CN109870660A - 一种电池组的开路检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电池组的开路检测系统及方法，涉及电池故障检测技术领域，针对现有技术无法准确检测、判断电池组是否处于开路状态，采用包括主处理器、母线电压采样电路、电池组电流采样电路、通讯模块以及报警模块；主处理器第一端口与母线电压采样电路，主处理器第二端口与电池组电流采样电路连接，主处理器第三端口与通讯模块连接，主处理器第四端口与报警模块连接的技术方案。该方案能够通过母线电压与电池组电流的变化准确检测并判断电池组是否存在开路故障。电路结构简单，成本低廉，操作方便，通过简单的电路连接即可确判断电池组是否存在开路故障。

Description

一种电池组的开路检测系统及方法

技术领域

本申请涉及电池故障检测技术领域，特别涉及一种电池组的开路检测系统及方法。

背景技术

蓄电池是直流电源系统的重要组成部分，它的可靠性都直接决定直流电源系统的可靠性。一个方面是由于蓄电池内部电解液干涸、极板损坏断裂、蓄电池生产工艺等原因，造成蓄电池变成开路状态。另一个方面是随着蓄电池投入运营年限的增长，蓄电池间的连接接触不良，运行环境不佳导致的连接条腐蚀形成开路问题。以上两个方面都导致电池组无法实现有效的充放电过程。一旦变电站交流系统出现故障，作为后备电源的电池组无法提供保障，将会造成整座变电站的瘫痪。目前国内有较多蓄电池开路检测方面的专利以及期刊等相关的技术方案。除了大电流放电试验、测量端电压和内阻等常规检测方法外，并没有一种能有效检测电池组开路故障的装置或方法。上述的检测装置无法准确的检测出电池组开路故障，还可能存在误判或者漏判的情况出现。

发明内容

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案实现：

一方面，本申请提供了一种电池组的开路检测系统，包括主处理器、母线电压采样电路、电池组电流采样电路、通讯模块以及报警模块；

所述主处理器第一端口与所述母线电压采样电路，所述主处理器第二端口与电池组电流采样电路连接，所述主处理器第三端口与通讯模块连接，所述主处理器第四端口与报警模块连接。

优选地，所述主处理器采样STM32F407ZGT6处理器。

优选地，所述母线电压采样电路包括隔离放大器AMC1200及AD8552放大器，母线电压采样电路用于采集直流母线的电压值。

优选地，所述电池组电流采样电路包括隔离放大器AMC1200及AD8552放大器，电池组电流采样电路用于采集电池组电流值。

优选地，所述通讯模块采用无线通讯模块，用于将数据发送到客户端，客户端包括笔记本电脑、智能手机。

优选地，所述报警模块包括报警灯、蜂鸣器，用于发出警示声光。

另一方面，本申请基于上述系统的基础上，提供了一种电池组开路检测的方法，包括以下步骤：

S1、控制充电机使其输出均充电压Uj并开始计时；

S2、检测母线电压；

S3、检测电池组电流I；

S4、判断当前耗时如果小于20S，且电池组电流小于0.03I₁₀时，判定当前电池组存在电池开路故障，否则电路正常；

步骤S4中，I₁₀为蓄电池单体10%的容量值。

优选地，所述步骤S2检测母线电压，为每间隔1s采样一次母线电压值。

优选地，所述步骤S3检测检测电池组电流I，为每间隔100ms采样一次。

本申请相对于现有技术，具有如下有益效果：

电路结构简单，成本低廉，操作方便，通过简单的电路连接即可确判断电池组是否存在开路故障。

附图说明

图1是本申请的系统框架图；

图2是本申请中母线电压采样电路图；

图3是本申请中电池组电流采样电路；

图4是本申请与母线连接示意图；

图5是正常情况下充电电压变化示意图；

图6 电池组充电前开路电压变化示意图；

图7是本申请中检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本申请实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施方式中的图1-7，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，一种电池组的开路检测系统，包括主处理器、母线电压采样电路、电池组电流采样电路、通讯模块以及报警模块。当然，还包括电源模块，系统从电源模块中获取电能，因电源模块是最为常见的，因此未在图中画出。图中，主处理器第一端口与母线电压采样电路，主处理器第二端口与电池组电流采样电路连接，主处理器第三端口与通讯模块连接，主处理器第四端口与报警模块连接。主处理器采样STM32F407ZGT6处理器。

如图2所示，母线电压采样电路包括隔离放大器AMC1200、AD8552放大器以及常见的电容电阻构成，母线电压采样电路用于采集直流母线的电压值。同样的，如图3所示，电池组电流采样电路包括隔离放大器AMC1200、AD8552放大器、电容电阻等构成，电池组电流采样电路用于采集电池组电流值。母线电压采样电路和电池组电流采样电路均是结构类似的比较常见的隔离放大电路，根据图2和图3的电路连接就可以实现。

为了便于将系统数据向外传送，主处理器与通讯模块连接，该通讯模块采用无线通讯模块，典型的可以用带有WIFI功能的模块或者仅能够传送简单数据的基于433MHz的模块，这样可以节省很多布线成本同时又能将数据发送到客户端。客户端包括笔记本电脑、智能手机等终端装置。

为了及时提醒工作人员，主处理器还与报警模块连接，该报警模块包括报警灯、蜂鸣器，用于发出警示声光。由于报警灯、蜂鸣器等均为现有技术，其连接方式都是公知常识，此处不做赘述。

使用时，如图4所示，将母线电压采样电路输入端与母线连接，在电池组GB上串联一个分流器FL，并将电池组电流采样电路与分流器FL连接。根据电池组开路的特征，当电池组发生开路故障时处于断路情况将无电流通过，充电机两端的电压将不再受电池组电压的影响，又因系统充放电时需对充电机进行调压控制，因此观察记录系统电流和充电机电压的变化情况就能推断出是否存在电池组开路故障。图中，空气开关QS1、QS2用于在安装后对系统进行模拟电池组断路测试，以便测试电池的开路检测系统是否正常。

在正常情况下，闭合QS1、QS2并通过调压控制设置充电机的电压为均充电压Uj后，充电机两端的电压将受电池组影响会有一个升压渐变过程，整个过程耗时一般在几个小时至几十个小时，母线电压与电池组电流关系如图5所示。如果发生电池组断路故障，则母线电压与电池组电流的关系如图6所示。根据上述特性，采用如下方法对电池组是否开路进行检测，如图7所示，步骤如下：

1、控制充电机使其输出均充电压Uj并开始计时；

2、检测母线电压；

3、检测电池组电流I；

4、判断当前耗时如果小于20S，且电池组电流小于0.03I₁₀时，判定当前电池组存在电池开路故障，否则电路正常；

步骤S4中，I₁₀为蓄电池单体10%的容量值。

其中，步骤2检测母线电压，为每间隔1s采样一次母线电压值；步骤S3检测检测电池组电流I，为每间隔100ms采样一次。

下面，就以由104节电池容量为300AH的2V的电池构成220V直流系统作为案例进行介绍说明。首先根据传统经验，确定该电池组的浮充电压为234V，均充电压为244V，终止电压为190V，并且在电池组处于浮充状态下。（均充：一种蓄电池的充电模式。为了均衡电池组中各个电池的端压、比重所进行的充电，以定电流和定时间的方式对电池充电，充电较快。浮充是蓄电池组的一种供（放）电工作方式，系统将蓄电池组与电源线路并联连接到负载电路上，它的电压大体上是恒定的，仅略高于蓄电池组的端电压，由电源线路所供的少量电流来补偿蓄电池组局部作用的损耗，以使其能经常保持在充电满足状态而不致过充电。）确定上述参数值后，实时监测系统电流和充电机两端电压。在充电机的电压为浮充电压时，使用调压控制装置调高到均充电压，此时母线电压采样单元每隔1S实时采集电压，电池组电流采样单元以100ms实时采集电流，等待检测到电压值到均充电压时，开始分析整个均充过程的耗时。判断当前耗时如果小于20S，并且系统电流I为0.03I₁₀左右时，判定当前电池组存在电池开路故障。

Claims (9)

1.一种电池组的开路检测系统，其特征在于，包括主处理器、母线电压采样电路、电池组电流采样电路、通讯模块以及报警模块；

所述主处理器第一端口与所述母线电压采样电路，所述主处理器第二端口与电池组电流采样电路连接，所述主处理器第三端口与通讯模块连接，所述主处理器第四端口与报警模块连接。

2.根据权利要求1所述的电池组的开路检测系统，其特征在于：

所述主处理器采样STM32F407ZGT6处理器。

3.根据权利要求1所述的电池组的开路检测系统，其特征在于：

所述母线电压采样电路包括隔离放大器AMC1200及AD8552放大器，母线电压采样电路用于采集直流母线的电压值。

4.根据权利要求1所述的电池组的开路检测系统，其特征在于：

所述电池组电流采样电路包括隔离放大器AMC1200及AD8552放大器，电池组电流采样电路用于采集电池组电流值。

5.根据权利要求1所述的电池组的开路检测系统，其特征在于：

所述通讯模块采用无线通讯模块，用于将数据发送到客户端，客户端包括笔记本电脑、智能手机。

6.根据权利要求1所述的电池组的开路检测系统，其特征在于：

所述报警模块包括报警灯、蜂鸣器，用于发出警示声光。

7.根据权利要求1所述的电池组的开路检测系统用于电池组开路检测的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、控制充电机使其输出均充电压Uj并开始计时；

S2、检测母线电压；

S3、检测电池组电流I；

S4、判断当前耗时如果小于20S，且电池组电流小于0.03I₁₀时，判定当前电池组存在电池开路故障，否则电路正常；

步骤S4中，I₁₀为蓄电池单体10%的容量值。

8.根据权利要求7所述的电池组开路检测的方法，其特征在于：

所述步骤S2检测母线电压，为每间隔1s采样一次母线电压值。

9.根据权利要求7所述的电池组开路检测的方法，其特征在于：

所述步骤S3检测检测电池组电流I，为每间隔100ms采样一次。