CN107978807A - 一种电池检测与维护方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池检测与维护方法及系统，系统包括矩阵开关、电池参数检测电路、充放电活化电路和去盐化电路、交直流恒流电子负载电路及系统故障模拟电路。检测与维护方法步骤为：首先在相应的自动在线恒流充放电过程中采集单体(整组)电池的电压和电流信号及其变化量，据此计算出各单体电池的内阻、SOC、SOH参数。根据电池检测结果，在线对性能较差的单体电池进行可变脉冲充放电活化处理及超声波驻波去盐化处理；最后对单体电池进行过压/欠压故障模拟、电池内阻故障模拟及SOC、SOH故障模拟；对整组电池进行过压/欠压故障模拟及开路故障模拟，以判断系统本身是否存在故障。本发明解决了现有技术中对电池的检测与维护不够完善的问题。

Description

一种电池检测与维护方法及系统

技术领域

本发明属于电力系统、通讯、轨道交通、UPS、电动汽车领域，特别涉及一种电池检测与维护方法及系统。

背景技术

随着智能电网的发展和社会智能化、信息化、自动化程度的不断提高，人们对电力、通信、互联网、交通、金融等行业的依赖程度进一步加深，也就对供电系统的可靠性提出了更高的要求。无论在电力变电站、电信机房、数据中心、移动基站、轨道交通还是UPS电源系统中，电池组作为备用直流电源在系统中起着极其重要的作用，是保证不间断供电的重要设备和应急使用，是供电系统保持正常运作的最后一道保险，对系统的安全运行具有重要意义。

根据调查分析，由于直流电源无法供电所引发的的事故分析发现，50％以上的事故是由电池故障引起的。蓄电池性能衰退却不能及时被发现时直流电源事故发生率居高不下的一个主要原因，因此提高电池的性能以及对电池的运行状态进行实时的检测和管理是非常必要的，目前市场上运行的电池普遍缺乏正确的日常维护和检测的手段，提高了电池在以后的工作过程发生故障的概率，有的是电池发生故障了才知道是电池出现故障导致的无法正常供电。

电池通常处于浮充电备用状态，由交流市电经整流设备变换成直流向负荷供电，而在交流电失电或其它事故状态下，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，造成设备停运及其它重大运行事故。因此，为保证系统的长效安全运行，必须加强对电池组及单体电池性能的维护管理，并对电池组进行全面的实时在线监测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池检测与维护方法及系统，用于解决现有技术中对电池的检测与维护不够完善的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种电池检测与维护方法，方法方案一，包括以下步骤：

1)采集单体电池的电压和电流动态信号，根据电压、电流计算电池的内阻；

2)计算电池的SOC、SOH参数；

3)根据电池检测结果，在相应的恒流充放电过程中，若电池电压变化量大于活化设定值、电池内阻大于活化设定值、SOH值小于活化设定值时，在线对单体电池进行充放电活化处理；若电池电压变化量大于去盐化设定值、电池内阻大于去盐化设定值、SOH值小于活化设定值时，在线对单体电池进行超声波驻波去盐化处理。

方法方案二，在方法方案一的基础上，还包括对整组电池的检测与维护，其步骤为：采集整组电池的电压；对整组电池进行充放电活化处理。

方法方案三，在方法方案二的基础上，对单体电池进行过压/欠压故障模拟、电池内阻故障模拟以及SOC、SOH故障模拟；对整组电池进行过压/欠压故障模拟，并进行开路故障模拟。

方法方案四，在方法方案一的基础上，所述内阻通过瞬时直流检测法和瞬时交流检测法交替测量并互相验证，计算公式分别为R＝ΔU/ΔI和

方法方案五，在方法方案一的基础上，所述SOC＝1-Q/C，SOH＝(Q1/Q0)*100％，其中：Q为电池已放出电量，C为浮充状态下电池的总电量，Q1为当前电池能储存的最大电量，Q0为初期电池能够储存的最大电量，初期是指电池还未使用的时刻。

方法方案六，在方法方案一的基础上，在电池充电过程、放电过程以及交替充放电阶段进行电池充放电活化。

本发明还提供了一种电池检测与维护系统，系统方案一，包括一端用于连接电池组中各电池正极的第一组开关、一端用于连接电池组中各电池负极的第二组开关，第一组开关的另一端连接正检测线，第二组电池的另一端连接负检测线，正负检测线上并联有电池参数检测电路、充放电活化电路和去盐化电路。

系统方案二，在系统方案一的基础上，还包括交直流恒流电子负载电路及系统故障模拟电路。

本发明的有益效果是：

通过检测电池状态参数及时发现电池性能异常，发出报警通知运行人员，自动对异常电池进行可变脉冲充放电维护及超声波驻波去盐化自救处理，并定期自动进行故障模拟与自测，防止设备自身故障。

附图说明

图1是电池在线检测与维护系统的原理图；

图2是电池参数检测技术的原理框图；

图3是可变脉冲充放电活化原理图；

图4是超声波驻波去盐化原理图；

图5是系统故障模拟电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细的说明：

本发明的一种电池检测与维护系统，具体的，如图1所示，该系统包括一端用于连接电池组中各电池正极的第一组开关、一端用于连接电池组中各电池负极的第二组开关，第一组开关的另一端连接正检测线，第二组电池的另一端连接负检测线，正负检测线上并联有电池参数检测电路、交直流恒流电子负载、充放电活化电路和去盐化模块电路、系统故障模拟电路。

本发明的电池检测与维护方法的具体步骤为：

1、通过矩阵开关K1～Kn+1取出一个单体电池的电压和电流信号，具体的如图2所示，并经过U-I同步采样电路实时检测单体的电压信号和电流信号，同时通过交直流恒流电子负载形成的瞬时直流和交流恒定负载电流，运用瞬时直流检测法和瞬时交流检测法交替测量并相互验证的方法计算出电池的内阻，瞬时直流检测的计算公式为R＝ΔU/ΔI，瞬时交流检测的计算公式为

2、通过统计单体电池的电压、内阻随电流的变化率与内嵌的电池特征动态数据库进行比对，并通过微控制器芯片MCU和内嵌神经网络软件算法检测单体电池的SOC、SOH参数，SOC＝1-Q/C，SOH＝(Q1/Q0)*100％其中：Q为电池已放出电量；C为浮充状态下电池的总电量，同时根据每次充、放电的电压U，电流I，时间T，内阻R，与内嵌的电化学模型进行比对并修正SOC和SOH值，并且电化学模型通过神经网络进行自我学习与校正。

3、根据电池参数检测结果，在相应的恒流充放电过程中，若电池电压变化量大于活化设定值，即δU_测量值＞δU_{活化设定值}、电池内阻大于活化设定值，即R_测量值＞R_{活化设定值}、SOH值小于活化设定值即SOH_测量值＜SOH_{活化设定值}时，对单体电池进行活化处理，如图3所示是可变脉冲充放电活化器原理图，可变脉冲充放电电路不但可以对整组电池进行充放电维护处理，而且可以对性能较差的电池进行脉冲充放电活化。在活化的过程中可以产生充电脉冲也可以产生放电脉冲，而且充电或放电脉冲的宽度、幅值、波形是可以改变的。电池脉冲活化电路集成了充电功能、放电功能、活化功能。它在给电池充电，包括浮充和均充的同时可以完成电池的活化，也可以在放电阶段进行活化，还可以在交替充/放电阶段进行电池活化。

对于整组电池，通过矩阵开关控制整组电池，使整组电池投入系统中，采集整组电池的电压、电流和温度；当电池组电压越过欠(过)压设定值时，在线对整组电池进行充(放)电维护处理。

4、若电池电压变化量大于去盐化设定值即δU_测量值＞δU_{去盐化设定值}、电池内阻大于去盐化设定值即R_测量值＞R_{去盐化设定值}、SOH值小于活化设定值即SOH_测量值＜SOH_{去盐化设定值}时，对单体电池进行去盐化处理，对于电池性能长期较差的电池，多是由极板硫酸盐化造成，此时用超声波形成驻波去除硫酸盐结晶，如图4所示是超声波驻波去盐化原理图，超声波驻波去盐化器是由超声波发生电路和超声波耦合器构成，超声波发生器发出的超声波是通过两个超声波耦合器分别耦合在单体电池的正负检测导线上，使两列波长和振幅相同而方向不同的超声波沿导线传导到单体电池内部形成驻波，从而使单体电池正负极板表面上附着的硫酸铅结晶溶解，并到达活化极板的目的。

5、故障模拟电路定期自动模拟电池欠压、过压、断线、内阻过大等故障，验证电池参数采集电路硬件的可靠性，如图5所示，是系统故障模拟电路的原理图，系统故障模拟电路是由故障模拟发生电路和人机交互电路及供电电源组成，其具体实现方法和步骤如下：

a)人机交互电路根据设定的故障模拟类型整定值和故障模拟周期整定值参数，控制故障模拟电路定期运行进行系统自测。如果系统当前存在实际故障，故障模拟任务停止执行，仅在系统无实际故障时，故障模拟任务才能按整定值执行。

b)投入矩阵开关的第Kn和Kn+1号开关，再投入可变脉冲充放电电路并控制使其产生过/欠压充电/放电脉冲，对第n组单体电池进行过压/欠压故障模拟。用于检测过压/欠压告警电路、电压测量电路和可变脉冲充放电电路是否可靠。

c)在以上两项完成的基础上，投入交直流恒流电子负载并使其产生瞬时直流(交流)恒定负载电流，进行电池内阻故障模拟；运行SOC和SOH测试程序，进行SOC和SOH故障模拟。用于检测交直流恒流电子负载、内阻检测系统软硬件、SOC和SOH系统动态数据库等软件和硬件是否可靠。

d)投入矩阵开关的第K1和Kn+1号开关，投入可变脉冲充放电电路并控制使其产生过/欠压充电/放电脉冲，对整组电池进行过压/欠压故障模拟；同时再投入交直流恒流电子负载并使其产生瞬时直流恒定负载电流，对整组电池进行开路故障模拟；用于检测系统软硬是否可靠。

e)基于人机交互电路根据设定的故障模拟类型整定值和故障模拟周期整定值参数，在每次故障模拟任务执行完成后生成故障模拟日志。如果系统自身存在故障，发出告警信号。

Claims (8)

1.一种电池检测与维护方法，其特征在于，该检测与维护方法包括以下步骤：

1)采集单体电池的电压和电流动态信号，据此计算出电池的内阻；

2)计算电池的SOC、SOH参数；

3)根据上述计算结果，在相应的恒流充放电过程中，若电池电压变化量大于活化设定值、电池内阻大于活化设定值、SOH值小于活化设定值时，对单体电池进行充放电活化处理；若电池电压变化量大于去盐化设定值、电池内阻大于去盐化设定值、SOH值小于活化设定值时，在线对单体电池进行去盐化处理。

2.根据权利要求1所述的电池检测与维护方法，其特征在于，还包括对整组电池的检测与维护，其步骤为：采集整组电池的电压，当电池组电压越过欠压或过压设定值时，在线对整组电池进行充放电维护处理。

3.根据权利要求2所述的电池检测与维护方法，其特征在于，对单体电池进行过压/欠压故障模拟、电池内阻故障模拟以及SOC、SOH故障模拟；对整组电池进行过压/欠压故障模拟，并进行开路故障模拟。

4.根据权利要求1所述的电池检测与维护方法，其特征在于，所述内阻通过瞬时直流检测法和瞬时交流检测法交替测量并互相验证，计算公式分别为R＝ΔU/ΔI和

5.根据权利要求1所述的电池检测与维护方法，其特征在于，所述SOC＝1-Q/C，SOH＝(Q1/Q0)*100％，其中：Q为电池已放出电量，C为浮充状态下电池的总电量，Q1为当前电池能储存的最大电量，Q0为电池初期能够储存的最大电量。

6.根据权利要求1所述的电池检测与维护方法，其特征在于，在电池充电过程、放电过程以及交替充放电过程进行电池充放电活化。

7.一种电池检测与维护系统，其特征在于，该系统包括一端用于连接电池组中各电池正极的第一组开关、一端用于连接电池组中各电池负极的第二组开关，第一组开关的另一端连接正检测线，第二组电池的另一端连接负检测线，正负检测线上并联有电池参数检测电路、充放电活化电路和去盐化电路。

8.根据权利要求7所述的电池检测与维护系统，其特征在于，还包括交直流恒流电子负载电路及系统故障模拟电路。