CN109917302A - 新型蓄电池组核容测试设备及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电池充放电技术领域，尤其涉及一种新型蓄电池组核容测试设备及其测试方法。包括直流电源模块、充放电模块、蓄电池模块、充放电控制模块；蓄电池模块由单节电池串联组成；直流电源模块的正负极分别与蓄电池模块的前后端电连接；充放电模块包括充电单元和放电单元；充放电控制模块，包括依次跨接在各个单节电池上的一级电路单元，以及连接一级电路单元与充放电模块的二级电路单元；测试方法则将以前整组电池核容测试改为单节核容测试。该技术在充放电过程中直至完成整个核容测试后，电池组的剩余容量保持在80％以上，能够有效解决整组电池核容后备用容量不足的问题。

Description

新型蓄电池组核容测试设备及其测试方法

技术领域

本发明属于电池充放电技术领域，尤其涉及一种新型蓄电池组核容测试设备及其测试方法。

背景技术

电力开闭所110V直流系统蓄电池组(9节12V串联)，每年的定期容量核对，目前使用假负载放电仪表对整组电池进行放电，但如果在放电过程中，出现市电停止，蓄电池的容量不足等，则会影响蓄电池的续航时长，导致站点停站。按照操作规范，电池组的常规后备容量应当保证在80％以上以满足日常工作需求，而目前的技术要实现开闭所110V直流电源后备电池组9节12V系统的充放电核容测试，需要使用整组放电仪、充电机、后备电池组等仪表，不仅导致高昂的设备购买、维护、运输、使用成本，还需要大量的人力物力支持。

处于成本以及实际需求的考虑，开闭所110直流系统一般是单电源配置，现在常规的假负载整组放电核容技术，在完成后会将电池组容量消耗80％，剩余容量不足。导致核容测试过程中，蓄电池状态不满足规范要求，一旦此时出现停电等异常状况，会导致蓄电池无法提供足够的后备容量，影响开闭所正常运行。

发明内容

本发明创造的目的在于，提供一种操作简单、成本低、能够保证蓄电池充放电结束后仍保有足够剩余电量，不影响开闭所正常运行的核容测试设备以及测试方法。

为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。

一种新型蓄电池组核容测试设备，包括电压采集电路，还包括直流电源模块、充放电模块、蓄电池模块、充放电控制模块；蓄电池模块由9个单节电池C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉串联组成；直流电源模块的正负极分别与蓄电池模块的前后端电连接，在蓄电池组的正极与直流电源模块之间设置有继电器K₀；充放电模块包括充电单元和放电单元；充电单元的输入端正负极分别与直流电源两端电连接；

充放电控制模块，包括依次跨接在各个单节电池上的一级电路单元，以及连接一级电路单元与充放电模块的二级电路单元；

一级电路单元包括正负极电路以及三岔电路，正负极电路的前端依次电连接至一个单节电池的正极或者负极，相邻的单节电池正负极与同一个正负极级电路的前端相连，正负极电路总数量为10；正负极电路的后端分别设置有继电器K_i(i＝1、2...10)；

三岔电路的数目为3，包括1个前端4个分叉后端3个分叉的第一三岔电路b₁，还包括2个前端和后端均有3个分叉的第二三岔电路b₂、b₃；第一三岔电路b₁的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₁、C₄的正极和C₉的负极电连接；第一三岔电路b₁的后端分叉依次设置有继电器R₁、R₂、R₃；第二三岔电路b₂的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₂、C₅、C₈的正极电连接；第二三岔电路b₂的后端分叉依次设置有继电器R₄、R₅、R₆；第二三岔电路b₃的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₃、C₆、C₉的正极电连接；第二三岔电路b₃的后端分叉依次设置有继电器R₇、R₈、R₉；

二级电路单元依次包括3个二级电路d₁、d₂、d₃，各二级电路包括前端的3个分叉以及后端的一个总线；二级电路d₁的前端分叉依次分别与第一三岔电路B₁的继电器R₁、R₄、R₇电连接，并通过继电器R₁、R₄、R₇控制二级电路d₁前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₁后端的总线连接至充电单元的正极输出端；二级电路d₂的前端分叉依次分别与第一三岔电路的继电器R₂、R₅、R₈电连接，并通过继电器R₂、R₅、R₈控制二级电路d₂前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₂后端的总线与充电单元的负极输出端放电单元的正极输入端电连接；二级电路d₃的前端分叉依次分别与第一三岔电路的继电器R₃、R₆、R₉电连接，并通过继电器R₃、R₆、R₉控制二级电路d₃前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₃后端的总线连接至放电单元的负极输入端；

所述电压采集电路分别于各单节电池连接以获取各单节电池电压信号。

对前述新型蓄电池组核容测试设备的进一步改进还包括，还设置有包括主控模块、后台接口及数据模块，以及工作电源；

其中主控模块主要包括用于控制充放电控制模块以及充放电模块中各继电器通断的MCU主控单元以及相应的外围支持电路；其中MCU主控单元内存储有表1中各继电器通断状态的控制数据；

后台接口及数据模块与主控模块以及充放电模块连接以获取MCU主控单元运行数据，以及充电单元、放电单元的运行状态等数据；

工作电源是指外设独立电源或者由网路或蓄电池提供各模块或单元正常工作所需的工作电压。

本发明还涉及一种新型蓄电池组核容测试设备的核容测试方法，包括如下步骤：

进行充放电工作时，控制继电器K₀断开，K₀断开后电池组脱离直流电源，控制K₁、K₂、R₂、R₆闭合，单节电池C₁接入放电单元，利用阻性负载对单节电池C₁进行放电；

在继电器K₀跨接二极管D₀；放电过程中出现停电时，电池组通过二级管D₀向直流系统提供后备能量；并闭合R₁、R₅,断开R₂、R₆，使单节电池C₁正负极接入充电单元的正负极，充电单元将整组电池的电压整流调整为12V代替单节电池C₁进行串联输出，实现整组电池对外供电；

不停电时，将单节电池C₁放电到电压下限，断开R₂、R₆，闭合R₁、R₅，充电单元对单节电池C₁进行充电，单节电池C₁充满后，恢复待机状态，并依照上述步骤，逐一对各单节电池进行核容测试，其中各继电器充放电过程中的通断状态如下表所示：

其中，表中“1”代表继电器闭合，“0”代表继电器断开。

其有益效果在于：

基于本发明的新型蓄电池组核容测试设备及测试方法，通过在保持整体电源完整的供电能力的前提下实现对单节电池的逐次充放电核容，有效保证了开闭所运行的稳定性，同时该测试设备结构简单，操控便捷，进行核容测试的硬件以及人力成本大大下降，且该测试设备以及测试方法控制过程简单高效，能够非常便捷的实现后台远程控制，安装完成后，实现远程完成电力开闭所电池组的安全高效充放电核容测试。本发明解决了核容放电后备用能量不足问题，将以前整组电池核容测试改为单节核容测试。该技术在充放电过程中直至完成整个核容测试后，电池组的剩余容量保持在80％以上，能够有效解决整组电池核容后备用容量不足的问题。

附图说明

图1是新型蓄电池组核容测试设备的主电路结构原理图；

图2是具体实施例中新型蓄电池组核容测试设备的结构原理图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。

如图1所示，本发明的一种新型蓄电池组核容测试设备，包括：直流电源模块、充放电模块、蓄电池模块、充放电控制模块；

蓄电池模块由9个单节电池C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉串联组成；直流电源模块的正负极分别与蓄电池模块的前后端电连接，在蓄电池组的正极与直流电源模块之间设置有继电器K₀；充放电模块包括充电单元和放电单元；充电单元的输入端正负极分别与直流电源两端电连接；

充放电控制模块，包括依次跨接在各个单节电池上的一级电路单元，以及连接一级电路单元与充放电模块的二级电路单元；

一级电路单元包括正负极电路以及三岔电路，正负极电路的前端依次电连接至一个单节电池的正极或者负极，相邻的单节电池正负极与同一个正负极级电路的前端相连，正负极电路总数量为10；正负极电路的后端分别设置有继电器K_i(i＝1、2...10)；

三岔电路的数目为3，包括1个前端4个分叉后端3个分叉的第一三岔电路b₁，还包括2个前端和后端均有3个分叉的第二三岔电路b₂、b₃；第一三岔电路b₁的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₁、C₄的正极和C₉的负极电连接；第一三岔电路b₁的后端分叉依次设置有继电器R₁、R₂、R₃；第二三岔电路b₂的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₂、C₅、C₈的正极电连接；第二三岔电路b₂的后端分叉依次设置有继电器R₄、R₅、R₆；第二三岔电路b₃的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₃、C₆、C₉的正极电连接；第二三岔电路b₃的后端分叉依次设置有继电器R₇、R₈、R₉；

二级电路单元依次包括3个二级电路d₁、d₂、d₃，各二级电路包括前端的3个分叉以及后端的一个总线；二级电路d₁的前端分叉依次分别与第一三岔电路B₁的继电器R₁、R₄、R₇电连接，并通过继电器R₁、R₄、R₇控制二级电路d₁前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₁后端的总线连接至充电单元的正极输出端；二级电路d₂的前端分叉依次分别与第一三岔电路的继电器R₂、R₅、R₈电连接，并通过继电器R₂、R₅、R₈控制二级电路d₂前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₂后端的总线与充电单元的负极输出端放电单元的正极输入端电连接；二级电路d₃的前端分叉依次分别与第一三岔电路的继电器R₃、R₆、R₉电连接，并通过继电器R₃、R₆、R₉控制二级电路d₃前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₃后端的总线连接至放电单元的负极输入端；其中电压采集电路分别于各单节电池连接以获取各单节电池电压信号。

新型蓄电池组核容测试设备的核容测试方法，包括如下步骤：

进行充放电工作时，控制继电器K₀断开，K₀断开后电池组脱离直流电源，控制K₁、K₂、R₂、R₆闭合，单节电池C₁接入放电单元，利用阻性负载对单节电池C₁进行放电；

在继电器K₀跨接二极管D₀；放电过程中出现停电时，电池组通过二级管D₀向直流系统提供后备能量；并闭合R₁、R₅,断开R₂、R₆，使单节电池C₁正负极接入充电单元的正负极，充电单元将整组电池的电压整流调整为12V代替单节电池C₁进行串联输出，实现整组电池对外供电；不停电时，将单节电池C₁放电到电压下限，断开R₂、R₆，闭合R₁、R₅，充电单元对单节电池C₁进行充电，单节电池C₁充满后，恢复待机状态；

依照上述步骤，逐一对各单节电池进行核容测试，其中各继电器充放电过程中的通断状态如下表所示：

表1各继电器充放电过程中的通断状态表

其中，表中“1”代表继电器闭合，“0”代表继电器断开。

以下结合具体实施过程中以及基于实际需求，对前述新型蓄电池组核容测试设备进行进一步完善和说明，如图2所示，为便于实现自动化控制，提高核容测试设备的智能化高效化，本发明的新型蓄电池组核容测试设备在实际应用时还增设了主控模块、后台接口及数据模块，以及用于支持上述单元正常运行的工作电源；

其中主控模块主要包括用于控制充放电控制模块以及充放电模块中各继电器通断的MCU主控单元以及相应的外围支持电路；其中MCU主控单元内存储有表1中各继电器通断状态的控制数据。

后台接口及数据模块与主控模块以及充放电模块连接以获取MCU主控单元运行数据，以及充电单元、放电单元的运行状态等数据，以便于持续记录和更新工作状态数据，便于后期维护检修以及作为远程控制的支持数据；

工作电源可以是外设独立电源或者由网路或蓄电池提供上述模块或单元正常工作所需的工作电压；

进一步地，可以借助充放电模块的电路构建电压采集辅助单元，以便于实时监控蓄电池充放电程度，保证充放电进程安全进行，防止过充，反馈蓄电池异常电压波动。

本发明的核心在于充放电控制模块电路结构及其控制方法，该电路结构已由图1提供，且控制表数据已经说明，在上述基础之上，基于该电路设计主控模块并设置MCU单元的控制数据较为简单，相应的后台接口及数据模块等扩充模块的电路也属于成熟的电路设计技术，因此上述内容在此不予赘述；但需要说明的是，无前述基础，则采用相应的控制结构以及控制方案则并非现有。

以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (3)

1.一种新型蓄电池组核容测试设备，包括电压采集电路，其特征在于，还包括：直流电源模块、充放电模块、蓄电池模块、充放电控制模块；

蓄电池模块由9个单节电池C₁、C₂、C₃、C₄、C₅、C₆、C₇、C₈、C₉串联组成；直流电源模块的正负极分别与蓄电池模块的前后端电连接，在蓄电池组的正极与直流电源模块之间设置有继电器K₀；充放电模块包括充电单元和放电单元；充电单元的输入端正负极分别与直流电源两端电连接；

充放电控制模块，包括依次跨接在各个单节电池上的一级电路单元，以及连接一级电路单元与充放电模块的二级电路单元；

一级电路单元包括正负极电路以及三岔电路，正负极电路的前端依次电连接至一个单节电池的正极或者负极，相邻的单节电池正负极与同一个正负极级电路的前端相连，正负极电路总数量为10；正负极电路的后端分别设置有继电器K_i；

三岔电路的数目为3，包括1个前端4个分叉后端3个分叉的第一三岔电路b₁，还包括2个前端和后端均有3个分叉的第二三岔电路b₂、b₃；第一三岔电路b₁的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₁、C₄的正极和C₉的负极电连接；第一三岔电路b₁的后端分叉依次设置有继电器R₁、R₂、R₃；第二三岔电路b₂的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₂、C₅、C₈的正极电连接；第二三岔电路b₂的后端分叉依次设置有继电器R₄、R₅、R₆；第二三岔电路b₃的前端分叉依次通过继电器K_i以及正负极电路与单节电池C₃、C₆、C₉的正极电连接；第二三岔电路b₃的后端分叉依次设置有继电器R₇、R₈、R₉；

二级电路单元依次包括3个二级电路d₁、d₂、d₃，各二级电路包括前端的3个分叉以及后端的一个总线；二级电路d₁的前端分叉依次分别与第一三岔电路B₁的继电器R₁、R₄、R₇电连接，并通过继电器R₁、R₄、R₇控制二级电路d₁前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₁后端的总线连接至充电单元的正极输出端；二级电路d₂的前端分叉依次分别与第一三岔电路的继电器R₂、R₅、R₈电连接，并通过继电器R₂、R₅、R₈控制二级电路d₂前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₂后端的总线与充电单元的负极输出端放电单元的正极输入端电连接；二级电路d₃的前端分叉依次分别与第一三岔电路的继电器R₃、R₆、R₉电连接，并通过继电器R₃、R₆、R₉控制二级电路d₃前端分叉与三岔电路后端分叉的连通；二级电路d₃后端的总线连接至放电单元的负极输入端；

所述电压采集电路分别于各单节电池连接以获取各单节电池电压信号。

2.根据权利要求1所示的一种新型蓄电池组核容测试设备，其特征在于，还包括主控模块、后台接口及数据模块，以及工作电源；

其中主控模块主要包括用于控制充放电控制模块以及充放电模块中各继电器通断的MCU主控单元以及相应的外围支持电路；其中MCU主控单元内存储有表1中各继电器通断状态的控制数据；

后台接口及数据模块与主控模块以及充放电模块连接以获取MCU主控单元运行数据，以及充电单元、放电单元的运行状态等数据；

工作电源是指外设独立电源或者由网路或蓄电池提供各模块或单元正常工作所需的工作电压。

3.新型蓄电池组核容测试设备的核容测试方法，其特征在于，包括如下步骤：

进行充放电工作时，控制继电器K₀断开，K₀断开后电池组脱离直流电源，控制K₁、K₂、R₂、R₆闭合，单节电池C₁接入放电单元，利用阻性负载对单节电池C₁进行放电；

在继电器K₀跨接二极管D₀；放电过程中出现停电时，电池组通过二级管D₀向直流系统提供后备能量；并闭合R₁、R₅,断开R₂、R₆，使单节电池C₁正负极接入充电单元的正负极，充电单元将整组电池的电压整流调整为12V代替单节电池C₁进行串联输出，实现整组电池对外供电；不停电时，将单节电池C₁放电到电压下限，断开R₂、R₆，闭合R₁、R₅，充电单元对单节电池C₁进行充电，单节电池C₁充满后，恢复待机状态；

依照上述步骤，以及下表中各继电器在充放电过程中的通断状态表，逐一对各单节电池进行核容测试：

其中，表中“1”代表继电器闭合，“0”代表继电器断开。