CN104297697A

CN104297697A - 一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统

Info

Publication number: CN104297697A
Application number: CN201410643923.9A
Authority: CN
Inventors: 王凯; 郑伟彦; 袁喆; 何卫斌
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Hangzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Hangzhou Power Supply Co of State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd
Priority date: 2014-11-11
Filing date: 2014-11-11
Publication date: 2015-01-21

Abstract

本发明公开了一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，包括配网电源模块和蓄电池组，所述蓄电池组包括多个相同参数串联的蓄电池，所述配网电源模块包括：第一电压转换模块、第一输出端、第二电压转换模块、第二输出端、蓄电池充电管理模块、蓄电池放电管理模块、集中监控模块、蓄电池检测模块。其中，第一输出端与蓄电池组连接，用于接收所述蓄电池组输出的电压或输出第一电压至蓄电池组。其中，所述集中监控模块根据蓄电池检测模块的检测数据计算蓄电池的内阻值。本发明所提供的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统能够实现蓄电池内阻在线检测，进一步提高了配网电源系统的安全性。

Description

一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统

技术领域

本发明涉及配网电源系统技术领域，特别是涉及一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统。

背景技术

配网电源系统的供电对象既有二次设备也有一次设备，通常情况下输出电压对于二次设备一般为24V。配网电源模块是配网电源系统的核心部件，能够对输入端输入的电压进行转换，从而为供电对象提供合适的电压。由于配网电源系统要求在交流电消失后须工作一段时间，因此要求配网电源系统具有不间断供电的功能，这就要求配网电源系统配备储能元件，如蓄电池。蓄电池作为配网电源系统的重要组成部分，其储能量决定了配网电源系统交流失电后的工作时间长短。

在具体实施中，将蓄电池与配网电源模块连接，当配网电源模块的主输入端交流失电后，通过蓄电池为配网电源模块提供电能。因此蓄电池的性能对于配网电源系统的影响较大，而蓄电池的性能又受蓄电池内阻的影响。蓄电池内阻越大，蓄电池自身消耗的能量越多，蓄电池的使用效率就越低。此外，蓄电池内阻很大的蓄电池在充电时产生的热量较多，当热量无法及时散发时，会进一步引发蓄电池的热失控，将在蓄电池的内部产生很大的压强，一旦压强超过电池的最大承受能力，将导致蓄电池发生爆炸，后果将十分严重。

现有的蓄电池内阻检测系统，只能将蓄电池断电，并脱离配网电源模块再进行测量，需要耗费较多的时间以及成本。在脱离配网电源模块的情况下，如果配网电源模块的主输入端交流失电，则配网电源模块将无电能输出，无法满足向负荷提供不间断的供电。另外，由于蓄电池内阻会随着蓄电池充电、放电、工作时间以及工作环境发生较大的变化，而现有的蓄电池内阻检测系统无法随时检测蓄电池内阻。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，用于对蓄电池的内阻值进行在线监测。

为解决上述技术问题，本发明提供一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，包括配网电源模块和蓄电池组，所述蓄电池组包括多个相同参数串联的蓄电池，所述配网电源模块包括：与单相交流输出端连接的第一电压转换模块，用于将所述单相交流输出端输出的电压转换为第一电压，并输出至所述配网电源模块的第一输出端；

与所述第一电压转换模块连接的第二电压转换模块，用于将所述第一电压转换为第二电压，并输出至所述配网电源模块的第二输出端；

与所述蓄电池组连接的蓄电池充电管理模块和蓄电池放电管理模块，用于管理所述蓄电池组的充电和放电；

与所述第一电压模块连接的集中监控模块，用于在单相交流输出端交流失电时控制所述蓄电池放电管理模块管理所述蓄电池组放电，否则控制所述蓄电池充电管理模块管理所述蓄电池组充电；

连接于所述集中监控模块和蓄电池之间的蓄电池检测模块，用于在接收到所述集中监控模块的检测指令后对所述蓄电池进行检测，并将检测数据传输至所述集中监控模块；

所述第一输出端与所述蓄电池组连接，用于在所述蓄电池组放电的情况下，接收所述蓄电池组输出的电压，并输出至所述第二电压转换模块；在所述蓄电池组充电的情况下，输出所述第一电压至所述蓄电池组；

其中，所述集中监控模块根据所述检测数据计算所述蓄电池的内阻值；所述蓄电池组的输出电压为所述第一电压。

优选的，所述蓄电池检测模块包括：

与所述蓄电池并联的第一检测电路和与所述蓄电池并联的第二检测电路；

所述第一检测电路包括：第一电阻和第一开关，所述第一电阻和所述第一开关串联；

用于在接收到所述检测指令的情况下，闭合所述第一开关，将所述第一电阻的电压U₁和电流I₁反馈至所述集中监控模块并断开所述第一开关；

所述第二检测电路包括：第二电阻和第二开关，所述第二电阻和所述第二开关串联；

用于在所述第一检测电路将所述第一电阻的电压U₁和电流I₁反馈至所述集中监控模块的情况下，闭合所述第二开关，将所述第二电阻的电压U₂和电流I₂反馈至所述集中监控模块并断开所述第二开关；

所述集中监控模块依据计算公式计算所述蓄电池的内阻R_b；

其中，计算公式为：n为蓄电池组包含的蓄电池的数目。

优选的，还包括与所述集中监控模块通讯的上位机，用于向所述集中监控模块发送检测指令或获取所述集中监控模块计算的所述蓄电池的内阻值。

优选的，所述第一电压转换模块包括：

与单相交流输出端连接的电磁兼容电路，用于获取单相交流输出端输出的信号，并对所述信号进行电磁隔离保护；

与所述电磁兼容电路连接的功率因数校正电路，用于提高所述配网电源模块的功率因数；

与所述功率因数校正电路连接的电压转换电路，用于将所述功率因数校正电路输出的电压转换为所述第一电压。

优选的，所述第二电压转换模块为：

直流-直流转换电路。

优选的，所述蓄电池检测模块通过电缆与所述蓄电池连接。

优选的，所述单相交流输出端输出的电压为220V。

优选的，所述第二电压为24V。

优选的，所述第一电压为48V。

优选的，所述蓄电池组包括4个蓄电池，每个蓄电池的电压为12V，所述蓄电池检测模块为4个。

本发明所提供的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，通过将蓄电池检测模块连接于所述集中监控模块和蓄电池之间，当集中监控模块向蓄电池检测模块发送检测指令时，蓄电池检测模块就依据检测指令对蓄电池进行检测，并将检测数据传输至集中监控模块，从而实现蓄电池内阻在线检测，进一步提高了配网电源系统的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统的结构图；

图2为本发明提供的一种蓄电池检测模块的电路图；

图3为本发明提供的另一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统的结构图；

图4为本发明提供的另一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图1为本发明提供的一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统的结构图。配网电源系统包括：配网电源模块1和蓄电池组2，所述蓄电池组2包括多个相同参数串联的蓄电池20，所述配网电源模块1包括：

与单相交流输出端连接的第一电压转换模块10，用于将所述单相交流输出端输出的电压转换为第一电压，并输出至所述配网电源模块1的第一输出端11；

配网电源模块1是配网电源系统的核心部件，能够对输入端输入的电压进行转换。将单相交流输出端与所述第一电压转换模块10连接，所述第一电压转换模块10将所述单相交流输出端输出的电压转换为第一电压，并输出至所述配网电源模块的第一输出端11，从而起到电压转换的作用。在具体实施中，所述第一输出端11还可以连接所需电压为第一电压的负载。

与所述第一电压转换模块10连接的第二电压转换模块12，用于将所述第一电压转换为第二电压，并输出至所述配网电源模块1的第二输出端13；

在具体实施中，所述配网电源模块的第二输出端13与供电对象连接，所述第二电压转换模块12将所述第一电压模块10输出的电压转换为所述供电对象所需的电压，即转换为第二电压。

与所述蓄电池组2连接的蓄电池充电管理模块14和蓄电池放电管理模块15，用于管理所述蓄电池组2的充电和放电；

蓄电池充电管理模块14与蓄电池组2连接，当蓄电池组2充电时，蓄电池充电管理模块14用于管理蓄电池组2的充电，例如，启动蓄电池组2充电模式、获取蓄电池组2的当前电量以及在蓄电池组2需要放电或者蓄电池组2处于饱和状态的情况下停止蓄电池组2充电。

蓄电池放电管理模块15与蓄电池组2连接，当蓄电池组2放电时，蓄电池放电管理模块15用于管理蓄电池组2的放电，例如，启动蓄电池组2的放电模式、获取蓄电池组2的当前电量以及在蓄电池组2处于耗尽状态时或单相交流输出端正常供电的情况下停止蓄电池组2放电。

与所述第一电压模块10连接的集中监控模块16，用于在单相交流输出端交流失电时控制所述蓄电池放电管理模块15管理所述蓄电池组2放电，否则控制所述蓄电池充电管理模块14管理所述蓄电池组2充电；

集中监控模块16对配网电源模块1进行实时监测和控制，通过第一电压模块10的状态判断单相交流输出端是否正常工作，当单相交流输出端交流失电时，控制蓄电池放电管理模块15管理蓄电池组2放电，以便为第二电压转换模块12提供第一电压；当单相交流输出端正常工作时，控制蓄电池充电管理模块14管理蓄电池组2充电，以便蓄电池组2储存电能。

连接于所述集中监控模块16和蓄电池20之间的蓄电池检测模块17，用于在接收到所述集中监控模块16的检测指令后对所述蓄电池20进行检测，并将检测数据传输至所述集中监控模块16；

蓄电池检测模块17与集中监控模块16连接，在接收到集中监控模块16的检测指令后，对与其连接的蓄电池20进行检测，并将检测数据传输至集中监控模块16，以便集中监控模块16进行计算。

所述第一输出端11与所述蓄电池组2连接，用于在所述蓄电池组2放电的情况下，接收所述蓄电池组2输出的电压，并输出至所述第二电压转换模块12；在所述蓄电池组2充电的情况下，输出所述第一电压至所述蓄电池组2；

蓄电池组2在蓄电池放电管理模块15的管理的情况下，通过第一输出端11为第二电压转换模块12提供第一电压；蓄电池组2在蓄电池充电管理模块14的管理的情况下，通过第一输出端11获得第一电压。

其中，所述集中监控模块16根据所述检测数据计算所述蓄电池20的内阻值；所述蓄电池组2的输出电压为所述第一电压。

本实施例提供的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统通过集中监控模块16的检测指令能够在线监测蓄电池的内阻值，且不影响配网电源系统的正常工作。

需要说明的是，本实施例对蓄电池检测模块与蓄电池的连接方式没有严格规定，作为一种优选的实施方式，所述蓄电池检测模块通过电缆与所述蓄电池连接。值得注意的是，通过电缆连接只是一种优选方案，并不代表只有这一种方案，在具体实施中，还可以根据实际情况选择其他的连接方式，只要能够实现本方案的技术即可。此外，所述单相交流输出端输出的电压为220V。

实施例二

图2为本发明提供的一种蓄电池检测模块的电路图。蓄电池检测模块17包括：

与所述蓄电池20并联的第一检测电路170和与所述蓄电池20并联的第二检测电路22；

所述第一检测电路170包括：第一电阻R₁和第一开关S₁，所述第一电阻R₁和所述第一开关S₁串联；

用于在接收到所述检测指令的情况下，闭合所述第一开关S1，将所述第一电阻的电压U₁和电流I₁反馈至所述集中监控模块16并断开所述第一开关S₁；

将第一检测电路170与蓄电池20并联，在未接受到检测指令的情况下，第一开关S₁为断开状态；在接收到检测指令的情况下，闭合第一开关S₁，此时，通过第一电阻的电压为U₁，电流为I₁。当第一检测电路170将第一电阻的电压U₁和电流为I₁反馈至集中监控模块16，同时断开第一开关S₁。

所述第二检测电路171包括：第二电阻R₂和第二开关S₂，所述第二电阻R₂和所述第二开关S₂串联；

用于在所述第一检测电路将所述第一电阻的电压U₁和电流I₁反馈至所述集中监控模块16的情况下，闭合所述第二开关S₂，将所述第二电阻的电压U₂和电流I₂反馈至所述集中监控模块16并断开所述第二开关S₂；

将第二检测电路171与蓄电池20并联，在未接受到检测指令的情况下，第二开关S₂为断开状态；在第一检测电路170将第一电阻R₁的电压U₁和电流I₁反馈至所述集中监控模块16的情况下，闭合第二开关S₂，此时，通过第二电阻的电压为U₂，电流为I₂。当第二检测电路171将第二电阻的电压U₂和电流为I₂反馈至集中监控模块16时，同时断开第二开关S₂。

所述集中监控模块16依据计算公式计算所述蓄电池20的内阻R_b；

其中，计算公式为：n为蓄电池组2包含的蓄电池20的数目。

本发明采用二次放电法，二次放电的情况下，蓄电池组2主回路电流分别为I_E1和I_E2；蓄电池20的内阻R_b两端的电压为U_b。

第一次放电的情况下，即第一开关S₁闭合，有关系式：

U_b-U₁＝(I₁-I_E1)R_b

U₁＝E-I_E1R

第二次放电的情况下，即第二开关S₂闭合，有关系式：

U_b-ΔU_b-U₂＝(I₂-I_E2)R_b

U₂＝E-I_E2R

其中，R为其它n-1节蓄电池20的内阻；ΔU_b为二次放电导致蓄电池能量损耗造成的电压变化值(由于瞬间放电，蓄电池能量损耗造成的电压变化值可以忽略)；E为配网电源模块的总电动势。

综合上述关系式，可得：

{ΔU}_{b} + U_{2} - U_{1} = (I_{1} - I_{2}) R_{b} + \frac{(U_{1} - U_{2}) R_{b}}{R}

令R＝(n-1)R_b，则

{ΔU}_{b} + (U_{2} - U_{1}) + \frac{(U_{2} - U_{1}) R_{b}}{(n - 1) R_{b}} = (I_{2} - I_{1}) R_{b},

整理可得：

R_{b} = \frac{n}{n - 1} \cdot \frac{U_{2} - U_{1}}{I_{1} - I_{2}}

本实施例提供的蓄电池检测模块采用二次放电法，可以简单快速计算出每个蓄电池的内阻值，通过计算出的内阻值可以判断当前蓄电池的状态，确定是否需要更换蓄电池。

需要说明的是，本实施例没有规定蓄电池组2中包含的蓄电池20的数目，若蓄电池组2包含的蓄电池20的数目为4，即n＝4，则此外，可以为每个蓄电池20并联一个蓄电池检测模块17。

实施例三

图3为本发明提供的另一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统的结构图。实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统还包括：

与所述集中监控模块16通讯的上位机30，用于向所述集中监控模块16发送检测指令或获取所述集中监控模块16计算的所述蓄电池的内阻值。

当需要获取蓄电池20的内阻值时，上位机30向集中监控模块16发送检测指令，集中监控模块16根据检测数据进行蓄电池内阻值的计算，并将计算结果反馈至上位机30。

本实施例通过上位机可以方便获取蓄电池的内阻值。

需要说明的是，本实施例仅说明了上位机30的一个具体功能，例如，在具体实施中，上位机还可以根据获取到的内阻值和阈值进行比较，一旦超出阈值，则提示，因此能够进一步提高配网电源系统的安全性。

实施例四

图4为本发明提供的另一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统的结构图。在上述实施例的基础上，所述第一电压转换模块10包括：

与单相交流输出端连接的电磁兼容电路100，用于获取单相交流输出端输出的信号，并对所述信号进行电磁隔离保护；

为了防止电磁干扰带来的影响，对相交流输出端输出的信号进行电磁隔离保护，即将电磁兼容电路100与单相交流输出端连接。

与所述电磁兼容电路100连接的功率因数校正电路101，用于提高所述配网电源模块1的功率因数；

为了提高配网电源模块1的功率因数，对电磁兼容电路100输出的信号进行校正，即将功率因数校正电路101与电磁兼容电路100连接。

与所述功率因数校正电路101连接的电压转换电路102，用于将所述功率因数校正电路101输出的电压转换为所述第一电压。

为了向蓄电池组2提供合适的电压，需要将功率因数校正电路101输出的电压转换为第一电压，以便为蓄电池组2充电。

需要说明的是，第一电压没有具体的数值要求，可以为36V，也可以为48V，作为一种优选的实施方式，所述第一电压为48V。

在第一电压为48V的基础上，所述蓄电池组2包括4个蓄电池，每个蓄电池20的电压为12V，所述蓄电池检测模块17为4个。

需要说明的是，第一电压为48V，以及蓄电池组2包括4个蓄电池20，每个蓄电池20的电压为12V，蓄电池检测模块为4个仅是一种优选方案，但并不代表只有这一种方案。

作为一种优选方案，所述第二电压转换模块12为：直流-直流转换电路(DC/DC转换电路)，如图4所示。

在具体实施中，供电对象需要的电压通常为24V，因此，本发明的另一个优选实施方式为：所述第二电压为24V。

以上对本发明所提供的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，包括配网电源模块和蓄电池组，所述蓄电池组包括多个相同参数串联的蓄电池，其特征在于，所述配网电源模块包括：

与单相交流输出端连接的第一电压转换模块，用于将所述单相交流输出端输出的电压转换为第一电压，并输出至所述配网电源模块的第一输出端；

2.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述蓄电池检测模块包括：

所述集中监控模块依据计算公式计算所述蓄电池的内阻R_b；

其中，计算公式为：n为蓄电池组包含的蓄电池的数目。

3.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，还包括与所述集中监控模块通讯的上位机，用于向所述集中监控模块发送检测指令或获取所述集中监控模块计算的所述蓄电池的内阻值。

4.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述第一电压转换模块包括：

5.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述第二电压转换模块为：

直流-直流转换电路。

6.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述蓄电池检测模块通过电缆与所述蓄电池连接。

7.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述单相交流输出端输出的电压为220V。

8.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述第二电压为24V。

9.根据权利要求1所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述第一电压为48V。

10.根据权利要求9所述的实现蓄电池内阻在线检测的配网电源系统，其特征在于，所述蓄电池组包括4个蓄电池，每个蓄电池的电压为12V，所述蓄电池检测模块为4个。