CN105738826B - 蓄电池检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓄电池检测系统及方法，所述检测系统包括电压采样单元、电流采样单元、信号驱动单元、激励发生单元以及微处理单元，其中：所述激励发生单元根据微处理单元的控制信号产生并同时输出多个不同频率的电流激励信号；所述信号驱动单元用于将激励发生单元输出的电流激励信号处理后施加在蓄电池两端；所述电压采样单元，用于采样蓄电池两端的电压值；所述电流采样单元用于采样激励回路中的电流值；所述微处理单元，用于根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池的状态参数。本发明通过在蓄电池两端一次施加多个叠加的不同频率的电流激励信号，可获得影响蓄电池状态的多个参数，从而更加全面、准确地评估蓄电池的状态。

Description

蓄电池检测系统及方法

技术领域

本发明涉及蓄电池检测领域，更具体地说，涉及一种蓄电池检测系统及方法。

背景技术

目前，电力系统变电站操作电源、通信基站电源、机房UPS，以及储能电站、光伏电站、通讯基站、电动汽车等都大量使用蓄电池作为后备电源系统。这些蓄电池平时不常使用，但一旦需要投入使用时，若电池失效或容量不足，将有可能造成重大事故。所以对处于后备电源状态的蓄电池的状态进行检测就非常重要，通过检测，可发现存在瑕疵的蓄电池并予以更换，从而避免安全隐患以及安全事故，既保证了供电的可靠性，也降低了供电的成本。

蓄电池的内阻是一个比蓄电池电压更能反映蓄电池状态的重要参数，无论是蓄电池即将失效或者容量不足，都能从它的内阻变化中体现出来。因此可以通过测量蓄电池内阻，对其工作状态进行评估。

如图1所示，是蓄电池内阻的一般模型。在进行蓄电池内阻测量时，需在一个测量频率点上来测量蓄电池的欧姆电阻R1、极化电阻R2、电解液中的平板导体电容C以及引线和结构电感L等蓄电池的内部参数，并通过计算获得蓄电池的内阻值。然而，现有的交流注入法和直流放电法都是在一个测量频率点上来测量蓄电池的内部参数，因此只能测量蓄电池在某一个测试频率点的内阻值，不能真实反映出蓄电池的内部参数。

为了解决这个问题，国内外有厂家在交流测量法的基础上，采用改变测量频率的方法来测量不同频率下蓄电池的内阻值，并通过不同频率下的蓄电池内阻值来推算出蓄电池内部的状况。然而这种方式测试时间长，计算复杂，同时由于多次测试对蓄电池的影响，往往造成蓄电池某个参数漂移而导致最终结果依然不能真实反映出蓄电池的内部状况。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对上述蓄电池检测测试时间长、检测结果不够精确的问题，提供一种蓄电池检测系统及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种蓄电池检测系统，所述检测系统包括电压采样单元、电流采样单元、信号驱动单元、激励发生单元以及微处理单元，其中：所述激励发生单元根据微处理单元的控制信号产生并同时输出多个不同频率的电流激励信号；所述信号驱动单元与蓄电池构成激励回路，并用于将激励发生单元输出的电流激励信号处理后施加在蓄电池两端；所述电压采样单元，用于采样蓄电池两端分别对应不同电流激励信号的多个电压值；所述电流采样单元用于采样激励回路中分别对应不同电流激励信号的多个电流值；所述微处理单元，用于根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池的状态参数；所述激励发生单元包括多个并联连接的振荡器，且该多个振荡器的输出端同时连接到激励发生单元的输出端口。

在本发明所述的蓄电池检测系统中，所述微处理单元包括傅里叶变换子单元、参数计算子单元以及内阻值计算子单元，其中：所述傅里叶变换子单元，用于对采样的电压值通过傅里叶变换分离出不同频率下的电压相位角；所述参数计算子单元，用于根据至少两个电流激励信号及对应的采样电压值、电压相位角和采样电流值计算获得蓄电池的欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感；所述内阻值计算子单元，用于根据欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。

在本发明所述的蓄电池检测系统中，所述信号驱动单元包括用于将输入信号做放大处理的功率放大电路。

在本发明所述的蓄电池检测系统中，所述电压采样单元和电流采样单元分别包括模数转换电路。

本发明还提供一种蓄电池检测方法，包括以下步骤：

(a)生成多个不同频率的电流激励信号，并将该多个不同频率的电流激励信号处理后同时施加在蓄电池两端；

(b)采样蓄电池两端分别对应不同电流激励信号的多个电压值，同时采样激励回路中分别对应不同电流激励信号的多个电流值；

(c)根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池的状态参数；

所述步骤(a)中，通过多个并联连接的振荡器生成多个不同频率的电流激励信号。

在本发明所述的蓄电池检测方法中，所述步骤(c)包括：

(c1)对采样的电压值通过傅里叶变换分离出不同频率下的电压相位角；

(c2)根据至少两个电流激励信号及对应的采样电压值、电压相位角和采样电流值计算获得蓄电池的欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感；

(c3)根据欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。

本发明的蓄电池检测系统及方法，通过在蓄电池两端一次施加多个叠加的不同频率的电流激励信号，可获得影响蓄电池状态的多个参数，从而更加全面、准确地评估蓄电池的状态。

与采用多个频率分别测试内阻值不同，本发明不仅保留了不同频率下的幅值变化，还增加了不同频率下的相位变化，可以更加准确、快捷地计算出蓄电池欧姆电阻、极化电阻、电感、电容等参数，更加准确地反映蓄电池的状态。

附图说明

图1是蓄电池的内阻模型的示意图。

图2是本发明蓄电池检测系统实施例的示意图。

图3是本发明蓄电池检测方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，是本发明蓄电池检测系统实施例的示意图，其可用于蓄电池参数检测，从而获知蓄电池的性能状态。本实施例中的蓄电池检测系统包括电压采样单元13、电流采样单元15、信号驱动单元12、激励发生单元14以及微处理单元11，其中激励发生单元14的输入端连接到微处理单元11、输出端连接到信号驱动单元12的输入端；信号驱动单元12的两个输出端分别连接到蓄电池20的两端，组成激励回路；电压采样单元13的两个输入端分别连接到蓄电池20的两端、输出端连接到微处理单元11；电流采样单元15的输入端具有一个感应线圈且输出端连接到微处理单元11。上述电压采样单元13、电流采样单元15、信号驱动单元12、激励发生单元14可由现有的电子元件连接形成，而微处理单元11则可由运行有软件的集成电路芯片构成。

上述激励发生单元14可根据微处理单元11的控制信号产生多个不同频率的电流激励信号，并将该多个电流激励信号同时输出。信号驱动单元12用于将激励发生单元14输出的电流激励信号处理后施加在蓄电池20两端。电压采样单元13用于采样蓄电池20两端分别对应不同电流激励信号的多个电压值，特别地，电压采样单元13将采样的模拟电压信号做模数转换后输出到微处理单元11。电流采样单元15用于采样激励回路中分别对应不同电流激励信号的多个电流值，特别地，电流采样单元15将采样的模拟电流信号做模数转换后输出到微处理单元11。

上述激励发生单元14输出的电流激励信号不是单一频率的交流信号，而是一个叠加多个频率的复合信号。在具体实现时，激励发生单元14可包括多个并联连接的振荡器(或震荡电路)，且该多个振荡器的输出端同时连接到激励发生单元14的输出端口。

特别地，为保证精确性，信号驱动单元12包括用于将输入信号做放大处理的功率放大电路，即电流激励信号经放大处理后施加到蓄电池20的两端。电压采样单元13和电流采样单元15分别包括模数转换电路。

微处理单元11用于根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池状态参数，例如蓄电池的内阻值、蓄电池的欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感等。

具体地，上述微处理单元11包括傅里叶变换子单元、参数计算子单元以及内阻值计算子单元，其中：傅里叶变换子单元用于对采样的电压值通过傅里叶变换分离出不同频率下的电压相位角；参数计算子单元用于根据至少两个电流激励信号及对应的采样电压值、电压相位角和采样电流值计算获得蓄电池的欧姆电阻R1、极化电阻R2、电解液中的平板导体电容C和引线及结构电感L；内阻值计算子单元用于根据欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。

根据物理学常识，电解液中的平板导体电容C、引线及结构电感L的阻抗分别为：

R_L＝2πfLi

因此整个蓄电池20的阻抗R_Z为：

在进行蓄电池检测使，微处理单元11先控制激励发生单元14产生频率分别为f1和f2的电流激励信号，并通过信号驱动单元12将激励电流施加在蓄电池20的两端。傅里叶变换子单元将电压采样单元13采样获得的电压值，通过傅里叶变换，求得频率为f₁和f₂分量的电压信号分别为U₁(相位角为θ1)和U₂(相位角为θ2)，对应的采样电流信号分别I₁、I₂。微处理单元11的参数计算子单元根据蓄电池内阻公式可以得到：

参数计算子单元通过求解上面4个方程组，即可得到得蓄电池的欧姆电阻R1、极化电阻R2、电解液中的平板导体电容C和引线及结构电感L这4个未知量。具体地，将式(1)-式(3)可得：

式(2)-式(4)可得：

为了简化计算，可令：

R₂×(2πf₁C)＝R_C

f₂＝n×f₁

则式(5)和式(6)可变换为：

b*(7)-a*(8)得：

化简得:

令：Δ＝b²(n+1)²+4na²

则：

由于R_C＞0可得到R_C的唯一解，代入式(7)得：

代入式(1)得：

在获得欧姆电阻R1、极化电阻R2、电解液中的平板导体电容C和引线及结构电感L后，内阻值计算子单元即可根据蓄电池阻抗R_Z公式计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。

如图3所示，本发明还提供一种蓄电池检测方法，包括以下步骤：

步骤S31：生成多个不同频率的电流激励信号，并将该多个不同频率的电流激励信号处理后同时施加在蓄电池两端。

在该步骤中，可通过多个并联连接的振荡器分别生成多个不同频率的电流激励信号。

步骤S32：采样蓄电池两端分别对应不同电流激励信号的多个电压值，同时采样激励回路中分别对应不同电流激励信号的多个电流值。

步骤S33：根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池的状态参数。

在该步骤中，首先对采样的电压值通过傅里叶变换分离出不同频率下的电压相位角；然后根据至少两个电流激励信号及对应的采样电压值、电压相位角和采样电流值计算获得蓄电池的欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感；最后根据欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。

上述蓄电池检测系统及方法，通过在蓄电池两端一次施加多个叠加的不同频率的电流激励信号，可获得影响蓄电池状态的多个参数，从而更加全面、准确地评估蓄电池的状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种蓄电池检测系统，其特征在于：所述检测系统包括电压采样单元、电流采样单元、信号驱动单元、激励发生单元以及微处理单元，其中：所述激励发生单元根据微处理单元的控制信号产生并同时输出多个不同频率的电流激励信号；所述信号驱动单元与蓄电池构成激励回路，并用于将激励发生单元输出的电流激励信号处理后施加在蓄电池两端；所述电压采样单元，用于采样蓄电池两端分别对应不同电流激励信号的多个电压值；所述电流采样单元用于采样激励回路中分别对应不同电流激励信号的多个电流值；所述微处理单元，用于根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池的状态参数；所述激励发生单元包括多个并联连接的振荡器，且该多个振荡器的输出端同时连接到激励发生单元的输出端口。

2.根据权利要求1所述的蓄电池检测系统，其特征在于：所述微处理单元包括傅里叶变换子单元、参数计算子单元以及内阻值计算子单元，其中：所述傅里叶变换子单元，用于对采样的电压值通过傅里叶变换分离出不同频率下的电压相位角；所述参数计算子单元，用于根据至少两个电流激励信号及对应的采样电压值、电压相位角和采样电流值计算获得蓄电池的欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感；所述内阻值计算子单元，用于根据欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。

3.根据权利要求1所述的蓄电池检测系统，其特征在于：所述信号驱动单元包括用于将输入信号做放大处理的功率放大电路。

4.根据权利要求1所述的蓄电池检测系统，其特征在于：所述电压采样单元和电流采样单元分别包括模数转换电路。

5.一种蓄电池检测方法，其特征在于：包括以下步骤：

(a)生成多个不同频率的电流激励信号，并将该多个不同频率的电流激励信号处理后同时施加在蓄电池两端；

(b)采样蓄电池两端分别对应不同电流激励信号的多个电压值，同时采样激励回路中分别对应不同电流激励信号的多个电流值；

(c)根据采样的多个电压值和多个电流值生成蓄电池的状态参数；

所述步骤(a)中，通过多个并联连接的振荡器生成多个不同频率的电流激励信号。

6.根据权利要求5所述的蓄电池检测方法，其特征在于：所述步骤(c)包括：

(c1)对采样的电压值通过傅里叶变换分离出不同频率下的电压相位角；

(c2)根据至少两个电流激励信号及对应的采样电压值、电压相位角和采样电流值计算获得蓄电池的欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感；

(c3)根据欧姆电阻、极化电阻、电解液中的平板导体电容和引线及结构电感计算不同电流激励信号下蓄电池的内阻值。