CN112394287A - 一种电池开路检测装置及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池开路检测装置及其检测方法，包括：采集单元、可控开关和数据处理单元，采集单元包括电流采集单元和电压采集单元，可控开关，用于切换回路状态，回路状态包括断开状态和闭合状态；电流采集单元，用于采集闭合状态下的目标电流；电压采集单元，用于采集闭合状态下的第一电压和断开状态下的第二电压；数据处理单元，用于根据目标电流、第一电压和第二电压，确定电池电路状态，电池电路状态包括开路状态。根据本发明的技术方案，结构简单且为无源检测，成本低，有利于实现产品化，使电池在浮充状态下也能实现单个电池的在线监测，能确保电池在开路前期通过数据分析得到预测，中期时进行数据告警。

Description

一种电池开路检测装置及其检测方法

技术领域

本发明涉及到电池管理系统技术领域，尤其涉及一种电池开路检测装置及其检测方法。

背景技术

目前市面上主流的后备电源是：UPS（Uninterruptible Power Supply，不间断电源）与直流电源；UPS由一组或者多组蓄电池与逆变器组成，把交流电转换为直流电后把电能储存在蓄电池中，使用时再将直流电能逆变回交流电能；直流电源将交流电直接转换成直流电为设备供电并将多余的电能储存在蓄电池组中，直流电源一般只带一组或者 2组蓄电池，当市电断电时直接由蓄电池为设备供电。不管是UPS还是直流电源都是离不开蓄电池。

蓄电池主要由外壳、盖子、加液孔塞、连接板、接柱、极板隔板和电解液等组成。当蓄电池给设备供电时需要提供相当大的电流，输出电量跟电池容量有关，当蓄电池内部开路或者微开路都无法正常输出电流，严重时电池发烫引发火灾。

蓄电池受加工工艺以及使用年限影响容易形成电池开路及微开路现象。蓄电池内部开路的原因有电解液干涸、极板损坏断裂、蓄电池工艺等原因，有的内部接近开路状态，但并非完全开路，只是电池内部形成一个很大的电阻，即蓄电池的微开路现象。蓄电池内阻增大，造成蓄电池本身的压降增大。放电时由开路电池形成的大电阻分担了蓄电池组的大部分电压，造成直流电压急剧下降。

目前的现有技术中，以数据中心为例，检测多年老化电池开路状态。数据中心每年会对蓄电池组进行核对性放电，核对性放电试验是指每年以实际负载做一次（UPS使用的密封电池）放电试验，每次放出电池组额定容量的30%-40%。通过核对性放电试验可以检验出各只单体电池间的连接是否可靠，电池内部是否有短路、断开等故障，整组电池放电性能是否严重劣化、是否存在落后电池等。

容量试验是指每三年做一次容量试验，放出电池组额定容量的80%。使用六年后的电池应每年一次。对于UPS使用的蓄电池，每年做一次，核对性放电试验和容量试验的整个过程都严谨复杂。

另外，现有技术中一种铅酸蓄电池开路失效试验系统和预判方法（CN108445413A），能够预判铅酸蓄电池在常温环境下持续浮充充电，因内部腐蚀，造成开路失效之前，铅酸蓄电池的可靠使用年限。但上述方法需要在特定环境及特定条件下才能完成，对于实际的蓄电池应用环境下无法实现，无法针对实际的蓄电池应用实现产品化和推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种电池开路检测装置及其检测方法，结构简单且为无源检测，成本低，有利于实现产品化，使电池在浮充状态下也能实现单个电池的在线监测，能确保电池在开路前期通过数据分析得到预测，中期时进行数据告警。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电池开路检测装置，包括：采集单元、可控开关和数据处理单元，所述采集单元包括电流采集单元和电压采集单元，

所述可控开关，用于切换回路状态，所述回路状态包括断开状态和闭合状态；

所述电流采集单元，用于采集所述闭合状态下的目标电流；

所述电压采集单元，用于采集所述闭合状态下的第一电压和所述断开状态下的第二电压；

所述数据处理单元，用于根据所述目标电流、所述第一电压和所述第二电压，确定电池电路状态，所述电池电路状态包括开路状态；

所述电压采集单元的两端分别与第一端子和第二端子电连接，所述电流采集单元的一端与所述可控开关的一端电连接，所述电流采集单元的另一端与所述第一端子电连接，所述可控开关的另一端与所述第二端子电连接，所述第一端子和所述第二端子用于分别与电池的正极和负极电连接。

可选的，所述数据处理单元包括电路状态信息计算单元和电路状态确定单元，所述电路状态信息计算单元与所述电流采集单元电连接，所述电路状态信息计算单元与所述电压采集单元电连接，所述电路状态信息计算单元用于根据所述目标电流、所述第一电压和所述第二电压得到电路状态信息，所述电路状态确定单元与所述电路状态信息计算单元电连接，所述电路状态确定单元用于根据所述电路状态信息确定所述电池电路状态。

可选的，所述电流采集单元包括电流采集装置和保护电阻，所述电流采集装置和所述保护电阻串联连接。

可选的，还包括通讯单元，所述通讯单元与所述数据处理单元电连接，所述通讯单元用于所述数据处理单元与总控制器之间建立通讯连接。

可选的，还包括报警单元，所述报警单元与所述电路状态确定单元电连接，所述报警单元用于当接收到报警信号时发出警报，所述报警信号为所述电路状态确定单元在确定所述电池电路状态为开路状态的情况下发出的。

可选的，还包括开关控制器，所述开关控制器与所述数据处理单元电连接，所述开关控制器与所述可控开关电连接。

可选的，还包括电路状态信息存储单元，所述电路状态信息存储单元与所述数据处理单元电连接。

另一方面，本发明还提供了一种电池开路检测方法，应用于电池开路检测装置，所述电池开路检测装置包括电流采集单元、电压采集单元和可控开关，所述电压采集单元的两端分别与第一端子和第二端子电连接，所述电流采集单元的一端与所述可控开关的一端电连接，所述电流采集单元的另一端与所述第一端子电连接，所述可控开关的另一端与所述第二端子电连接，所述第一端子和所述第二端子用于分别与电池的正极和负极电连接，所述检测方法包括：

当所述可控开关闭合时，得到第一电压和目标电流；

当所述可控开关断开时，得到第二电压；

根据所述第一电压、第二电压和目标电流，得到电路状态信息；

根据所述电路状态信息，确定电池电路状态。

可选的，所述电池电路状态包括开路状态和正常状态，所述根据所述电路状态信息，确定电池电路状态，包括：

当所述电路状态信息不满足预设条件时，所述电池电路状态为开路状态，并向报警单元发送报警信号；

当所述电路状态信息满足预设条件时，所述电池电路状态为正常状态，并获取当前时间；

建立所述当前时间和所述当前时间对应的电路状态信息的映射关系，并存入历史信息数据库，以通过所述历史信息数据库中的历史数据预测电池状态。

可选的，所述预设条件为所述电路状态信息在预设阈值范围内。

本发明提供的一种电池开路检测装置及其检测方法，结构简单且为无源检测，成本低，有利于实现产品化，使电池在浮充状态下也能实现单个电池的在线监测，能确保电池在开路前期通过数据分析得到预测，中期时进行数据告警。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，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的介绍。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的前提下，还能够根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明实施例提供的一种电池开路检测装置的示意图。

图2是本发明实施例提供的一种电池开路检测装置中数据处理单元的具体连接关系示意图。

图3是本发明实施例提供的一种电池开路检测方法的流程图。

图4是本发明实施例提供的一种电池开路检测方法中确定电池电路状态的流程图。

附图标记：

1-电流采集单元，11-电流采集装置，12-保护电阻，2-电压采集单元，3-数据处理单元，31-电路状态信息计算单元，32-电路状态确定单元，4-可控开关，41-开关控制器，5-第一端子，6-第二端子，7-通讯单元，8-报警单元，9-电路状态信息存储单元，10-电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。

另外，为了更好的说明本申请，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本申请同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本申请的主旨。

图1为本发明实施例提供的一种电池开路检测装置的示意图。本发明实施例提供了一种电池开路检测装置，包括：采集单元、可控开关4和数据处理单元3，采集单元包括电流采集单元1和电压采集单元2，可控开关4，用于切换回路状态，回路状态包括断开状态和闭合状态；电流采集单元1，用于采集闭合状态下的目标电流；电压采集单元2，用于采集闭合状态下的第一电压和断开状态下的第二电压；数据处理单元3，用于根据目标电流、第一电压和第二电压，确定电池电路状态，电池电路状态包括开路状态；电压采集单元2的两端分别与第一端子5和第二端子6电连接，电流采集单元1的一端与可控开关4的一端电连接，电流采集单元1的另一端与第一端子5电连接，可控开关4的另一端与第二端子6电连接，第一端子5和第二端子6用于分别与电池10的正极和负极电连接。本发明提供的一种电池开路检测装置，结构简单且为无源检测，成本低，有利于实现产品化，使电池在浮充状态下也能实现单个电池的在线监测，能确保电池在开路前期通过数据分析得到预测，中期时进行数据告警，可靠性高。

图2为本发明实施例提供的一种电池开路检测装置中数据处理单元的具体连接关系示意图。在一个可能的实施方式中，数据处理单元3包括电路状态信息计算单元31和电路状态确定单元32，电路状态信息计算单元31与电流采集单元1电连接，电路状态信息计算单元31与电压采集单元2电连接，电路状态信息计算单元31用于根据目标电流、第一电压和第二电压得到电路状态信息，电路状态确定单元32与电路状态信息计算单元31电连接，电路状态确定单元32用于根据电路状态信息确定电池电路状态。

在一个可能的实施方式中，电流采集单元1包括电流采集装置11和保护电阻12，电流采集装置11和保护电阻12串联连接。其中，在采集电流过程中保护电阻起到了保护电池的作用，避免由于放电电流过大造成能量损失甚至对电池造成损坏，电流采集装置负载采集流经保护电阻的目标电流。

在一个可能的实施方式中，还包括通讯单元7，通讯单元7与数据处理单元3电连接，通讯单元7用于数据处理单元3与总控制器之间建立通讯连接。由于电池处于浮充状态时，可以采用本发明对电池进行开路检测，可以通过通讯单元7将检测结果发送至数据中心的总控制器，以便于数据中心在接收到检测结果后可以根据检测结果进行进一步的操作。

在一个可能的实施方式中，还包括报警单元8，报警单元8与电路状态确定单元32电连接，报警单元8用于当接收到报警信号时发出警报，报警信号为电路状态确定单元32在确定电池电路状态为开路状态的情况下发出的。其中，当确定电池电路状态为开路状态时，通过报警单元8发出报警信号，提示用户进行检修和维护。

在一个可能的实施方式中，还包括开关控制器41，开关控制器41与数据处理单元3电连接，开关控制器41与可控开关4电连接。开关控制器41可以控制可控开关4断开和闭合实现回路状态切换。

在一个可能的实施方式中，还包括电路状态信息存储单元9，电路状态信息存储单元9与数据处理单元3电连接。电路状态信息存储单元9可以用来存储电路状态信息，便于用户通过读取电池的电路状态信息的历史数据，进一步观察和了解电池状态，以便能够在电池故障前期结合其他电池数据对故障进行预判，避免由于电池故障造成的损失。

另一方面，本申请实施例还提供了一种电池开路检测方法，图3为本发明实施例提供的一种电池开路检测方法的流程图，应用于电池开路检测装置，具体地可以应用于数据处理单元，所述电池开路检测装置包括电流采集单元、电压采集单元和可控开关，所述电压采集单元的两端分别与第一端子和第二端子电连接，所述电流采集单元的一端与所述可控开关的一端电连接，所述电流采集单元的另一端与所述第一端子电连接，所述可控开关的另一端与所述第二端子电连接，所述第一端子和所述第二端子用于分别与电池的正极和负极电连接，所述检测方法包括：

S100.当所述可控开关闭合时，得到第一电压和目标电流；

S200.当所述可控开关断开时，得到第二电压；

S300.根据所述第一电压、所述第二电压和所述目标电流，得到电路状态信息；

其中，电路状态信息可以是用于表征电路是否处于微开路或开路的状态的信息，可以是代表电池开路、微开路或未发生异常的信息，也可以是电池内阻信息。具体地，在得到第一电压、第二电压和目标电流后，可以通过判断第一电压、第二电压和目标电流是否满足预设阈值，以确定电池状态信息。具体地还可以是，将第二电压与第一电压的差除以目标电流得到电池内阻，并将计算得到的电池内阻作为电池状态信息。

S400.根据所述电路状态信息，确定电池电路状态。

其中，电池电路状态可以是用于表征电池电路状态的信息，具体的可以为正常状态或开路状态。

在一个可能的实施方式中，图4为本发明实施例提供的一种电池开路检测方法中确定电池电路状态的流程图，所述电池电路状态包括开路状态和正常状态，所述根据所述电路状态信息，确定电池电路状态，包括：

S401.当所述电路状态信息不满足预设条件时，所述电池电路状态为开路状态，并向报警单元发送报警信号；

其中，具体地电路状态信息为电池内阻信息时，若电池内阻信息不满足预设条件，即检测到电池内部可能为开路状态，向报警单元发送报警信号，以使报警单元发出报警，提示用户检查和维修。

S402.当所述电路状态信息满足预设条件时，所述电池电路状态为正常状态，并获取当前时间；

S403.建立所述当前时间和所述当前时间对应的电路状态信息的映射关系，并存入历史信息数据库，以通过所述历史信息数据库中的历史数据预测电池状态。

其中，通过建立历史信息数据库，便于用户通过读取电池的电路状态信息的历史数据，进一步观察和了解电池状态，以便能够在电池故障前期结合其他电池数据对故障进行预判，避免由于电池故障造成的损失。如电池内阻的历史信息中，可以通过观察看到电池内阻逐渐增大的过程时，能够依据电池内阻增大的过程对电池未来的运行状态进行预判。

在一个可能的实施方式中，所述预设条件为所述电路状态信息在预设阈值范围内。具体的可以为，当电路状态信息为电池内阻时，预设阈值可以为电池内阻处于正常状态下的阈值，具体的可以依据用户需要进行设定，在此不做限定。

本发明实施例提供的一种电池开路检测装置及其检测方法，结构简单且为无源检测，成本低，有利于实现产品化，使电池在浮充状态下也能实现单个电池的在线监测，能确保电池在开路前期通过数据分析得到预测，中期时进行数据告警，可靠性高。

在上述实施例中，对各实施例的描述都各有侧重，某各实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims (10)

1.一种电池开路检测装置，其特征在于，包括：采集单元、可控开关（4）和数据处理单元（3），所述采集单元包括电流采集单元（1）和电压采集单元（2），

所述可控开关（4），用于切换回路状态，所述回路状态包括断开状态和闭合状态；

所述电流采集单元（1），用于采集所述闭合状态下的目标电流；

所述电压采集单元（2），用于采集所述闭合状态下的第一电压和所述断开状态下的第二电压；

所述数据处理单元（3），用于根据所述目标电流、所述第一电压和所述第二电压，确定电池电路状态，所述电池电路状态包括开路状态；

所述电压采集单元（2）的两端分别与第一端子（5）和第二端子（6）电连接，所述电流采集单元（1）的一端与所述可控开关（4）的一端电连接，所述电流采集单元（1）的另一端与所述第一端子（5）电连接，所述可控开关（4）的另一端与所述第二端子（6）电连接，所述第一端子（5）和所述第二端子（6）用于分别与电池（10）的正极和负极电连接。

2.根据权利要求1所述的一种电池开路检测装置，其特征在于，所述数据处理单元（3）包括电路状态信息计算单元（31）和电路状态确定单元（32），所述电路状态信息计算单元（31）与所述电流采集单元（1）电连接，所述电路状态信息计算单元（31）与所述电压采集单元（2）电连接，所述电路状态信息计算单元（31）用于根据所述目标电流、所述第一电压和所述第二电压得到电路状态信息，所述电路状态确定单元（32）与所述电路状态信息计算单元（31）电连接，所述电路状态确定单元（32）用于根据所述电路状态信息确定所述电池电路状态。

3.根据权利要求1所述的一种电池开路检测装置，其特征在于，所述电流采集单元（1）包括电流采集装置（11）和保护电阻（12），所述电流采集装置（11）和所述保护电阻（12）串联连接。

4.根据权利要求1所述的一种电池开路检测装置，其特征在于，还包括通讯单元（7），所述通讯单元（7）与所述数据处理单元（3）电连接，所述通讯单元（7）用于所述数据处理单元（3）与总控制器之间建立通讯连接。

5.根据权利要求2所述的一种电池开路检测装置，其特征在于，还包括报警单元（8），所述报警单元（8）与所述电路状态确定单元（32）电连接，所述报警单元（8）用于当接收到报警信号时发出警报，所述报警信号为所述电路状态确定单元（32）在确定所述电池电路状态为开路状态的情况下发出的。

6.根据权利要求1所述的一种电池开路检测装置，其特征在于，还包括开关控制器（41），所述开关控制器（41）与所述数据处理单元（3）电连接，所述开关控制器（41）与所述可控开关（4）电连接。

7.根据权利要求1所述的一种电池开路检测装置，其特征在于，还包括电路状态信息存储单元（9），所述电路状态信息存储单元（9）与所述数据处理单元（3）电连接。

8.一种电池开路检测方法，其特征在于，应用于电池开路检测装置，所述电池开路检测装置包括电流采集单元、电压采集单元和可控开关，所述电压采集单元的两端分别与第一端子和第二端子电连接，所述电流采集单元的一端与所述可控开关的一端电连接，所述电流采集单元的另一端与所述第一端子电连接，所述可控开关的另一端与所述第二端子电连接，所述第一端子和所述第二端子用于分别与电池的正极和负极电连接，所述检测方法包括：

当所述可控开关闭合时，得到第一电压和目标电流；

当所述可控开关断开时，得到第二电压；

根据所述第一电压、所述第二电压和所述目标电流，得到电路状态信息；

根据所述电路状态信息，确定电池电路状态。

9.根据权利要求8所述的一种电池开路检测方法，其特征在于，所述电池电路状态包括开路状态和正常状态，所述根据所述电路状态信息，确定电池电路状态，包括：

当所述电路状态信息不满足预设条件时，所述电池电路状态为开路状态，并向报警单元发送报警信号；

当所述电路状态信息满足预设条件时，所述电池电路状态为正常状态，并获取当前时间；

建立所述当前时间和所述当前时间对应的电路状态信息的映射关系，并存入历史信息数据库，以通过所述历史信息数据库中的历史数据预测电池状态。

10.根据权利要求9所述的一种电池开路检测方法，其特征在于，所述预设条件为所述电路状态信息在预设阈值范围内。

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