断或开关SW打开(OPEN)，亦即停掉整流器(20)，则负载(40)系由电池组(30)提供直流电源而维持其正常操作，因此，该电池组(30)中的各个电池平时须维护检查，以免当市电中断时发生电池组(30)供电能力不足。

依据本发明，系利用一多回路电压测试器(50)的28组电压测试线J1……J28，逐一接在电池组(30)中的每一个电池的正负两极端，以供测知各电池的端电压，接着将该开关SW断开，亦即停掉整流器(20)，则该蓄电池组(30)立即对负载(40)放电，负载(40)的各项设备(例如通信设备或电脑系统)维持正常供电工作，经放电约十分钟后即可重新开启整流器(20)，亦即将开关SW闭合，使电池组充电，整个测试时间约30分钟。在此放电与充电期间，各个蓄电池的电压及电流值自动由该多回路电压测试器(50)经一RS232C串行通信接口送到一电脑(60)记录，电脑(60)再由电池组的各个电池的端电压计算出各别电池在放电与充电时的内阻特性，依据此内阻特性绘制成曲线，并依序将各个电池特性曲线逐一绘成比较图，则电池组维护人员很容易由各个电池的特性曲线的比较而查找出特性较差的电池，然后再利用其它电池测试设备，例如单电池容量试验设备，测出该特性较差的电池容量比例，从而得知该电池特性状态，以供保养维护或替换的参考依据。

再请参阅图2，本发明的多回路电压测试器(50)包括一微电脑主机(51)、一A/D(模/数)转换器(52)，一解码器(53)，28个继电器K1……K28及28组电压测试线J1……J28，一摸拟开关(54)及一RS232串行通信接口(55)。本发明的测试器(50)系使用于对多个电池串联的电池组作端电压测试及记录，依据一实际的实施例，其中包含有27组0-4V及一组0-75V的电压测试电路以及一电流量测电路，由模拟开关(54)测量电流，该微电脑主机(51)再经由RS232串行通信接口(55)将所量测数据传送至个人电脑(PC)(60)作资料处理。

该微电脑主机(51)读取量测资料的方式是以一12位(bit)的A/D转换器(52)作为数据读取接口。该多回路电压测试器(50)的主要特征在于：平时该继电器K1-K28不动作，电池组(30)中的各电池端电压V1-V28使电容C1-C28充电，当微电脑(51)通过解码器(53)选择其中一继电器Kn受触发而动作，则可将该电容器的电压经A/D转换器读入微电脑(51)；因此本发明要读取各电池之电压数据时，系由微电脑(51)经解码器(53)逐一使各继电器K1-K28动作，则将各电容C1-C28的电压值，亦即各电池之端电压值，读入微电脑并存储在其存储器中，而每一继电器K1-K28系逐一接通又立即恢复原状，使各电容C1-C28量测电压之后又维持在充电状态。该多回路电压测试器(50)系在数秒钟内即可扫描读入整个电池组所有各电池的端电压，因此在电池组充放电30分钟内可以很密集地收集储存各电池之端电压值变化，由电池充放电时的端电压值可以推知电池内阻。其中，它们相互间的理论关系如下：

电池在放电时端电压与内阻的关系：

端电压＝电池的化学电势-放电电流×电池内阻

电池在充电时端电压与内阻的关系：

端电压＝电池的化学电势+充电电流×电池内阻

本方法系利用上述理论，当电池组在放电时，内阻越大的电池，其端电压越低。而充电时，内阻越大的电池其端电压越高，一组良好的蓄电池组，其各电池的内阻都很均匀一致，因此良好电池的特性曲线彼此间亦很均匀。若一电池组中有不良的某个电池，在放电时，不良电池的特性曲线较低，而在充电时不良电池的特性曲线较高。将该电池组在充放电期间内所扫描收集的电压数据，经电脑(60)处理，每一单电池均绘成一特性曲线，将该等特性曲线由上而下等间距逐一排列，则很容易可以找出特性较差的电池。

例如图3所示为一良好电池组中的各电池电压特性曲线图，其中在第27分钟以前为放电，所量得电压较低，其后为充电，所量得电压值升高，但由于每一电池的内阻相近，因此每一电池的特性曲线几乎等距，故可判知其每一电池特性均良好。

再如图4所示为具有不良电池的电池组的电压特性曲线图，其中不良电池放电时的特性曲线较低而充电时之特性曲线较高，只要由图上放电时的特性曲线已可明显看出(2)号电池、(10)号电池及(14)号电池特性曲线较低，尤其是(2)号电池为严重偏低，因此依据本发明可以很快找出特性不良的电池，再针对该不良电池进行测试，而只要特性曲线较差的电池仍可适用，则表示所有电池皆良好适用。

除了上述应用曲线图可以找出特性较差电池外，亦可由电脑计算全部电池组电压的总平均值，再将个别电池电压平均值与总平均值比较，而得出个别电池的误差百分比及其误差百分比排名，由此找出电池特性最差者进行个别测试。

本发明方法除了以一多回路电压测试器进行试验各电池组外，亦可在每一电池组均装设一套多回电压测试器，这样则可依设定方式自动进行电压扫描量测，并存储测量的数据或传送至监视中心，从而可随时判知电池组特性，甚至包括电池特性良好而电池组汇流条接触不良的情形亦可测出。

关于本发明的与传统方法的比较

传统方法的缺点：

(1)传统方法对于大容量电池组作放电试验，因电流大、电压高，产生热能需要排掉，且需作3至8小时放电试验，因此非常浪费能源。

(2)电池组测试需连续约20至24小时以上，且需要有人在旁记录照料，耗费人力。

(3)因通信设备或大型不断电系统(UPS)的每个电池组中，约有24个到100个单电池，每次从头到尾量测和记录电压、温度和比重，约需10至20分钟，因此不可能很密集地记录，大约半个小时到一个小时整组记录一次，取样数少，且由于从记录第一个单电池到最后一个的时间相差10到20分钟，在这期间每一个单电池之端电压已产生很大的变化，而造成不易比较和不准确。

(4)传统电池组试验后不容易分析出各别电池的特性。

本发明除克服上述传统方法之缺点外，更具有以下优点：

由于电池组系由许多单电池串联组成，若因某个单电池因内阻增加，充电时该不充电池的内阻将使充电电流减少，使得整组电池的蓄电容量减少，而在放电时不但减小了放电电流，有时还消耗其他电池电能，造成该电池逆充。因此本发明利用电脑将电池组中各电池的特性曲线进行分析，就能快速了解每个电池的特性，而找出电池组中的不良者。当然电池的内阻是包括电池内部电解阻抗和外部连接的接头阻抗，因此利用本方法亦能测出电池保养的问题，使得电池保养更为完备，从而防患于未然。

综上所述，本发明电池组特性的测试方法是已知电池组特性测试方法中的新发明，且具有产业上的实用价值。

Claims (5)

1.一种电池组特性测试方法，采用一多回路电压测试器，具有多组电压测试线，用以分别接于一电池组的各电池正负极端，再将输入电源中断，使该蓄电池组经由其所供电的设备、负载放电，经一预定放电时间后，重新开启输入电源使电池组充电；其特征在于在此充电与放电期间，该多回路电压测试器连续重覆扫描读取电池组的各电池电压数据，并存储于存储器中，该电池组的各电池的电压与内阻的特性数据分别用以绘出相对于时间的特性曲线，并将各个别电池的特性座标以等间距方式逐一绘出，成为一特性曲线比较图，通过该特性曲线比较图中个别特性曲线充电与放电部分间距较大，或与相邻特性曲线比较间距明显变化来判知电池组的个别电池特性。

2.如权利要求1所述的电池组特性测试方法，其中该多回路电压测试器包括一微电脑主机并连接一A/D转换器及一解码器，其特征在于，该A/D转换器的输入端连接于多组继电器，各继电器均各并接一电容，且各分别引出一组电压测试线用以连接待测电池的正负极端，该解码器系由微电脑控制，用以逐一地使各继电器动作，分别将各电容上的电压值输入该A/D转换器，再转换为数字数据存储于微电脑主机内。

3.如权利要求2所述的电池组特性测试方法，其特征在于，其中该A/D转换器另连接一模拟开关，以便输入电池组测试的电流值。

4.如权利要求1所述的电池组特性测试方法，其特征在于，其中该电池阻的各电池各并联一电容，再由该电容上量取电池的端电压。

5.如权利要求1所述的电池组特性测试方法，其特征在于，其中将该各电池组中的个别电压平均值分别与全部电池组电压的总平均值相比较，从而得出个别电池的误差百分比。

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