CN112737053A - 一种用于储能系统的电池在线检测技术及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于储能系统的电池在线检测技术，包括如下步骤：实时采集电池正极的电流及两端的电压，判断电池是否进入涓流充电阶段；若电池进入涓流充电阶段，向电池施加电压检测脉冲信号，并实时采集在电压脉冲施加过程中电池的电流、电压值；提取在电压脉冲施加过程中采集的电流、电压值，并分别与设定的电流值、电压值进行比较；若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值不同，则认定电池在线，停止施加电压检测脉冲并继续对电池充电；若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值相同，则认定电池不在线，提示告警并停止对电池充电。还公开一种用于储能系统的电池在线检测装置。能检测涓流充电时电池的在线状态，避免发生意外事故。

Description

一种用于储能系统的电池在线检测技术及装置

技术领域

本发明涉及电池在线检测技术领域，具体涉及一种用于储能系统的电池在线检测技术及 装置。

背景技术

储能系统是一种包含能量、物质输入和输出、能量的转换和储存的设备，主要依靠电池 来存储能量，以防主供电单元失电或因事故而断开时，电池仍能为系统供电。如果电池意外 断开，而储能系统未检测到该情况仍向外输送电，一方面会造成能源的浪费，另一方面可能 会导致触电事故。

现有的一般通过电流传感器采集电池的充电电流来检测电池的在线状态，但电池在接近 充电饱和状态下时，充电电流处于一个很小的数值，以至于电流传感器无法精准地采集到电 流数据，这个阶段中就无法对电池的在线状态进行准确检测。如果此时电池断开，系统可能 就无法及时检测到，存在一定的安全隐患。

发明内容

为解决上述技术缺陷，本发明采用的技术方案在于，提供一种用于储能系统的电池在线 检测技术，包括如下步骤：

实时采集电池正极的电流及两端的电压值，根据采集的电流值判断所述电池是否进入涓 流充电阶段；

若所述电池进入涓流充电阶段，向所述电池施加电压检测脉冲信号，并实时采集在电压 脉冲施加过程中电池的电流、电压值；

提取在电压脉冲施加过程中采集的一定数量的电流、电压值，并分别与设定的电流值、 电压值进行比较得到多组结果；

若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值存在一定比例的不同，则认定电池在线， 停止施加电压检测脉冲并继续对电池充电；

若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值存在一定比例的相同，则认定电池不在 线，提示告警并停止对电池充电。

进一步地，所述的向所述电池施加电压检测脉冲信号包括如下步骤：

向所述电池施加峰值电压为Ud，具有一定周期的方波脉冲；其中，Ud＝Ub+X，Ub为电池 在涓流充电阶段的充电电压，X＝5-20‰Ub。

进一步地，所述设定的电流值为模拟电池不在线时施加电压检测脉冲信号过程中的电流 测量值；所述设定的电压值为当前施加的峰值电压值，或者模拟电池不在线时施加电压检测 脉冲信号过程中的电压测量值。

进一步地，当提取的一定数量的电流、电压值有至少1/3与设定的电流值、电压值不同， 则认定电池在线；若比对结果不同的数量占提取总数量的比例低于1/3，则认定电池不在线。

本发明还提供一种用于储能系统的电池在线检测装置，包括：电池、电流采集模块、电 压采集模块、控制器、电压脉冲发生模块及开关，所述电流采集模块及开关串接在电池所在 回路中，所述电压采集模块、电压脉冲发生模块的两端均分别与电池的负极、开关的第二端 部电连接，所述电流采集模块、电压采集模块、电压脉冲发生模块及开关均分别与控制器电 连接。

所述电流采集模块实时采集电池正极的电流并发送给控制器，所述电压采集模块实时采 集所述电池两端的电压并发送给控制器，所述控制器根据采集的电流值判断电池是否进入涓 流充电阶段；如电池进入涓流充电阶段，所述控制器向电压脉冲发生模块发送控制指令，所 述电压脉冲发生模块向电池输出电压检测脉冲，所述控制器提取在电压检测脉冲输出过程中 采集的一定数量的电流、电压值与设定的电流、电压值进行比较得到多组结果，并根据比较 结果判断电池是否在线；若电池不在线，所述控制器控制开关断开，当电池在线，继续对电 池充电。

进一步地，还包括：

告警模块，用于根据所述控制器反馈的电池不在线的信息进行告警；所述控制器与告警 模块电连接。

进一步地，还包括：

存储模块，用于存储实时采集的所述电池的电流、电压值及设定的电流、电压值；所述 存储模块与控制器电连接。

进一步地，所述电压检测脉冲的峰值电压为Ud，其中，Ud＝Ub+X，Ub为电池在涓流充电 阶段的充电电压，X＝5-20‰Ub。

与现有技术比较本发明技术方案的有益效果为：

本发明提供的一种用于储能系统的电池在线检测技术及装置，通过对进入涓流充电阶段 中的电池施加一定的电压检测脉冲信号，根据电压脉冲施加过程中采集的电流、电压值与设 定的电流、电压值进行比较，能检测到电池在充电时意外断开的情况，避免因储能系统无法 准确检测到电池在涓流充电阶段的在线状态可能造成的触电事故，以对储能系统提供更加稳 定可靠的电力供应。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种用于储能系统的电池在线检测技术的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种用于储能系统的电池在线检测技术的逻辑控制图；

图3是本发明实施例提供的电池的充电状态曲线图；

图4是本发明实施例提供的一种用于储能系统的电池在线检测装置的结构原理框图；

图5是本发明实施例提供的电压脉冲发生模块产生的电压检测脉冲的波形图；

图6是本发明实施例提供的电池的等效电路图。

附图标记如下：

1、电池，2、电流采集模块，3、电压采集模块，4、控制器，5、电压脉冲发生模块，6、开关，7、告警模块，8、存储模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

请参阅图1-6所示，本发明提供的一种用于储能系统的电池在线检测技术，包括如下步 骤：

实时采集电池1正极的电流及两端的电压，根据采集的电流值判断电池1是否进入涓流 充电阶段；

若电池1进入涓流充电阶段，向电池1施加电压检测脉冲信号，并实时采集在电压脉冲 施加过程中电池1的电流、电压值；

提取在电压脉冲施加过程中采集的一定数量的电流、电压值，并分别与设定的电流值、 电压值进行比较得到多组结果；

若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值存在一定比例的不同，则认定电池1在 线，停止施加电压检测脉冲并继续对电池1充电；

若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值存在一定比例的相同，则认定电池1不 在线，提示告警并停止对电池1充电。

具体的，采集的电压值辅助判断电池1是否进入涓流充电阶段，根据采集的电流及电压 值对照电池充电的状态曲线表(如图3所示)得出电池1目前的充电阶段。

优选地，向电池1施加电压检测脉冲信号包括如下步骤：

向电池1施加峰值电压为Ud，具有一定周期的方波脉冲；其中，Ud＝Ub+X，Ub为电池在 涓流充电阶段的充电电压，X＝5-20‰Ub。实际操作中，方波脉冲的周期为1s，峰值电压维持 500ms，每次5个周期，每5分钟向电池施加一次电压脉冲。每50ms采集一次电流、电压值， 一个周期就是20次，5个周期分别采集100次电流、电压值。可根据实际需要，对采集的次 数、电压脉冲检测频率及电压检测脉冲施加周期进行调整。

设定的电流值为模拟电池1不在线时施加电压检测脉冲信号过程中的电流测量值，通常 为0；设定的电压值为当前施加的峰值电压值，或者模拟电池1不在线时施加电压检测脉冲 信号过程中的电压测量值，实际应用中采用峰值电压值作为电压设定值。

例如，一共采集在电压脉冲施加过程中的100次电压数据，分别与当前施加的峰值电压 值进行比较，总共有100组比对结果，实际应用中，电压值应注意采样误差，根据实际误差 来设置对比误差精度(如例1：当检测值为99V，设置值为100V，设置的对比误差为1％，则 对比结果为相同:如例2：当检测值为98.9V时，设置值为100V，对比误差为1％，则对比结果为不相同。)

当提取的一定数量的电流、电压值有至少1/3与设定的电流值、电压值不同，则认定电 池1在线；若比对结果不同的数量占提取总数量的比例低于1/3，即提取的的电流、电压值 超过2/3与设定的电流值、电压值相同，则认定电池1不在线。即当提取总数量为100组， 比较数据有33组及以上与设定值不同的时候视为电池1在线，当比较结果33组以下与设定 值不同时，视为电池1不在线。

如图6所示，因为电池1充电时的充电电压Ub＝Us+IR，其中Ub为电池1在涓流充电阶 段时两端的电压，Us为电池等效电压源电压(除去内阻分得电压)，I为充电电流，R是电池 内阻。当脉冲峰值为Ud＝Ub+X的电压时，因为Us不会突变，而电池1内阻R也不会发生突变， 所以会让充电电流I增大。但由于此时电池1趋近于充电饱和状态，会限制I的增加，而I被限制，则此时的输入电压应该也会被限制上升。因此检测得到的电流、电压值应会有一定程度的上升，但与检测施加的方波脉冲波形不同。

从方波脉冲提取100个参考点，做成折线图。通过对比100组电压值和电流值的数据相 同数即可得出电池1是否在线，通过此方法可根据测试数据，做出电压脉冲施加后电流、电 压值变化的折线图，得出电压或电流是否上升。在实际测试过程中，当电池1存在时，提取100个点做成电流、电压值变化折线图与方波脉冲相对比，注意提取的每个点的间隔时间应 该保持相同，可以明显看出与检测施加的方波脉冲(如图5所示)不同；如果电池1不存在， 则测试结果应该非常接近检测施加的方波脉冲折线图。

如图4所示，本发明提供一种用于储能系统的电池在线检测装置，包括：电池1、电流 采集模块2、电压采集模块3、控制器4、电压脉冲发生模块5及开关6，电流采集模块2及开关6串接在电池1所在回路中，电压采集模块3、电压脉冲发生模块5的两端均分别与电 池1的负极、开关6的第二端部电连接，电流采集模块2、电压采集模块3、电压脉冲发生模 块5及开关6均分别与控制器4电连接；

电流采集模块2实时采集电池正极的电流并发送给控制器4，电压采集模块3实时采集 电池1两端的电压并发送给控制器4，控制器4根据采集的电流值判断电池1是否进入涓流 充电阶段；若未进入则继续对电池1充电，如电池1进入涓流充电阶段，控制器4向电压脉 冲发生模块5发送控制指令，电压脉冲发生模块5向电池1输出电压检测脉冲，控制器4提取在电压检测脉冲输出过程中采集的一定数量的电流、电压值与设定的电流、电压值进行比 较得到多组结果，并根据比较结果判断电池1是否在线；若电池1不在线，控制器4控制开关6断开，当电池1在线，继续对电池1充电。

具体的，电流采集模块2主要用于判断电池1的充电状态，辅助判断电池1的在线状态； 电压采集模块3采集的电池1两端的电压发送给控制器4以判断电池1的在线状态；电压脉 冲发生模块5用于产生电压脉冲；开关6对电池的充放电起到控制作用。

具体的，电池1所在回路中还包括电流变换器，在电池1充电时，给电池充电的能量转 换单元，以优化充电过程。

优选地，还包括：告警模块7，用于根据控制器4反馈的电池1不在线的信息进行告警； 控制器4与告警模块7电连接。

具体的，告警模块7为蜂鸣器或指示灯或显示屏中的一种或多种。

优选地，还包括：存储模块8，用于存储实时采集的电池1的电流、电压值、设定的电流、电压值及告警信息；存储模块8与控制器4电连接。

具体的，电压检测脉冲的峰值电压为Ud，其中，Ud＝Ub+X，Ub为电池在涓流充电阶段的 充电电压，X＝5-20‰Ub。设定的电流值为模拟电池1不在线时施加电压检测脉冲信号过程中 的电流测量值，通常为0；设定的电压值为当前施加的峰值电压值，或者模拟电池1不在线 时施加电压检测脉冲信号过程中的电压测量值，实际应用中采用峰值电压值作为电压设定值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡 属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本 发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于储能系统的电池在线检测技术，其特征在于，包括如下步骤：

实时采集电池(1)正极的电流及两端的电压，根据采集的电流值判断所述电池(1)是否进入涓流充电阶段；

若所述电池(1)进入涓流充电阶段，向所述电池(1)施加电压检测脉冲信号，并实时采集在电压脉冲施加过程中电池(1)的电流、电压值；

提取在电压脉冲施加过程中采集的一定数量的电流、电压值，并分别与设定的电流值、电压值进行比较得到多组结果；

若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值存在一定比例的不同，则认定电池(1)在线，停止施加电压检测脉冲并继续对电池(1)充电；

若提取的电流、电压值与设定的电流值、电压值存在一定比例的相同，则认定电池(1)不在线，提示告警并停止对电池(1)充电。

2.如权利要求1所述的用于储能系统的电池在线检测技术，其特征在于，所述的向所述电池(1)施加电压检测脉冲信号包括如下步骤：

向所述电池(1)施加峰值电压为Ud，具有一定周期的方波脉冲；其中，Ud＝Ub+X，Ub为电池在涓流充电阶段的充电电压，X＝5-20‰Ub。

3.如权利要求1或2所述的用于储能系统的电池在线检测技术，其特征在于，所述设定的电流值为模拟电池(1)不在线时施加电压检测脉冲信号过程中的电流测量值；所述设定的电压值为当前施加的峰值电压值，或者模拟电池(1)不在线时施加电压检测脉冲信号过程中的电压测量值。

4.如权利要求1所述的用于储能系统的电池在线检测技术，其特征在于：当提取的一定数量的电流、电压值有至少1/3与设定的电流值、电压值不同，则认定电池(1)在线；若比对结果不同的数量占提取总数量的比例低于1/3，则认定电池(1)不在线。

5.一种用于储能系统的电池在线检测装置，其特征在于，包括：电池(1)、电流采集模块(2)、电压采集模块(3)、控制器(4)、电压脉冲发生模块(5)及开关(6)，所述电流采集模块(2)及开关(6)串接在电池(1)所在回路中，所述电压采集模块(3)、电压脉冲发生模块(5)的两端均分别与电池(1)的负极、开关(6)的第二端部电连接，所述电流采集模块(2)、电压采集模块(3)、电压脉冲发生模块(5)及开关(6)均分别与控制器(4)电连接；

所述电流采集模块(2)实时采集电池(1)正极的电流并发送给控制器(4)，所述电压采集模块(3)实时采集所述电池(1)两端的电压并发送给控制器(4)，所述控制器(4)根据采集的电流值判断电池(1)是否进入涓流充电阶段；如电池(1)进入涓流充电阶段，所述控制器(4)向电压脉冲发生模块(5)发送控制指令，所述电压脉冲发生模块(5)向电池(1)输出电压检测脉冲，所述控制器(4)提取在电压检测脉冲输出过程中采集的一定数量的电流、电压值与设定的电流、电压值进行比较得到多组结果，并根据比较结果判断电池(1)是否在线；若电池(1)不在线，所述控制器(4)控制开关(6)断开，当电池(1)在线，继续对电池(1)充电。

6.如权利要求5所述的用于储能系统的电池在线检测装置，其特征在于，还包括：

告警模块(7)，用于根据所述控制器(4)反馈的电池(1)不在线的信息进行告警；所述控制器(4)与告警模块(7)电连接。

7.如权利要求5或6所述的用于储能系统的电池在线检测装置，其特征在于，还包括：

存储模块(8)，用于存储实时采集的所述电池(1)的电流、电压值及设定的电流、电压值；所述存储模块(8)与控制器(4)电连接。

8.如权利要求5所述的用于储能系统的电池在线检测装置，其特征在于，所述电压检测脉冲的峰值电压为Ud，其中，Ud＝Ub+X，Ub为电池在涓流充电阶段的充电电压，X＝5-20‰Ub。

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