CN113067047B - 串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提出了串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，包括当铅酸蓄电池组在浮充状态时，选取偏离平均浮充电压最大的铅酸蓄电池，计算已选取铅酸蓄电池电压与平均浮充电压的压差；当出现压差大于偏离平均浮充电压设置值的第一状态时，统计第一状态的持续时长；如果持续时长达到浮充维护启动设置时间，触发对已选取铅酸蓄电池的浮充维护操作。通过对浮充电压进行纠偏维护，即对浮充电压偏低的电池进行适时补充电维护，使该节电池偏低的浮充电压趋向正常浮充电压；对浮充电压偏高的电池进行适时放电维护,使该节电池偏高的浮充电压趋向正常浮充电压；当维护无效时，采用脉冲维护策略，从而达到一定的延缓电池极板腐蚀，延长电池寿命的目的。

Description

串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法

技术领域

本申请属于电源维护领域，尤其涉及串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法。

背景技术

变电站与通信基站机房大量使用后备电源系统，以保障停电时设备的工作。目前的后备电源系统，主要还是采用阀控式铅酸蓄电池组。为了补充阀控式铅酸蓄电池备用时由于自放电引起的容量损失，在实际使用中，作为备用的铅酸蓄电池平时都处于浮充电状态。即给铅酸蓄电池二端加上一定的充电电压，使电池处于浮充电流产生的充电和自放电引起的容量损失的动态平衡状态，保持铅酸蓄电池是满容量的。

除去电池工艺、运行环境等对电池的影响外，长期浮充电压不一致是影响电池组寿命的主要因素。原因如下：单体浮充电压一般是根据电池厂家要求设定的，阀控式铅酸蓄电池一般在2.23～2.27V之间，过高或高低均会影响电池使用寿命。单体浮充电压对阀控电池的容量和寿命有着明显的影响，过高和过低的充电电压对极板腐蚀的影响。过高的浮充电压意味着对电池的过充，加速了正极板腐蚀并减少了电池寿命；同样，过低的浮充电压意味着对电池的欠充，加速负极板腐蚀，也减少了电池寿命。但由于充电机输出的浮充电压是恒定的，由于电池本身的不一致性，所以一组电池中必然存在单体电池浮充电压高低不一，必然存在高浮充电压或低浮充电压的情况，长期运行必将影响电池的寿命。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本申请提出了串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，对浮充电压进行纠偏维护，防止电池在浮充状态下浮充电压偏离基准电压，延长铅酸蓄电池寿命。

具体的，本申请实施例提出的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，包括：

当铅酸蓄电池组在浮充状态时，选取偏离平均浮充电压最大的铅酸蓄电池，计算已选取铅酸蓄电池电压与平均浮充电压的压差；

当出现压差大于偏离平均浮充电压设置值的第一状态时，统计第一状态的持续时长；

如果持续时长达到浮充维护启动设置时间，触发对已选取铅酸蓄电池的浮充维护操作。

可选的，所述方法包括：

当浮充维护时间内维护的铅酸蓄电池在电压压差达到平均电压的浮充维护电压截止条件内，停止维护。

可选的，所述方法包括：

若一轮浮充维护时间内维护的电池在电压压差未达到平均电压的浮充维护电压截止条件以内时，启动一轮脉冲维护。

可选的，所述方法包括：

当一轮脉冲维护后结束后，记录维护次数，其中一次维护次数包括一轮浮充维护以及一轮脉冲维护；

如果同一节铅酸蓄电池出现连续维护次数超过维护最大设置次数后，还未达到平均电压的浮充维护电压截止条件，不再对已选取的铅酸蓄电池进行维护。

可选的，所述方法包括用于对铅酸蓄电池组进行监控的铅酸蓄电池监护模块；

铅酸蓄电池组监护模块通过采集线与铅酸蓄电池组总正极总负极相连，每一节铅酸蓄电池正负两端均通过采集线与铅酸蓄电池组监护模块相连。

可选的，还包括：

在铅酸蓄电池组监护模块内部电路中具有一个DC/DC电源模块，每一节铅酸蓄电池正负两端均通过采集线与铅酸蓄电池组监护模块相连后，再一一对应地与铅酸蓄电池组监护模块内部电路中的继电器相连，继电器与DC/DC电源模块相连。

可选的，还包括：

铅酸蓄电池组监护模块通过维护判断流程检测到某节电池需要维护时，控制继电器选通或断开。

本申请提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请可防止电池在浮充状态下浮充电压偏离基准电压，对浮充电压进行纠偏维护，即对浮充电压偏低的电池进行适时补充电维护，使该节电池偏低的浮充电压趋向正常浮充电压；对浮充电压偏高的电池进行适时放电维护,使该节电池偏高的浮充电压趋向正常浮充电压；当维护无效时，采用脉冲维护策略，从而达到一定的延缓电池极板腐蚀，延长电池寿命的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，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申请的一些实施例，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为本申请实施例提出的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法的流程示意图；

图2为本申请实施例提出的串联铅酸蓄电池组在线管理维护系统原理图；

图3为本申请实施例提出的铅酸蓄电池组维护策略流程图；

图4为本申请实施例提出的内阻测试电路图；

图5为本申请实施例提出的去硫化电路图；

图6为本申请实施例提出的均衡维护下被维护铅酸蓄电池端电压变化情况；

图7为本申请实施例提出的脉冲维护下被维护铅酸蓄电池端电压变化情况。

具体实施方式

为使本申请的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的结构作进一步地描述。

实施例一

为了克服上述现有技术的不足，基于治未病的思路，为防止电池在浮充状态下浮充电压偏离基准电压，对浮充电压进行纠偏维护，即对浮充电压偏低的电池进行适时补充电维护，使该节电池偏低的浮充电压趋向正常浮充电压；对浮充电压偏高的电池进行适时放电维护，使该节电池偏高的浮充电压趋向正常浮充电压；当维护无效时，采用脉冲维护策略，从而达到一定的延缓电池极板腐蚀，延长电池寿命的目的。

本申请实施例提出的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，如图1所示，包括：

11、当铅酸蓄电池组在浮充状态时，选取偏离平均浮充电压最大的铅酸蓄电池，计算已选取铅酸蓄电池电压与平均浮充电压的压差；

12、当出现压差大于偏离平均浮充电压设置值的第一状态时，统计第一状态的持续时长；

13、如果持续时长达到浮充维护启动设置时间，触发对已选取铅酸蓄电池的浮充维护操作。

在实施中，基于串联后备电源铅酸蓄电池组失效主要是由于组内电池分压不均的原因分析，在线管理维护模块的设计思路是根据单体铅酸蓄电池健康状态及时自动开展日常维护，延缓电池组一致性的劣化趋势。具体维护原理为：使串联铅酸蓄电池组中的单体铅酸蓄电池浮充电压保持正常浮充电压，不产生较大的偏离。对端电压低于正常浮充电压的铅酸蓄电池进行均衡充电维护，对端电压高于正常浮充电压的铅酸蓄电池进行放电维护，使得铅酸蓄电池端电压在维护下慢慢趋向正常浮充电压；当存在多次均衡维护无法显著改善电池特性时，采用脉冲维护对铅酸蓄电池进行去硫化，恢复极板活性，达到延长电池寿命的目的。

串联铅酸蓄电池组在线管理维护系统原理如图2所示。管理系统并接在铅酸蓄电池组两端，正常情况下由直流母线供电，外部电源失去后由铅酸蓄电池组本身供电，保证运行的可靠性。管理系统内部嵌入与铅酸蓄电池数目相同的 DC/DC变换模块，每个DC/DC模块输出至对应的铅酸蓄电池，保证串联浮充铅酸蓄电池组内单体铅酸蓄电池浮充电压分布均匀。

具体的，如图3所示，针对铅酸蓄电池组的维护判断流程如下：

1).当电池组在浮充状态下，选取偏离平均浮充电压最大的电池，当该节电池电压与平均浮充电压压差大于±50mV且时间连续累加到7天时，程序可对该节电池启动维护。

2).进行一次以默认3天维护时间的均衡维护，当3天内维护的电池在电压压差达到平均电压的±20mV以内时，停止维护，重新进入1)步骤；

3).若3天内维护的电池在电压压差未达到平均电压的±20mV以内时，启动脉冲维护10min，脉冲维护后结束后，进行1)步骤，并记录维护次数。

4).如同一节电池出现连续维护进行7次后，还未达到平均电压的±20mV以内时，这节电池不再继续维护。

可选的，所述方法包括用于对铅酸蓄电池组进行监控的铅酸蓄电池监护模块；

铅酸蓄电池组监护模块通过采集线与铅酸蓄电池组总正极总负极相连，每一节铅酸蓄电池正负两端均通过采集线与铅酸蓄电池组监护模块相连。

在铅酸蓄电池组监护模块内部电路中具有一个DC/DC电源模块，每一节铅酸蓄电池正负两端均通过采集线与铅酸蓄电池组监护模块相连后，再一一对应地与铅酸蓄电池组监护模块内部电路中的继电器相连，继电器与DC/DC电源模块相连。

铅酸蓄电池组监护模块通过维护判断流程检测到某节电池需要维护时，控制继电器选通或断开。

在实施中，管理系统硬件系统包括电源、采集运算、外部回路三个部分。电源部分为DC/DC电源模块，将直流系统电压(铅酸蓄电池组端电压)变换为在线管理维护系统额定工作电压；采集运算部分包括为控制单元、RS485主从机、环境温度检测、干接点、电流采集模块、flash存储模块，能够实现测试单体及铅酸蓄电池组电压、电流、环境温度、液晶显示、参数设置、本地存储、电池维护、内阻测试等功能；外部回路包括通道选择模块、铅酸蓄电池电压采集模块及充放电回路，实现在线管理维护系统与铅酸蓄电池组的互联互通。

为避免维护时公用线束引起的电压差，在线管理维护系统电路采用4线制方式。通过双通道光耦继电器控制U+、U-通道通断实现单节电池电压采集；通过双刀单掷继电器(J35～J37)控制I+、I-通道通断实现对电池的充放电的维护。

内阻测试采用直流法测试，当接到测试电池内阻的命令后，微控制单元控制开通电压信号采集回路，然后开通放电回路，高频率监测端电压变化及放电电流情况，计算出内阻数据。对于串联浮充铅酸蓄电池组，为提高测试效率，可将铅酸蓄电池进行分组，27只铅酸蓄电池分3组的内阻测试回路接线方式如所图4所示。

铅酸蓄电池硫化是指电池负极板附着一层常规充电难以还原的白色坚硬硫酸铅结晶体，影响电化学反应导致电池容量降低。去硫化是指破坏极板上附着的硫酸铅晶体，促使电池电化学活性恢复，改善内阻、容量特性。本系统中采用的去硫化回路如图5所示。为串联铅酸蓄电池组设置一个去硫化电源，其输出电压设定为3.0V～5.0V。当第一节电池需要去硫化时，开关K1、K2闭合，选通第一节电池，然后通过微处理器的脉冲宽度调制接口控制开关K0，使去硫化电源输出70～800Hz的脉冲电压，脉冲电流控制为0.1A～4A。脉冲维护可以击碎极板上附着的硫酸铅，使得极板裸露促进电化学反应进行，起到降低电池内阻、恢复电池容量、提升电池供电能力的作用。

测试与验证

采用某110kV变电站备用直流充电系统及铅酸蓄电池组进行在线管理维护系统功能及维护效果测试。铅酸蓄电池为正常端电压2.25V的山东圣阳 GFMD-200C型阀控密封式铅酸蓄电池。

浮充状态下，正常维护采用恒流(1A)限压策略，当电压达到设定值后降流；脉冲维护为电流1A的方波。

随机抽取铅酸蓄电池组中的1只铅酸蓄电池放电，待其端电压降至2.1V后再串入铅酸蓄电池组。在铅酸蓄电池组浮充状态下先后进行两次试验，分别测试多段均衡维护与脉冲维护的稳定性与效果(测试中强制指定维护方式)。图6 展示了均衡维护下被维护铅酸蓄电池端电压变化情况，图7展示了脉冲维护方式下被维护铅酸蓄电池端电压变化情况，可以看出在线管理维护系统能够检测到被维护铅酸蓄电池端电压低的情况并正确启动维护进程，在近50分钟时常内，两种维护方式均启动了6次，被维护铅酸蓄电池端电压均有提升，均衡维护模式下铅酸蓄电池端电压恢复更为明显，可以推断被维护铅酸蓄电池不存在极板硫化现象。

铅酸蓄电池个体差异与浮充电压分配不均之间的恶性循环是作为后备电源系统的串联浮充铅酸蓄电池组失效的主要原因。实验结果表明，针对性设计的基于压差、内阻等特性监测的均衡维护和脉冲维护相结合的时延维护策略能够检测判断铅酸蓄电池健康状况，自动并正确启动维护进程，显著提升了作为后备电源使用的串联浮充铅酸蓄电池组维护的自动化与智能化水平。维护过后，铅酸蓄电池运行状况显著改善并且未产生显著发热等负面影响。后续，将在长时间运行观测及数据统计的基础上，量化在线管理维护系统在延长串联浮充铅酸蓄电池组使用寿命方面的成效。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本申请的实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，其特征在于，所述在线维护方法包括：

当铅酸蓄电池组在浮充状态时，选取偏离平均浮充电压最大的铅酸蓄电池，计算已选取铅酸蓄电池电压与平均浮充电压的压差；

当出现压差大于偏离平均浮充电压设置值的第一状态时，统计第一状态的持续时长；

如果持续时长达到浮充维护启动设置时间，触发对已选取铅酸蓄电池的浮充维护操作；

若一轮浮充维护时间内维护的电池在电压压差未达到平均电压的浮充维护电压截止条件以内时，启动一轮脉冲维护； 当一轮脉冲维护后结束后，记录维护次数，其中一次维护次数包括一轮浮充维护以及一轮脉冲维护；

如果同一节铅酸蓄电池出现连续维护次数超过维护最大设置次数后，还未达到平均电压的浮充维护电压截止条件，不再对已选取的铅酸蓄电池进行维护。

2.根据权利要求1所述的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，其特征在于，所述方法包括：

当浮充维护时间内维护的铅酸蓄电池在电压压差达到平均电压的浮充维护电压截止条件内，停止维护。

3.根据权利要求1所述的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，其特征在于，所述方法包括用于对铅酸蓄电池组进行监控的铅酸蓄电池监护模块；

铅酸蓄电池组监护模块通过采集线与铅酸蓄电池组总正极总负极相连，每一节铅酸蓄电池正负两端均通过采集线与铅酸蓄电池组监护模块相连。

4.根据权利要求3所述的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，其特征在于，还包括：

在铅酸蓄电池组监护模块内部电路中具有一个DC/DC电源模块，每一节铅酸蓄电池正负两端均通过采集线与铅酸蓄电池组监护模块相连后，再一一对应地与铅酸蓄电池组监护模块内部电路中的继电器相连，继电器与DC/DC电源模块相连。

5.根据权利要求4所述的串联浮充铅酸蓄电池组在线维护方法，其特征在于，还包括：

铅酸蓄电池组监护模块通过维护判断流程检测到某节电池需要维护时，控制继电器选通或断开。

Images