CN109100602A - 一种蓄电池组开路故障的在线检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池组开路故障的在线检测方法，属于电路检测领域。该方法包括以下步骤：装置到达预定时间发出测试命令，检测程序运行；蓄电池异常程序：装置故障程序：检测开始程序运行，检测电压≥210V，电流＝0A，立即停止测试，则判断结果为装置异常，并向后台发出装置故障告警；第二延时：系统启动检测时同时启动第二延时继电器，第二延时继电器接点直接接于ZJ2控制回路中，若出现系统异常无法控制负载断开时，则继电器直接动作断开负载，以防止装置死机等异常导致蓄电池长期放电或过热。采用本发明仪器检测时，给蓄电池带实际负载，可准确判断蓄电池是否具备带负荷能力，检测周期可任意设置；工作时间短，无需工作人员。

Description

一种蓄电池组开路故障的在线检测方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池组开路故障的在线检测方法，电路检测领域。

背景技术

运行中的蓄电池组一旦出现开路，在交流电失电或其它事故状态下，供电系统的备用电源将面临瘫痪，造成设备停运及其它重大运行事故。近年随着阀控式密封铅酸蓄电池在电力系统的广泛使用，由蓄电池故障而引发的事故时有发生，甚至造成着火、全站停电。串联蓄电池运行的蓄电池组，由于个体差异及健康状态不一致，导致在同样的放电和充电电流下，电池电压不一致，难免出现个别电池性能下降，导致蓄电池开路故障，而单只蓄电池决定整组蓄电池性能。若此时出现交流故障或事故，必然会造成直流输出中断，导致重大事故的发生。我们在提高电池性能，减少维护工作量的同时，如何快捷有效地检测出蓄电池开路故障，并提前预警已成为电池运行管理的新问题。目前除了核对性放电、测端电压内阻等常规维护检测手段外，并没有一种能在线检测蓄电池开路故障的的有效手段。

术语解释：

1、电力系统用蓄电池：蓄电池是电力电源系统中直流供电系统的重要组成部分,它作为直流供电电源主要担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障。确保继电保护、通信设备的正常运行。因此蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保电力设备的安全运行具有十分重要的意义。

2、蓄电池的内阻：蓄电池的内阻由欧姆极化(导体电阻)和电化学极化及浓差极化电阻三个部份组成。在充放电过程中电阻是变化的，充电过程内阻由大变小，反之内阻增加。

3、蓄电池开路：指蓄电池存在电路上的断路现象，完全不能带负荷的情况，是蓄电池运行中最严重的故障。

目前，使用常规检测手段存在以下问题：

1)通过仪器测量不能准确判断蓄电池是否具备带负荷能力。因为蓄电池在运行中与充电机是并列运行的，而测量电压只能判断蓄电池的充电电压是否正常，而不能判断蓄电池本身是否存在问题。要判断蓄电池是否存在问题唯一的办法只有对蓄电池退出运行，使蓄电池带上负载或对蓄电池进行核对性放电试验。

2)定期对蓄电池进行核对性充放电试验，不能做到在线，且有一定局限性。

根据《电力系统用蓄电池直流电源装置运行与维护技术规程》要求：“正常运行中的蓄电池组，为了检验其实际容量，将蓄电池组脱离运行，以规定的放电电流进行恒流放电，并计算容量是否满足运行要求”。因此蓄电池只能离线做核对性放电试验。

核对性放电工作有时间限制，不能保证到下一个试验周期内蓄电池不会出现开路故障。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种蓄电池组开路故障的在线检测方法，针对目前仪器测量不能准确判断蓄电池是否具备带负荷能力，定期对蓄电池进行核对性充放电试验，不能做到在线，且有一定局限性，无法不能保证到下一个试验周期内蓄电池不会出现开路故障的缺陷。提出使用本装置，可定期(检测间隔可任意设置)在线检测蓄电池的带负载能力，可及时发现蓄电池开路、内阻异常、蓄电池容量降低等问题，可有效避免因蓄电池故障带来的设备停运及其它重大运行事故的发生。通过产品的智能控制，实现在线定期对蓄电池的性能进行快速检测，可有效避免因蓄电池故障带来的设备停运及其它重大运行事故的发生。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种蓄电池组开路故障的在线检测方法，基于蓄电池组开路故障的在线检测装置，该方法包括以下步骤：

S1：装置到达预定时间发出测试命令，检测程序运行；

S11：正常程序：检测开始程序运行，检测电压下降趋势慢，检测电压≥210V，检测到放电电流，计时8S后结束，重新进入准备状态，等待下一周期重复S11；

S12：蓄电池异常程序：

S121：检测开始程序运行，若在检测时间内检测到电压下降趋势快，但检测电压≥210V，则判断结果为蓄电池异常一般告警；

S122：若在检测时间内检测电压在198～210V间，则判断结果为蓄电池异常中级告警；

S123：若在检测时间内检测电压≤198V，则判断结果为蓄电池故障或开路紧急告警；

S3：装置故障程序：检测开始程序运行，检测电压≥210V，电流＝0A，立即停止测试，则判断结果为装置异常，并向后台发出装置故障告警；

S4：第二延时：系统启动检测时同时启动第二延时继电器，第二延时继电器接点直接接于ZJ2控制回路中，若出现系统异常无法控制负载断开时，则继电器直接动作断开负载，以防止装置死机等异常导致蓄电池长期放电或过热。

进一步，所述主回路接于直流系统蓄电池输入和熔断器之间，正常运行时ZJ1为常闭点，将二极管D1短接，充电机和蓄电池直接并联浮充运行；

装置启动时，ZJ1常闭接点断开使二极管接入蓄电池与充电机之间，相当于蓄电池与充电机隔离，蓄电池相当于电路上退出系统；

所述控制回路实现功能如下：

(1)系统控制及定时功能：

定时功能采用STM32单片机内部的时钟系统模块(SYSCLK)，定时器通过设置时间对时间进行校准，也能够通过主控在特定时间进行校准，设定程序后，能实现在装置上任意设置运行参数，包括对开始放电时间、放电时长、放电电流和检测电压变化率参数进行设置，当系统运行到设置时间时，系统开始检测动作，当系统预设检测时间到时，则停止检测，断开负载；

(2)ZJ1、ZJ2动作：

①系统运行到指定时间，STM32发出启动命令，控制ULN2803ADW使JD1动作，JD1控制ZJ1动作，ZJ1是常闭接点开关，作用是将蓄电池投入和退出系统；当系统开始对蓄电池检测时，断开该开关，使蓄电池与系统隔离，当蓄电池检测完成并且检测电池正常时，接通该开关将蓄电池恢复正常运行继续充电；

②系统运行到指定时间，STM32发出启动命令，控制ULN2803ADW使JD3动作，JD3控制ZJ2动作，ZJ2是常开接点开关，作用是使给蓄电池带上负载放电，当系统开始对电池检测时，接通该开关，该开关分几路子开关，用于调节放电时电流，放电电流能够在装置上进行配置，当检测中发现蓄电池放电异常或者检测时间到时，断开该开关；

③电压采集：电压采集由采集单元和模数转换AD7606组成，电压采集分为两路，一路采集蓄电池侧电压，另一路检测充电机侧电压；在ZJ1动作时，实际上系统与蓄电池是隔离的，两个检测点的电压不一致；设置第二路电压检测，以防止在检测过程中或准备检测时，因交流电停电或充电机故障时，装置继续对蓄电池进行检测；首先检测蓄电池过程中发现充电机侧电压异常立即停止放电，在准备检测时，若充电机侧电压异常，就闭锁装置的控制，防止充电机异常时继续对蓄电池进行检测；

(3)电压采集及电压检测判断依据、判断阈值：

根据所检测的蓄电池容量来设置蓄电池的放电电流大小，检测时根据电压下降幅度，以及下降斜率，在放电过程中，每隔100ms检测一次电压，如果电压达到以下标准，则判断蓄电池故障或异常；

①检测开始程序运行，若在检测时间内检测到电压下降趋势快，但检测电压≥210V判断为蓄电池异常一般告警；

②若在检测时间内检测电压在198～210V间，判断结果为蓄电池异常中级告警；

③若在检测时间内检测电压≤198V，判断结果为蓄电池故障或开路紧急告警；

(4)控制器断开负载过程：

控制器在检测过程中，会根据配置的放电电流情况进行放电，这个过程中会接通部分负载，当检测完成或者检测过程中发现蓄电池放电异常时，就开始断开负载，如果是正常检测完成，则按照阶梯式逐步断开负载，如果是在检测过程中发现异常时，则立即断开所有负载，并结束检测命令。

本发明的有益效果是：

使用测量仪表检测时，检测效果为：电压测量基本无法判断，内阻只能初步判断蓄电池是否存在内阻异常增加，但不能表明蓄电池是否具备带负荷能力；检测周期为：测量电压每月、测量内阻每半年一次；工作时间为：人工测量0.5h；工作人数为：2人；

蓄电池核对性放电时，检测效果为：给蓄电池带实际负载，可准确判断蓄电池是否具备带负荷能力；检测周期为：2-3年一次；工作时间为：人工测试10h以上；工作人数为：2-3人；

采用本发明仪器检测时，检测效果为：给蓄电池带实际负载，可准确判断蓄电池是否具备带负荷能力；检测周期为：每天、每周等时间周期，检测周期可任意设置；工作时间为：装置自动10秒内完成；无需工作人员，效果显而易见。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、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的详细描述，其中：

图1为本发明流程图；

图2为蓄电池组开路在线检测装置框图；

图3为系统及定时模块图；

图4为控制执行部分；

图5为A/D转换单元；

图6为电压采集单元。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

如图1所示，装置到达预定时间发出测试命令，检测程序运行。

1、正常程序：检测开始程序运行，检测电压下降趋势慢，≥210V，检测到放电电流，计时8S后结束，重新进入准备状态，等待下一周期重复上述过程。

2、蓄电池异常程序：

(1)检测开始程序运行，若在检测时间内检测到电压下降趋势快，但≥210V判断为蓄电池异常一般告警；

(2)若在检测时间内检测电压在198～210V间，判断结果为蓄电池异常中级告警；

(3)若在检测时间内检测电压≤198V，判断结果为蓄电池故障或开路紧急告警。

3、装置故障程序：检测开始程序运行，检测电压≥210V，电流＝0A，立即停止测试，判断结果“装置异常”向后台发出装置故障告警。

4、第二延时：系统启动检测时同时启动第二延“时继电器”，第二延时继电器接点直接接于ZJ2控制回路中，若出现系统异常无法控制负载断开时，继电器直接动作断开负载，防止装置死机等异常导致蓄电池长期放电或过热。

如图2所示，装置由主回路和控制回路两部分组成。

主回路：由大功率二极管(D1)、直流接触器(ZJ1)、放电空开(ZK2)、负载继电器(ZJ2)、放电负载组成。

(1)主回路接于直流系统蓄电池输入和熔断器之间，正常运行时ZJ1为常闭点，将二极管D1短接，充电机和蓄电池直接并联浮充运行。

(2)装置启动时，ZJ1常闭接点断开使二极管接入蓄电池与充电机之间，相当于蓄电池与充电机隔离,蓄电池相当于电路上退出系统。

控制回路：由采集板、蜂鸣器、24V DC/DC降压模块、单片机控制主板组成。

(1)系统控制及定时功能：

如图3所示，定时功能采用STM32单片机内部的时钟系统模块(SYSCLK)，定时器通过设置时间对时间进行校准，也可以通过主控在特定时间进行校准，在程序上做相应的处理后，可实现在装置上任意设置运行参数，比如对开始放电时间、放电时长、放电电流、检测电压变化率等参数进行设置，当系统运行到设置时间时，系统开始检测动作，当系统预设检测时间到时，则停止检测，断开负载。

(2)ZJ1、ZJ2动作：

如图4所示：

①系统运行到指定时间，STM32发出启动命令，控制ULN2803ADW使JD1动作，JD1控制ZJ1动作，ZJ1是常闭接点开关，作用是将蓄电池投入和退出系统。当系统开始对蓄电池检测时，断开该开关，使蓄电池与系统“隔离”，当蓄电池检测完成并且检测电池正常时，接通该开关将蓄电池恢复正常运行继续充电。

②系统运行到指定时间，STM32发出启动命令，控制ULN2803ADW使JD3动作，JD3控制ZJ2动作，ZJ2是常开接点开关，作用是使给蓄电池带上负载放电，当系统开始对电池检测时，接通该开关，该开关分几路子开关，用于调节放电时电流，放电电流可以进行在装置上进行配置，当检测中发现蓄电池放电异常或者检测时间到时，断开该开关。

③电压采集：如图5、图6，电压采集由采集单元和模数转换AD7606组成，电压采集分为两路，一路采集蓄电池侧电压，另一路检测充电机侧电压。在ZJ1动作时，实际上系统与蓄电池是“隔离”的，因此两个检测点的电压是不一致的。设置第二路电压检测，目的是为了防止在检测过程中或准备检测时，因交流电停电或充电机故障时，装置继续对蓄电池进行检测。首先检测蓄电池过程中发现充电机侧电压异常立即停止放电，在准备检测时，若充电机侧电压异常，就闭锁装置的控制，防止充电机异常时继续对蓄电池进行检测。

(3)电压采集及电压检测判断依据、判断阈值：

根据所检测的蓄电池容量来设置蓄电池的放电电流大小，检测时根据电压下降幅度，以及下降斜率，在放电过程中，每隔100ms检测一次电压，如果电压达到以下标准，则判断蓄电池故障或异常。

(1)检测开始程序运行，若在检测时间内检测到电压下降趋势快，但≥210V判断为蓄电池异常一般告警；

(2)若在检测时间内检测电压在198～210V间，判断结果为蓄电池异常中级告警；

(3)若在检测时间内检测电压≤198V，判断结果为蓄电池故障或开路紧急告警。

(4)控制器断开负载过程：

控制器在检测过程中，会根据配置的放电电流情况进行放电，这个过程中会接通部分负载，当检测完成或者检测过程中发现蓄电池放电异常时，就开始断开负载，如果是正常检测完成，则按照阶梯式逐步断开负载，如果是在检测过程中发现异常时，则立即断开所有负载，并结束检测命令。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种蓄电池组开路故障的在线检测方法，基于蓄电池组开路故障的在线检测装置，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：装置到达预定时间发出测试命令，检测程序运行；

S11：正常程序：检测开始程序运行，检测电压下降趋势慢，检测电压≥210V，检测到放电电流，计时8S后结束，重新进入准备状态，等待下一周期重复S11；

S12：蓄电池异常程序：

S121：检测开始程序运行，若在检测时间内检测到电压下降趋势快，但检测电压≥210V，则判断结果为蓄电池异常一般告警；

S122：若在检测时间内检测电压在198～210V间，则判断结果为蓄电池异常中级告警；

S123：若在检测时间内检测电压≤198V，则判断结果为蓄电池故障或开路紧急告警；

S3：装置故障程序：检测开始程序运行，检测电压≥210V，电流＝0A，立即停止测试，则判断结果为装置异常，并向后台发出装置故障告警；

S4：第二延时：系统启动检测时同时启动第二延时继电器，第二延时继电器接点直接接于ZJ2控制回路中，若出现系统异常无法控制负载断开时，则继电器直接动作断开负载，以防止装置死机等异常导致蓄电池长期放电或过热。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池组开路故障的在线检测方法，其特征在于：所述主回路接于直流系统蓄电池输入和熔断器之间，正常运行时ZJ1为常闭点，将二极管D1短接，充电机和蓄电池直接并联浮充运行；

装置启动时，ZJ1常闭接点断开使二极管接入蓄电池与充电机之间，相当于蓄电池与充电机隔离，蓄电池相当于电路上退出系统；

所述控制回路实现功能如下：

(1)系统控制及定时功能：

定时功能采用STM32单片机内部的时钟系统模块(SYSCLK)，定时器通过设置时间对时间进行校准，也能够通过主控在特定时间进行校准，设定程序后，能实现在装置上任意设置运行参数，包括对开始放电时间、放电时长、放电电流和检测电压变化率参数进行设置，当系统运行到设置时间时，系统开始检测动作，当系统预设检测时间到时，则停止检测，断开负载；

(2)ZJ1、ZJ2动作：

①系统运行到指定时间，STM32发出启动命令，控制ULN2803ADW使JD1动作，JD1控制ZJ1动作，ZJ1是常闭接点开关，作用是将蓄电池投入和退出系统；当系统开始对蓄电池检测时，断开该开关，使蓄电池与系统隔离，当蓄电池检测完成并且检测电池正常时，接通该开关将蓄电池恢复正常运行继续充电；

②系统运行到指定时间，STM32发出启动命令，控制ULN2803ADW使JD3动作，JD3控制ZJ2动作，ZJ2是常开接点开关，作用是使给蓄电池带上负载放电，当系统开始对电池检测时，接通该开关，该开关分几路子开关，用于调节放电时电流，放电电流能够在装置上进行配置，当检测中发现蓄电池放电异常或者检测时间到时，断开该开关；

③电压采集：电压采集由采集单元和模数转换AD7606组成，电压采集分为两路，一路采集蓄电池侧电压，另一路检测充电机侧电压；在ZJ1动作时，实际上系统与蓄电池是隔离的，两个检测点的电压不一致；设置第二路电压检测，以防止在检测过程中或准备检测时，因交流电停电或充电机故障时，装置继续对蓄电池进行检测；首先检测蓄电池过程中发现充电机侧电压异常立即停止放电，在准备检测时，若充电机侧电压异常，就闭锁装置的控制，防止充电机异常时继续对蓄电池进行检测；

(3)电压采集及电压检测判断依据、判断阈值：

根据所检测的蓄电池容量来设置蓄电池的放电电流大小，检测时根据电压下降幅度，以及下降斜率，在放电过程中，每隔100ms检测一次电压，如果电压达到以下标准，则判断蓄电池故障或异常；

①检测开始程序运行，若在检测时间内检测到电压下降趋势快，但检测电压≥210V判断为蓄电池异常一般告警；

②若在检测时间内检测电压在198～210V间，判断结果为蓄电池异常中级告警；

③若在检测时间内检测电压≤198V，判断结果为蓄电池故障或开路紧急告警；

(4)控制器断开负载过程：

控制器在检测过程中，会根据配置的放电电流情况进行放电，这个过程中会接通部分负载，当检测完成或者检测过程中发现蓄电池放电异常时，就开始断开负载，如果是正常检测完成，则按照阶梯式逐步断开负载，如果是在检测过程中发现异常时，则立即断开所有负载，并结束检测命令。