CN106646249A - 变电站蓄电池组核容用智能电阻箱及其采用的核容方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，用于连接变电站内的蓄电池组并对其进行核容测试，其包括能够与蓄电池组相串联而构成核容回路且接入阻值可调的可变电阻箱、在核容过程中检测核容回路中的电流值的电流检测单元、与电流检测单元和可变电阻箱相连接且能够在核容过程中根据核容回路中的电流值控制调整可变电阻箱的接入阻值并记录核容过程中各项参数而计算蓄电池组容量的控制器以及电源模块，电源模块分别与控制器、电流检测单元、可变电阻箱相连接并供电。本发明能够自动化地调节核容回路中的接入阻值而对蓄电池组进行自动核容测试，测试全程人工参与度低，且电阻调节精确，使得测试结果也更加精确可靠。

Description

变电站蓄电池组核容用智能电阻箱及其采用的核容方法

技术领域

本发明涉及一种属于电气设备领域，具体涉及一种用于对变电站蓄电池组进行自动核容测试的智能电阻箱。

背景技术

蓄电池组作为变电站备用电源在系统中起着极其重要的作用，在交流电失电或其他事故状态下，蓄电池组是负荷的唯一能源供给者，一旦出现问题，供电系统将面临瘫痪，造成设备停运及其他重大运行事故。蓄电池组正常处于浮充电状态，长期浮充电将造成极板硫化、失水等，导致性能下降。蓄电池核容试验是判断蓄电池性能最准确、最权威的方法。运行规程规定：运行超过5年的直流蓄电池组需要每年进行一次核容放电测试，不满5年的直流蓄电池组需要每2年进行一次核容放电测试。

目前，针对蓄电池核容放电测试的设备方案主要有基于纯电阻放电技术和基于电力电子技术的电子负载放电技术。现场应用结果表明，基于电力电子技术的电子负载放电技术方案虽具有人工参与度低，劳动强度低的优点，但是由于高频开关电子负载在放电过程中会产生谐波和尖峰，无法实现严格意义上的恒定直流放电；而传统的基于纯电阻放电技术则需要人工不断调节回路电阻值才能维持恒定直流放电，人工参与度高，控制精度较差，但其最大的优点就是放电过程中不存在谐波和电流尖峰，理论上的数据更可靠。

发明内容

本发明的目的是提供一种人工参与度低、数据可靠且精度高的用于对蓄电池组进行核容测试的智能电阻箱。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，用于连接变电站内的蓄电池组并对其进行核容测试，所述变电站蓄电池组核容用智能电阻箱包括能够与所述蓄电池组相串联而构成核容回路且接入阻值可调的可变电阻箱、在核容过程中检测所述核容回路中的电流值的电流检测单元、与所述电流检测单元和所述可变电阻箱相连接且能够在核容过程中根据所述核容回路中的电流值控制调整所述可变电阻箱的接入阻值并记录核容过程中各项参数而计算所述蓄电池组容量的控制器以及电源模块，所述电源模块分别与所述控制器、所述电流检测单元、所述可变电阻箱相连接并供电。

优选的，所述可变电阻箱包括若干个串联的电阻单元；每个电阻单元包括两条并接的支路、与所述控制器相连接并在所述控制器输出的控制信号的控制下选择接入任一条所述支路的可控开关，一条所述支路中连接有电阻，另一条所述支路中包括导线。

优选的，所述电阻单元分为两组，一组所述电阻单元中采用阻值为整数且各不相同的电阻，另一组所述电阻单元中采用阻值为小于1的小数且各不相同的电阻。

优选的，所述可控开关采用继电器。

优选的，每个所述电阻单元还包括与所述可控开关相连接并将所述控制器输出的控制信号放大的控制电路。

优选的，所述控制电路包括三极管Q1和二极管D1，所述三极管Q1的基极与所述控制器相连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述电源模块一路接至所述可控开关的正极，一路经所述二极管D1接入所述可控开关的负极，所述三极管Q1的集电极与所述可控开关的负极相连接。

优选的，所述电流检测单元包括串联于所述核容回路中的电流传感器、连接于所述电流传感器与所述控制器之间并与所述电流传感器配合的输出电路。

优选的，所述输出电路包括二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2；

所述电源模块与所述电流传感器的电源端相连接，所述电流传感器的电源端与地之间连接所述电容C1，所述电阻R1和所述二极管D2串联并连接在所述电流传感器的第一个输出端与所述控制器之间，所述电流传感器的第二个输出端经所述电容C2接地，所述电流传感器的第三个输出端接地，所述电阻R1和所述二极管D2的共同端经所述电阻R2接地，所述二极管D2与所述控制器的共同端经所述电容C3接地。

优选的，所述控制器包括单片机及其外围电路。

一种上述变电站蓄电池组核容用智能电阻箱采用的核容方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述蓄电池与所述变电站蓄电池组核容用智能电阻箱连接而构成所述核容回路；所述控制器控制所述可变电阻箱调节其接入阻值为最大值，所述电流检测单元测量所述核容回路的电流值，所述控制器根据所述可变电阻箱的接入阻值和所述核容回路中的电流值计算所述蓄电池组的端电压；

步骤二：所述控制器根据所述蓄电池组当前的端电压和核容测试所需的测试电流计算所述可变电阻箱当前所需的接入阻值；

步骤三：所述控制器控制所述可变电阻箱调节其接入阻值为计算出的当前所需的接入阻值，开始核容测试，所述控制器记录所述蓄电池组的核容开始时刻，所述电流检测单元实时检测所述核容回路中的实际电流值，当所述核容回路中的实际电流值超出所述核容测试所需的测试电流的允许误差范围时，所述控制器重新根据此时所述核容回路中的实际电流值和所述可变电阻箱的接入阻值计算所述蓄电池组当前的端电压；若计算出的所述蓄电池组当前的端电压降低至所述蓄电池组的放电电压下限，则核容测试结束，所述控制器记录所述蓄电池组的核容结束时刻并进行步骤四，若计算出的所述蓄电池组当前的端电压未降低至所述蓄电池组的放电电压下限，则返回步骤二；

步骤四：所述控制器根据所述蓄电池组的核容开始时刻和核容结束时刻计算所述蓄电池组的累计放电时间，并根据所述蓄电池组的累计放电时间和所述核容回路中的实际电流值计算所述蓄电池组的容量。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明能够自动化地调节核容回路中的接入阻值而对蓄电池组进行自动核容测试，测试全程人工参与度低，且电阻调节精确，使得测试结果也更加精确可靠。

附图说明

附图1为本发明的智能电阻箱的拓扑结构图。

附图2为本发明的智能电阻箱中可变电阻箱的电路图。

附图3为本发明的智能电阻箱中控制电路的电路图。

附图4为本发明的智能电阻箱中电流检测模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：

参见附图1所示，一种变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，它能够与变电站内的蓄电池组相连接。它包括接入阻值可调的可变电阻箱、电流检测模块、控制器以及电源模块。控制器分别与电流检测模块和可变电阻箱相连接。电源模块分别与控制器、电流检测模块、可变电阻箱相连接并供电。

控制器包括单片机及其外围电路。变电站直流电源系统电压等级一般为直流110V或直流220V，通常是由9节或18节蓄电池串联组成，为了测量每节蓄电池的电压及核容回路放电电流等参数，主控制器至少需要10或19个ADC采样接口。本实施例中，单片机选用意法半导体公司的STM32F103ZET6单片机。STM32F103ZET6单片机是基于ARM Cortex内核开发的，集成了32位数字信号处理核，芯片外围支持21路16位ADC采样通道，采样频率最高可达6MHz，同时片上集成了512K’B的Flash以及高达64K’B的SRAM，具有112路的可编程I/O。

在进行核容测试时，蓄电池组与可变电阻箱相串联而构成核容回路。如附图2所示，可变电阻箱包括若干个串联的电阻单元，每个电阻单元包括两条并接的支路、与控制器相连接并在控制器输出的控制信号的控制下选择接入任一条支路的可控开关K’；一条支路中连接有电阻，另一条支路中包括导线。其中，可控开关K’采用单刀双掷的继电器，本实施例中选择施耐德公司的RXM2AB2BD 12A直流中间继电器，用于实现电阻的投切。控制器通过对可控开关K’的开闭进行控制而实现将不同的电阻接入核容回路中，并实现对接入阻值的调节。通常，可变电阻箱中的各个电阻单元分为两组，一组电阻单元中采用阻值为整数且各不相同的电阻，另一组电阻单元中采用阻值为小于1的小数且各不相同的电阻。本实施例中，阻值为整数的电阻分别为1Ω、2Ω、4Ω、8Ω及10Ω的电阻，使得可变电阻箱所接入电阻的整数部分在0~25Ω的范围变换；而阻值为小数的电阻分别为0.1Ω、0.2Ω、0.4Ω、0.8Ω的电阻，使得可变电阻箱所接入电阻的小数部分在0.0~0.9Ω的范围变换。两组电阻单元串联，则可以实现可变电阻箱的接入阻值在0.0~25.9Ω之间变换。考虑到单片机I/O一般输出电流很小，无法驱动大电流继电器，设计了与每个可控开关K’相连接的基于三极管的单片机继电器控制电路，来将控制器输出的控制信号放大。如附图3所示，控制电路包括三极管Q1和二极管D1，三极管Q1的基极与控制器相连接，三极管Q1的发射极接地，电源模块一路接至控制开关K’的正极，一路经二极管D1接入控制开关K’的负极，三极管Q1的集电极与控制开关K’的负极相连接。

如附图4所示，电流检测模块包括串联于核容回路中的电流传感器U1、连接于电流传感器U1与控制器之间并与电流传感器配合的输出电路。电流传感器采用ACS712线性电流传感器芯片，该芯片内置有精确的低偏置线性霍尔传感器电路，能够输出与检测的直流信号呈线性的电压信号，具有噪声低、反应时间快、高输出灵敏度等特点，其输入电流范围为±5A~±20A，可以通过V_IN和V_OUT两端口直接串联在10A的电流放电回路中，实现电流实时监测。输出电路包括二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2。电源模块与电流传感器U1的电源端相连接，电流传感器U1的电源端与地之间连接电容C1，电阻R1和二极管D2串联并连接在电流传感器U1的第一个输出端与控制器之间，电流传感器U1的第二个输出端经电容C2接地，电流传感器U1的第三个输出端接地，电阻R1和二极管D2的共同端经电阻R2接地，二极管D2的负极形成IO_OUT接口而与控制器通讯，二极管D2与控制器的共同端经电容C3接地。

上述核容单元中，可变电阻箱用于调节接入核容回路的电阻值，电流检测模块用于检测核容回路中的电流值，控制器则用于在核容过程中根据核容回路中的电流值控制调整可变电阻箱的接入阻值、记录核容过程中各项参数而计算蓄电池组容量。

上述变电站蓄电池组核容用智能电阻箱采用的核容方法，包括以下步骤：

步骤一：将蓄电池与变电站蓄电池组核容用智能电阻箱连接而构成核容回路。控制器控制可变电阻箱调节其接入阻值为最大值R₀，电流检测单元测量核容回路的电流值I₀，控制器根据可变电阻箱的接入阻值R₀和核容回路中的电流值I₀计算蓄电池组的端电压U₀= I₀R₀。

步骤二：控制器根据蓄电池组当前的端电压U_t和核容测试所需的测试电流值10A计算可变电阻箱当前所需的接入阻值R_t，R_t=U_t/10。在首次调整可变电阻箱的接入阻值时，U_t=U₀。

步骤三：控制器控制可变电阻箱调节其接入阻值为计算出的当前所需的接入阻值R_t，开始核容测试，控制器记录蓄电池组的核容开始时刻，电流检测单元实时检测核容回路中的实际电流值I_t，当核容回路中的实际电流值I_t超出核容测试所需的测试电流10A的允许误差范围时，控制器重新根据此时核容回路中的实际电流值I_t和可变电阻箱的接入阻值R_t计算蓄电池组当前的端电压U_t’；若计算出的蓄电池组当前的端电压U_t’降低至蓄电池组的放电电压下限U_N，则核容测试结束，控制器记录蓄电池组的核容结束时刻并进行步骤四，若计算出的蓄电池组当前的端电压U_t’未降低至蓄电池组的放电电压下限U_N，则返回步骤二，此时，用于计算可变电阻箱当前所需的接入阻值R_t采用的蓄电池组当前的端电压U_t=U_t’，

步骤四：控制器根据蓄电池组的核容开始时刻和核容结束时刻计算蓄电池组的累计放电时间，并根据蓄电池组的累计放电时间和核容回路中的实际电流值计算蓄电池组的容量。上述蓄电池组需要在累计10小时内放电完毕。

以上在执行步骤二中计算可变电阻箱当前所需的接入阻值R_t时，若计算出的接入阻值不能由可变电阻箱中的电阻实际串接得到，则需要对计算出的接入阻值进行整定，将其整定为能够由可变电阻箱中的电阻实际串接得到的值。具体整定方法为：对于小数点后两位的阻值的整定，采用四舍五入的处理方式，将其整定为小数点后具有一位的阻值。例如，理论计算出的可变电阻箱的接入阻值为10.46Ω，则实际采用可变电阻箱接入阻值10.5Ω；当理论计算可变电阻箱的接入阻值为10.43Ω时，则实际接入阻值采用10.4Ω。按上述投切策略可以实现电流值1%的精度，阻值调节范围满足实际工程需求。

上述智能电阻箱还可以设置电压检测模块来检测蓄电池组的端电压以简化计算流程。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，用于连接变电站内的蓄电池组并对其进行核容测试，其特征在于：所述变电站蓄电池组核容用智能电阻箱包括能够与所述蓄电池组相串联而构成核容回路且接入阻值可调的可变电阻箱、在核容过程中检测所述核容回路中的电流值的电流检测单元、与所述电流检测单元和所述可变电阻箱相连接且能够在核容过程中根据所述核容回路中的电流值控制调整所述可变电阻箱的接入阻值并记录核容过程中各项参数而计算所述蓄电池组容量的控制器以及电源模块，所述电源模块分别与所述控制器、所述电流检测单元、所述可变电阻箱相连接并供电。

2.根据权利要求1所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述可变电阻箱包括若干个串联的电阻单元；每个电阻单元包括两条并接的支路、与所述控制器相连接并在所述控制器输出的控制信号的控制下选择接入任一条所述支路的可控开关，一条所述支路中连接有电阻，另一条所述支路中包括导线。

3.根据权利要求2所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述电阻单元分为两组，一组所述电阻单元中采用阻值为整数且各不相同的电阻，另一组所述电阻单元中采用阻值为小于1的小数且各不相同的电阻。

4.根据权利要求2所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述可控开关采用继电器。

5.根据权利要求2或3所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：每个所述电阻单元还包括与所述可控开关相连接并将所述控制器输出的控制信号放大的控制电路。

6.根据权利要求4所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述控制电路包括三极管Q1和二极管D1，所述三极管Q1的基极与所述控制器相连接，所述三极管Q1的发射极接地，所述电源模块一路接至所述可控开关的正极，一路经所述二极管D1接入所述可控开关的负极，所述三极管Q1的集电极与所述可控开关的负极相连接。

7.根据权利要求1所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述电流检测单元包括串联于所述核容回路中的电流传感器、连接于所述电流传感器与所述控制器之间并与所述电流传感器配合的输出电路。

8.根据权利要求7所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述输出电路包括二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2；

所述电源模块与所述电流传感器的电源端相连接，所述电流传感器的电源端与地之间连接所述电容C1，所述电阻R1和所述二极管D2串联并连接在所述电流传感器的第一个输出端与所述控制器之间，所述电流传感器的第二个输出端经所述电容C2接地，所述电流传感器的第三个输出端接地，所述电阻R1和所述二极管D2的共同端经所述电阻R2接地，所述二极管D2与所述控制器的共同端经所述电容C3接地。

9.根据权利要求1所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱，其特征在于：所述控制器包括单片机及其外围电路。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述的变电站蓄电池组核容用智能电阻箱采用的核容方法，其特征在于：所述核容方法包括以下步骤：

步骤一：将所述蓄电池与所述变电站蓄电池组核容用智能电阻箱连接而构成所述核容回路；所述控制器控制所述可变电阻箱调节其接入阻值为最大值，所述电流检测单元测量所述核容回路的电流值，所述控制器根据所述可变电阻箱的接入阻值和所述核容回路中的电流值计算所述蓄电池组的端电压；

步骤二：所述控制器根据所述蓄电池组当前的端电压和核容测试所需的测试电流计算所述可变电阻箱当前所需的接入阻值；

步骤三：所述控制器控制所述可变电阻箱调节其接入阻值为计算出的当前所需的接入阻值，开始核容测试，所述控制器记录所述蓄电池组的核容开始时刻，所述电流检测单元实时检测所述核容回路中的实际电流值，当所述核容回路中的实际电流值超出所述核容测试所需的测试电流的允许误差范围时，所述控制器重新根据此时所述核容回路中的实际电流值和所述可变电阻箱的接入阻值计算所述蓄电池组当前的端电压；若计算出的所述蓄电池组当前的端电压降低至所述蓄电池组的放电电压下限，则核容测试结束，所述控制器记录所述蓄电池组的核容结束时刻并进行步骤四，若计算出的所述蓄电池组当前的端电压未降低至所述蓄电池组的放电电压下限，则返回步骤二；

步骤四：所述控制器根据所述蓄电池组的核容开始时刻和核容结束时刻计算所述蓄电池组的累计放电时间，并根据所述蓄电池组的累计放电时间和所述核容回路中的实际电流值计算所述蓄电池组的容量。