CN108490364A - 一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置，包括单体瞬态放电模块、电压及电流采样模块、数据处理模块及人机界面交互模块。单体瞬态放电模块并接于电池单体上，获取数据处理模块的控制指令启动并实现电池单体满负荷电量下瞬态放电及恒流放电；电压及电流采集模块实时采集流经单体瞬态放电模块的电压及电流；数据处理模块将电池单体满负荷电量状态经瞬态放电后继续维持恒流放电对应变化时段内流经单体瞬态放电模块的电压进行拟合，且将拟合后的电压最小值与电压下限值对比来判定电池单体的一致性并输出给人机界面交互模块显示。实施本发明，使得测试过程简单，评测数据符合变电站的实际使用要求，并能快速甄别出蓄电池单体的质量。

Description

一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及蓄电池测试技术领域，尤其涉及一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置及方法。

背景技术

电力系统的后备电源主要采用阀控式铅酸蓄电池组，为站内交流失电的一二次设备提供电源，保护装置的正确动作，是电力系统的心脏所在。为满足变电站负载的功率要求，铅酸蓄电池组一般由50个以上铅酸蓄电池单体串联组成，因此每一个电池单体的工作状态好坏，对变电站的安全可靠运行至关重要。

众所周知，在串联应用的蓄电池组中，电池单体一致性直接影响了蓄电池组的充放电性能和健康状态。若电池单体一致性越差，则充电均衡性越差，而充电均衡性越差，则越容易加剧电池单体一致性差，如此恶性循环，将很快导致蓄电池组提前失效。鉴于国内多起变电站事故都跟蓄电池有关，因此对蓄电池单体一致性的检测研究也越来越重要。

然而，现有的蓄电池单体一致性检测方法中，普遍集中在蓄电池在线电压电流检测、蓄电池内阻检测、蓄电池核容放电检测等，主要是通过放电容量、电压、内阻等检测数据经一致性计算程序进行比较获得一致性评价数值的方式，虽然能在一定程度上检测出蓄电池组的问题，但是对电池运行质量的预警性和前瞻性较差。例如。申请号为20151045975.2，名称为一种铅酸电池单体一致性评测系统与方法的发明专利，通过电压、内阻、温度、电流等多种数据检测后获得各个电池的评测数据，经一致性综合评测模块获得一致性评测数值，但该发明专利所采用技术方案得到的一致性评测数值需要经多次接线进行不同的实验，且测试过程复杂，仅适合实验室测试用，无法满足变电站的实际使用要求。

因此，亟需一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置及方法，使得测试过程简单，评测数据符合变电站的实际使用要求，并能快速甄别出蓄电池单体的质量。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置及方法，使得测试过程简单，评测数据符合变电站的实际使用要求，并能快速甄别出蓄电池单体的质量。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置，用于铅酸蓄电池单体上，包括单体瞬态放电模块、电压及电流采样模块以及数据处理模块；其中，

包括单体瞬态放电模块、电压及电流采样模块、数据处理模块以及人机界面交互模块；其中，

所述单体瞬态放电模块的第一电压端和第二电压端并接于所述铅酸蓄电池单体的正负极上，数据端与所述电压及电流采样模块的一端相连，控制端与所述数据处理模块的第一端相连，用于获取所述数据处理模块下发的控制指令，并根据所述获取到的控制指令，启动并实现对所述铅酸蓄电池单体处于满负荷电量状态下的瞬态放电，以及待所述铅酸蓄电池单体瞬态放电结束后，控制所述铅酸蓄电池单体以一恒定电流进行放电；

所述电压及电流采集模块的另一端与所述数据处理模块的第二端相连，用于实时采集流经所述单体瞬态放电模块上的电压及电流；

所述数据处理模块的第三端与所述人机界面交互模块相连，用于给所述单体瞬态放电模块下发控制指令，以及接收所述电压及电流采集模块实时采集到的电压及电流，并提取所述铅酸蓄电池单体经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以所述恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段，且进一步将所述拟合时段内流经所述单体瞬态放电模块上变化的电压进行拟合后，将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性；

所述人机界面交互模块，用于显示所述数据处理模块拟合的电压信息以及对所述铅酸蓄电池单体一致性判定的结果，以及获取用户输入的相关用户指令。

其中，所述单体瞬态放电模块包括一PWM信号驱动电路、多个并接在一起的绝缘栅双极型晶体管IGBT以及一电阻；其中，

所述PWM信号驱动电路的一端与所述数据处理模块的第一端相连，另一端与每一个IGBT的栅极均相连；

每一个IGBT的漏极均与所述铅酸蓄电池单体的负极相连，且每一个IGBT的源极均与所述电阻的一端以及所述电压及电流采样模块的一端相连；

所述电阻的另一端与所述铅酸蓄电池单体的正极相连。

其中，所述电压及电流采样模块包括电流互感器、电压互感器和AD采样芯片；其中，

所述电流互感器的一端与所述每一个IGBT的源极均相连，另一端与所述AD采样芯片的第一端相连；

所述电压互感器的一端与所述电阻的另一端相连，另一端与所述AD采样芯片的第二端相连；

所述AD采样芯片的第三端与所述数据处理模块的第二端相连。

其中，还包括：与所述铅酸蓄电池单体及所述单体瞬态放电模块均并接的单体充电模块，且所述单体充电模块还与所述数据处理模块的第三端相连，用于对所述铅酸蓄电池单体进行充电至满负荷电量状态。

其中，还包括：与所述数据处理模块的第五端相连的通信接口模块，所述通信接口模块用于实现所述铅酸蓄电池单体的内外信息交换。

其中，还包括：与所述数据处理模块的第六端相连的数据存储模块。

本发明实施例还提供了一种铅酸蓄电池单体一致性测试方法，其在前述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置中实现，所述方法包括：

确定待测的铅酸蓄电池单体；

提取所述铅酸蓄电池单体经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段以及所述铅酸蓄电池单体在所述拟合时段内变化的电压；

对所述拟合时段内变化的电压进行拟合，并将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性，且进一步将判定结果输出。

其中，所述铅酸蓄电池单体在所述拟合时段内变化的电压拟合成电压值随时间的变化呈先下后上变化的曲线。

其中，所述将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性的具体步骤包括：

当所述电压最小值大于所述预设的电压下限值时，则判定所述铅酸蓄电池单体的一致性较好；

当所述电压最小值小于等于所述预设的电压下限值时，则判定所述铅酸蓄电池单体的一致性较差。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明装置中的单体瞬态放电模块接收数据处理模块的控制指令，实现对铅酸蓄电池单体满负荷电量状态下的瞬态放电以及瞬态放电后的恒流放电，而数据处理模块会将铅酸蓄电池单体由初始满负荷电量状态经瞬态放电后继续维持恒流放电的这段时间内的电压进行拟合，只要对比拟合后的电压最小值与预设的电压下限值就可判定铅酸蓄电池单体的一致性，并将相关的结果通过人机界面交互模块输出显示，使得测试过程非常简单，并能快速甄别出蓄电池单体的质量；

2、本发明装置只要并接在铅酸蓄电池单体上，不需要重复试验和接线，使得评测数据更符合变电站的实际使用要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的铅酸蓄电池单体一致性测试装置的系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的铅酸蓄电池单体一致性测试装置所测2.15V铅酸蓄电池单体的一致性的对比图；其中，a-出厂时优质单体，b-一般单体，c-劣质单体；

图3为图1中单体瞬态放电模块和电压及电流采样模块相连接的系统结构示意图；

图4为本发明实施例提供的铅酸蓄电池单体一致性测试方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置，用于铅酸蓄电池单体M上，包括单体瞬态放电模块1、电压及电流采样模块2、数据处理模块3以及人机界面交互模块4；其中，

单体瞬态放电模块1的第一电压端a1和第二电压端a2并接于铅酸蓄电池单体M的正负极上，数据端a3与电压及电流采样模2块的一端相连，控制端a4与数据处理模块3的第一端b1相连，用于获取数据处理模块3下发的控制指令，并根据获取到的控制指令，启动并实现对铅酸蓄电池单体M处于满负荷电量状态下的瞬态放电，以及待铅酸蓄电池单体瞬态M放电结束后，控制铅酸蓄电池单体M以一恒定电流进行放电；

电压及电流采集模块2的另一端与数据处理模块3的第二端b2相连，用于实时采集流经单体瞬态放电模块1上的电压及电流；

数据处理模块3的第三端b3与人机界面交互模块4相连，用于给单体瞬态放电模块1下发控制指令，以及接收电压及电流采集模块2实时采集到的电压及电流，并提取铅酸蓄电池单体M经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以所述恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段，且进一步将拟合时段内流经所述单体瞬态放电模块1上变化的电压进行拟合后，将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定铅酸蓄电池单体M的一致性；

人机界面交互模块4，用于显示数据处理模块3拟合的电压信息以及对铅酸蓄电池单体M一致性判定的结果，以及获取用户输入的相关用户指令，包括但不限于预设的电压下限值。

应当说明的是，铅酸蓄电池单体M在满负荷电量状态下进行瞬态放电，是为了使得评测数据更符合实际要求。

应当说明的是，预设的电压下限值是指铅酸蓄电池单体M出厂采用类似试验（由初始满负荷电量状态经瞬态放电后逐渐维持恒流放电）所获得理论数据值下调后的期望值。一旦拟合后的电压最小值>预设的电压下限值，则判定铅酸蓄电池单体M的一致性较好；反之，则判定铅酸蓄电池单体M的一致性较差。

在一个实施例中，如图2所示，2.15V的铅酸蓄电池单体，出厂试验中得到的理论电压最小值为2.02V（如图2中a所示），下调后的期望电压最小值为1.9V；如果测试装置中得到的电压最小值超过1.9V，则说明铅酸蓄电池单体的一致性较好（如图2中b所示）；反之，如果低于1.9V，则说明铅酸蓄电池单体的一致性较差（如图2中c所示）。当然，本发明实施例中的铅酸蓄电池单体一致性测试装置所测试的铅酸蓄电池单体不限于2.15V的铅酸蓄电池单体上，还适用于其它电压等级的铅酸蓄电池单体上。

可以理解的是，数据处理模块3初始开启单体瞬态放电模块1，使得满负荷电量状态下的铅酸蓄电池单体M瞬态放电，并实时接收电压及电流采集模块2采集到的流经单体瞬态放电模块1上的电压及电流，且待铅酸蓄电池单体M瞬态放电结束后，只要维持单体瞬态放电模块1和铅酸蓄电池单体M的导通即可实现铅酸蓄电池单体M恒流放电，使得铅酸蓄电池单体M的电流和电压均出现先下降后上升的过程，从而可以在拟合的电压曲线上找到波谷（即电压最小值）。当然，对于铅酸蓄电池单体M的一致性判定结果的输出不仅仅局限于人机界面交互模块4，还可以采用指示灯或蜂鸣器等报警模块来实现判定。

如图3所示，单体瞬态放电模块1包括一PWM信号驱动电路11、多个并接在一起的绝缘栅双极型晶体管IGBT12以及一电阻13；其中，PWM信号驱动电路11的一端与数据处理模块3的第一端a1相连，另一端与每一个IGBT12的栅极G均相连；每一个IGBT12的漏极D均与铅酸蓄电池单体M的负极（-）相连，且每一个IGBT的源极S均与电阻13的一端以及电压及电流采样模块2的一端相连；电阻13的另一端与铅酸蓄电池单体M的正极（+）相连。

电压及电流采样模块2包括电流互感器21、电压互感器22和AD采样芯片23；其中，电流互感器21的一端与每一个IGBT12的源极S均相连，另一端与AD采样芯片23的第一端c1相连；电压互感器22的一端与电阻13的另一端相连，另一端与AD采样芯片23的第二端c2相连；AD采样芯片23的第三端c3与数据处理模块3的第二端b2相连。

应当说明的是，当单体瞬态放电模块1上的IGBT12未获得PWM信号驱动电路11提供的驱动信号时，由所有IGBT12形成的电子负载的电阻值无穷大，放电回路处于开路状态；当数据处理模块3输出控制信号，通过PWM信号驱动电路11使所有的IGBT12导通，使得所有IGBT12形成的电子负载的内阻值非常小，能够输出较大的放电电流，导致铅酸蓄电池单体M瞬态放电。通过电压及电流采样模块2中的电流互感器21采集流经单体瞬态放电模块1上的电流，通过电压采样电路22采集流经单体瞬态放电模块1上的电压并经AD采样芯片23输入数据处理模块3进行数据处理，再次给单体瞬态放电模块1的PWM信号驱动电路11提供驱动信号，从而对铅酸蓄电池单体M的电流进行闭环控制，使铅酸蓄电池单体M的放电电流恒定在某一设定值上。

例如，数据处理模块3输出一个控制信号，该控制信号的电平值高于所有IGBT12的门限电压，使得所有IGBT12都导通，从而驱动铅酸蓄电池单体M瞬态放电；待铅酸蓄电池单体M瞬态放电结束后，数据处理模块3输出另一个控制信号，该控制信号的电平值只高于部分IGBT12的门限电压，使得部分IGBT12导通，其它部分IGBT12截止，从而导致IGBT12形成的电子负载的电阻值比瞬态放电下的电阻值大，使铅酸蓄电池单体M的放电电流恒定在某一设定值上。

当然，本发明实施例中的铅酸蓄电池单体一致性测试装置还包括：与铅酸蓄电池单体M及单体瞬态放电模块1均并接的单体充电模块5，且单体充电模块5还与数据处理模块3的第四端b4相连，用于对铅酸蓄电池单体M进行充电至满负荷电量状态，这样可以确保测试试验正常进行；

与数据处理模块3的第五端b5相连的通信接口模块6，该通信接口模块6这样可以实现铅酸蓄电池单体M的内外信息交换；

与数据处理模块3的第六端b6相连的数据存储模块7，这样可以实现大数据的存储。

如图4所示，为本发明实施例中，提供的一种铅酸蓄电池单体一致性测试方法，其在前述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置中实现，所述方法包括：

步骤S1、确定待测的铅酸蓄电池单体；

步骤S2、提取所述铅酸蓄电池单体经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段以及所述铅酸蓄电池单体在所述拟合时段内变化的电压；

步骤S3、对所述拟合时段内变化的电压进行拟合，并将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性，且进一步将判定结果输出。

具体过程为，在步骤S1中，选择一铅酸蓄电池单体（2.15V、5V等）作为待测的铅酸蓄电池单体；

在步骤S2中，通过铅酸蓄电池单体一致性测试装置提取铅酸蓄电池单体经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段，此时电流由0经过瞬态放电形成快速下降的趋势，待瞬态放电后形成慢慢爬升的趋势，从而使得在该拟合时段内铅酸蓄电池单体的电压呈现与电流相同的先下后上变化的规律，使得铅酸蓄电池单体在该拟合时段内变化的电压可以拟合成电压值随时间的变化呈先下后上变化的曲线。

在步骤S3中，由于电压被拟合成先下后上变化的曲线，因此曲线的波谷即最低点就是拟合后电压的最小值。此时，将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定铅酸蓄电池单体的一致性，具体为：当电压最小值大于预设的电压下限值时，则判定铅酸蓄电池单体的一致性较好；反之，当电压最小值小于等于预设的电压下限值时，则判定铅酸蓄电池单体的一致性较差。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明装置中的单体瞬态放电模块接收数据处理模块的控制指令，实现对铅酸蓄电池单体满负荷电量状态下的瞬态放电以及瞬态放电后的恒流放电，而数据处理模块会将铅酸蓄电池单体由初始满负荷电量状态经瞬态放电后继续维持恒流放电的这段时间内的电压进行拟合，只要对比拟合后的电压最小值与预设的电压下限值就可判定铅酸蓄电池单体的一致性，并将相关的结果通过人机界面交互模块输出显示，使得测试过程非常简单，并能快速甄别出蓄电池单体的质量；

2、本发明装置只要并接在铅酸蓄电池单体上，不需要重复试验和接线，使得评测数据更符合变电站的实际使用要求。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种铅酸蓄电池单体一致性测试装置，用于铅酸蓄电池单体上，其特征在于，包括单体瞬态放电模块、电压及电流采样模块、数据处理模块以及人机界面交互模块；其中，

所述单体瞬态放电模块的第一电压端和第二电压端并接于所述铅酸蓄电池单体的正负极上，数据端与所述电压及电流采样模块的一端相连，控制端与所述数据处理模块的第一端相连，用于获取所述数据处理模块下发的控制指令，并根据所述获取到的控制指令，启动并实现对所述铅酸蓄电池单体处于满负荷电量状态下的瞬态放电，以及待所述铅酸蓄电池单体瞬态放电结束后，控制所述铅酸蓄电池单体以一恒定电流进行放电；

所述电压及电流采集模块的另一端与所述数据处理模块的第二端相连，用于实时采集流经所述单体瞬态放电模块上的电压及电流；

所述数据处理模块的第三端与所述人机界面交互模块相连，用于给所述单体瞬态放电模块下发控制指令，以及接收所述电压及电流采集模块实时采集到的电压及电流，并提取所述铅酸蓄电池单体经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以所述恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段，且进一步将所述拟合时段内流经所述单体瞬态放电模块上变化的电压进行拟合后，将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性；

所述人机界面交互模块，用于显示所述数据处理模块拟合的电压信息以及对所述铅酸蓄电池单体一致性判定的结果，以及获取用户输入的相关用户指令。

2.如权利要求1所述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置，其特征在于，所述单体瞬态放电模块包括一PWM信号驱动电路、多个并接在一起的绝缘栅双极型晶体管IGBT以及一电阻；其中，

所述PWM信号驱动电路的一端与所述数据处理模块的第一端相连，另一端与每一个IGBT的栅极均相连；

每一个IGBT的漏极均与所述铅酸蓄电池单体的负极相连，且每一个IGBT的源极均与所述电阻的一端以及所述电压及电流采样模块的一端相连；

所述电阻的另一端与所述铅酸蓄电池单体的正极相连。

3.如权利要求2所述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置，其特征在于，所述电压及电流采样模块包括电流互感器、电压互感器和AD采样芯片；其中，

所述电流互感器的一端与所述每一个IGBT的源极均相连，另一端与所述AD采样芯片的第一端相连；

所述电压互感器的一端与所述电阻的另一端相连，另一端与所述AD采样芯片的第二端相连；

所述AD采样芯片的第三端与所述数据处理模块的第二端相连。

4.如权利要求3所述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置，其特征在于，还包括：与所述铅酸蓄电池单体及所述单体瞬态放电模块均并接的单体充电模块，且所述单体充电模块还与所述数据处理模块的第四端相连，用于对所述铅酸蓄电池单体进行充电至满负荷电量状态。

5.如权利要求4所述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置，其特征在于，还包括：与所述数据处理模块的第五端相连的通信接口模块，所述通信接口模块用于实现所述铅酸蓄电池单体的内外信息交换。

6.如权利要求5所述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置，其特征在于，还包括：与所述数据处理模块的第六端相连的数据存储模块。

7.一种铅酸蓄电池单体一致性测试方法，其特征在于，其在包括如权利要求1至6中任一项所述的铅酸蓄电池单体一致性测试装置中实现，所述方法包括：

确定待测的铅酸蓄电池单体；

提取所述铅酸蓄电池单体经满负荷电量状态下瞬态放电后恢复至以恒定电流放电所对应电流变化的时段作为拟合时段以及所述铅酸蓄电池单体在所述拟合时段内变化的电压；

对所述拟合时段内变化的电压进行拟合，并将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性，且进一步将判定结果输出。

8.如权利要求7所述的铅酸蓄电池单体一致性测试方法，其特征在于，所述铅酸蓄电池单体在所述拟合时段内变化的电压拟合成电压值随时间的变化呈先下后上变化的曲线。

9.如权利要求7所述的铅酸蓄电池单体一致性测试方法，其特征在于，所述将拟合后的电压最小值与预设的电压下限值进行对比来判定所述铅酸蓄电池单体的一致性的具体步骤包括：

当所述电压最小值大于所述预设的电压下限值时，则判定所述铅酸蓄电池单体的一致性较好；

当所述电压最小值小于等于所述预设的电压下限值时，则判定所述铅酸蓄电池单体的一致性较差。