CN115356642A - 一种蓄电池状态监测与评估的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种蓄电池状态监测与评估的方法，该方法包括：读取蓄电池组的历史维护信息，基于获取的所述蓄电池组的在线参数、离线参数判断蓄电池组是否故障，设定时间间隔以及时间周期，周期性监测蓄电池单体的电压波动变化，并将蓄电池单体的电压输入预设的蓄电池单体降级评估模型，评估蓄电池单体是否触发降级；对蓄电池组进行周期性性能放电试验和容量测试，计算蓄电池组的容量；将蓄电池组容量和蓄电池组内单体降级等级对应的分数输入预设的蓄电池组的健康评估计算式，计算蓄电池组的健康分数。通过实施本发明的方法能实时监测蓄电池的状态，提前发现出现性能下降的蓄电池单体和蓄电池组，计划更换蓄电池单体和蓄电池组。

Description

一种蓄电池状态监测与评估的方法

技术领域

本发明涉及蓄电池监测领域，尤其是涉及一种蓄电池状态监测与评估的方法。

背景技术

蓄电池是世界上广泛使用的一种化学“电源”，具有电压平稳、安全可靠、价格低廉、适用范围广、原材料丰富和回收再生利用率高等优点，是世界上各类电池中产量最大、用途最广的一种电池。

通常情况下核电厂的设备在电厂运行期间由发电机提供电力，在电厂停运期间由外部电网提供电力。为了保险起见，需要一套应急电源系统来防止电厂在停运期间出现外部电网无法供电的情况。蓄电池组是该套应急电源系统的核心，也是最容易发生故障的地方，其中关于蓄电池组出现频率最高的故障是蓄电池性能下降。维护人员需要提前发现出现性能下降的蓄电池并对其进行更换以防止蓄电池性能不足，所以一种有效的蓄电池监测与健康状况评估方法成为了解决该问题的关键。

工业领域中现有的计算蓄电池健康状况的方法主要应用于频繁充放电的蓄电池上，且对数据精度有较高的要求，对于长期处于浮充工况下的应急电源蓄电池健康状况计算有很大的局限性，会出现较大的误差甚至无法计算。

现有技术公开号为CN114487848A，公开日为2022年01月17日的中国专利，公开了一种蓄电池的状态计算方法和装置，该方法包括：采用预设的蓄电池实际容量推理模型周期性获取待计算的蓄电池的当前实际容量，并由获取的多组当前实际容量组成容量时间序列；将当前实际容量输入预设的蓄电池健康评估模型，对蓄电池的健康度进行打分；将容量时间序列输入预设的蓄电池剩余寿命估计模型，获取蓄电池的剩余寿命。通过该方案，实现了直观地给出蓄电池的健康状态和剩余寿命，为维保人员提前提供了维保的有用信息，从而为提高EPS设备运行的安全可靠性，降低检修维保成本提供了技术基础。

上述方法中蓄电池剩余寿命估计模型必须积累一定的蓄电池实际容量，组成蓄电池的容量时间序列后进行剩余寿命估计，在未具备足够的数据量积累时无法进行使用，并且此方法无法提前发现出现性能下降的蓄电池单体和蓄电池组。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种蓄电池状态监测与评估的方法，能实时监测蓄电池的状态，提前发现出现性能下降的蓄电池单体和蓄电池组，计划更换蓄电池单体和蓄电池组。

本发明提供一种蓄电池状态监测与评估的方法，所述方法包括：

读取所述蓄电池组的历史维护信息，所述蓄电池组的历史维护信息包括该蓄电池组的蓄电池单体、蓄电池组的更换情况其中的一种或多种，周期测试的蓄电池组的容量；

获取蓄电池组的在线参数和离线参数，所述蓄电池组的在线参数包括所述蓄电池组工作时的浮充电压、浮充电流、温度、蓄电池单体电压其中的一个或多个，所述蓄电池组的离线参数包括周期性巡检记录的获取的所述蓄电池组的外观指标及定期试验获取的所述蓄电池单体的比重温度；

基于获取的所述蓄电池组的在线参数、离线参数判断所述蓄电池组是否异常，将所述蓄电池组的在线参数与该参数对应的固定阈值进行对比，若所述蓄电池组的在线参数超过所述固定阈值，检查所述蓄电池组的离线参数，若所述蓄电池组的离线参数异常，则判断所述蓄电池单体或所述蓄电池组异常，采取修复措施或更换所述蓄电池单体；

设定时间间隔以及时间周期，周期性监测所述蓄电池单体的电压波动变化，记录每个周期内每个时间点的所述蓄电池单体的电压；

建立蓄电池单体降级评估模型，将所述蓄电池单体的电压输入所述预设的蓄电池单体降级评估模型中并与预设的阈值进行对比，评估所述蓄电池单体是否触发降级；

对所述蓄电池组进行周期性性能放电试验和容量测试，计算所述蓄电池组的容量；

设立蓄电池组的健康评估计算式，将所述蓄电池组容量和所述蓄电池组内单体降级等级对应的分数输入所述预设的蓄电池组的健康评估计算式，计算所述蓄电池组的健康分数。

进一步，所述方法还包括，对所述蓄电池组周期性性能放电试验，试验条件为：对所述蓄电池组进行均衡充电，恢复浮充状态至少72小时。

进一步，本发明预设蓄电池单体降级评估模型为：

MAX(V_ij)-MIN(V_ij)-AVE≥a或

其中即V_ij，指所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的电压，i∈I，j ∈J，I是电池组集合，J为全部采样时刻集合，AVE为所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的电压平均值，MAX(V_ij)为所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的最大电压，MIN(V_ij)为所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的最小电压，S为所述蓄电池组的单体个数，a、b均为预设阈值。

进一步，所述方法还包括，当MAX(V_ij)-MIN(V_ij)-AVE≥a或

时，判定所述蓄电池组单体降级，所述蓄电池组的单体降级的等级为I-IV级，若降级后的等级为IV级，则更换所述蓄电池组的单体。

进一步，本发明中蓄电池组容量的计算方法为：

其中，Ta为对所述蓄电池组进行恒流放电后，检测的所述蓄电池组的放电终止电压的实际时间，Ts为对所述蓄电池组进行恒流放电后，检测的所述蓄电池组的放电至终止电压的额定时间。

进一步，本发明中蓄电池健康评估计算式为：蓄电池整体健康分＝蓄电池组容量分+蓄电池单体分。

进一步，所述蓄电池组的容量分为：一个监测周期内，所述蓄电池组的容量所属区间对应的比例系数与所述蓄电池组的容量满分的乘积。

进一步，所述蓄电池组的容量所属区间基于所述蓄电池组的额定容量或所述蓄电池组的额定容量与上个周期测试容量的差值而定。

进一步，所述蓄电池组的额定容量低于100％且高于90％或与上个周期测试容量相比下降大于5％且小于10％时蓄电池组的容量所属区间为第一区间；所述蓄电池组的额定容量低于90％且高于85％或与上个周期测试容量相比下降大于10％且小于15％时蓄电池组的容量所属区间为第二区间；所述蓄电池组的额定容量低于85％或与上个周期测试容量相比下降大于15％时蓄电池组的容量所属区间为第三区间。

进一步，所述蓄电池组的单体分为所述蓄电池组单体的满分减去所述蓄电池组单体对应降级等级的扣分。

本发明提供的蓄电池状态监测与评估的方法，通过周期性监测所述蓄电池单体的电压波动变化，判断蓄电池单体是否触发降级，以及对蓄电池组进行周期性性能放电试验和容量测试，并结合蓄电池单体的降级情况，计算蓄电池组的健康分数，评估蓄电池组的健康状况，判断是否计划更换蓄电池。本发明提供的蓄电池状态监测与评估方法，步骤简单，相对于该种应急电源之前的人工观测蓄电池健康状况的方法，本发明方法可以更早的发现电池可能出现的性能下降，并且比原有的方法判断更加准确和全面，给维护人员提供更多的时间来更换性能下降的电池，提高了核电厂设备的安全稳定性，降低设备的维护成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术或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是本发明的蓄电池状态监测与评估的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，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，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的实施例提供一种蓄电池状态监测与评估的方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

S1：读取蓄电池组的历史维护信息，蓄电池组的历史维护信息包括该蓄电池组的蓄电池单体、蓄电池组的更换情况其中的一种或多种，周期测试的蓄电池组的容量。

S2：获取蓄电池组的在线参数和离线参数，蓄电池组的在线参数包括蓄电池组工作时的浮充电压、浮充电流、温度、蓄电池单体电压其中的一个或多个，蓄电池组的离线参数包括周期性巡检记录的获取的蓄电池组的外观指标及定期试验获取的蓄电池单体的比重温度。

本发明通过对蓄电池组的关键测点进行监督，测点分为在线实时测点和离线记录测点。设备上传感器实时传输的信号得到在线实时参数，主要监测内容如表1；离线记录测点数据即离线参数由维护人员周期性巡检记录得到，包括蓄电池组外观上的指标及定期试验获取的蓄电池单体的比重温度，蓄电池组的外观指标包括：每个蓄电池电解液的液面、蓄电池外壳的劣化情况、蓄电池极板的硫化情况等。

表1蓄电池监测测点列表

测点名称	单位
		充电器输出电压	V
蓄电池端电压	V
		蓄电池单体电压	V
直流配电柜电压	V
		蓄电池环境温度	℃
蓄电池组内温度(多测点)	℃
		充电器电流	A
蓄电池端电流	A
		直流配电柜电流	A

S3：基于获取的蓄电池组的在线参数、离线参数判断蓄电池组是否异常，将蓄电池组的在线参数与在线参数对应的固定阈值进行对比，若蓄电池组的在线参数超过固定阈值，检查蓄电池组的离线参数，若蓄电池组的离线参数异常，则判断该蓄电池组或蓄电池单体异常，采取修复措施或更换蓄电池单体。

本发明中对蓄电池组工作时的浮充电压、浮充电流、温度、蓄电池单体电压其中的一个或多个，设定对应的固定阈值，若蓄电池组工作时浮充电压、浮充电流、温度、蓄电池单体电压其中的一个或多个值超过其对应的固定阈值时，由维护人员检查蓄电池组的离线参数，离线参数主要为蓄电池组外观上的指标及定期试验获取的蓄电池单体的比重温度，包括每个蓄电池电解液的液面、蓄电池外壳的劣化情况、蓄电池极板的硫化情况等。若实时监测发现蓄电池单体的浮充电压超过设定的阈值，由维护人员去现场查看蓄电池单体的外观指标并检查定期试验获取的蓄电池单体的比重温度。若维护人员发现蓄电池单体的比重温度异常且蓄电池组单体的电解液液位超过下液位标志线的刻度值时则判断蓄电池单体异常，对蓄电池单体采取补水等补偿措施进行修复，若无法修复则更换蓄电池单体；若维护人员发现蓄电池组单体的外壳劣化则更换蓄电池单体；若维护人员发现蓄电池组单体硫化，则对蓄电池单体均充，无法修复则更换蓄电池单体。

S4：设定时间间隔以及时间周期，周期性监测蓄电池单体的电压波动变化，记录每个周期内每个时间点的所述蓄电池单体的电压。

使用蓄电池监测得到的蓄电池单体电压数据进行蓄电池健康状况等级评估的方式为比较蓄电池单体浮充电压波动和浮充电压大小，当该蓄电池单体浮充电压超阈值且同时满足波动过大时，该蓄电池单体发生降级事件。设时间集合J＝{j₁，j₂，......，j_n}，J为全部采样时刻集合，J中的时间元素连续且单一。

S5：建立蓄电池单体降级评估模型，将蓄电池单体的电压输入预设的蓄电池单体降级评估模型中并与预设的阈值进行对比，评估蓄电池单体是否触发降级；

本发明中，蓄电池单体降级评估模型为：

MAX(V_ij)-MIN(V_ij)-AVE≥a或

其中Vij指蓄电池组的单体i在j 采样时刻的电压，i∈I，j∈J，I是电池组集合，J为全部采样时刻集合，AVE为蓄电池组的单体i在j采样时刻的电压平均值，MAX(Vij)为蓄电池组的单体i在j采样时刻的最大电压，MIN(Vij)为蓄电池组的单体i在j采样时刻的最小电压，S为蓄电池组的单体个数，a、 b均为预设阈值。

设定时间间隔为5分钟，时长长度为1天，即J＝{0，5，10，......，1435}，存在一组蓄电池电压日波动为Vij＝[0.2，0.1，0.05，0.05，0.1，0.0，0.1，0.05，0.2，0.0]，该蓄电池组日平均波动为SUM(Vij)/10＝0.085；如由维护人员设定的差值阈值为0.1，倍率阈值为2；通过差值和差值阈值的比较，发现第1个和第9个蓄电池电压波动过大；通过比值和倍率阈值的比较，也可以发现第1个和第9个蓄电池电压波动过大。若该时间集合中存在一组蓄电池电压实时值为Vij＝[2.22，2.17，2.27，2.10，2.02，1.98，2.08，2.13，2.19，2.11]，维护人员是定的上阈值为2.25，下阈值为2.00，那么第3个和第6个蓄电池电压超阈值。

当MAX(V_ij)-MIN(V_ij)-AVE≥a或

时，判定蓄电池组单体降级，蓄电池组的单体降级的等级为I-IV级，降级等级及对应措施参见表2。

表2蓄电池单体降级条件和应对措施

降级等级为I级时，日波动≤0.06V或2倍波动均值；降级等级为II级时，日波动>0.06V或2 倍波动均值；降级等级为III级时，日波动>0.01V或3倍波动均值，累计低报大于2次/周、4 次/月；降级等级为IV级时，日波动>0.01V或3倍波动均值，累计低报大于2次/周、4次/ 月。

若发生蓄电池降级，则判断蓄电池单体降级之后的等级是否为最高级。若蓄电池单体降级后的等级为最高级，则需要尽快安排替换蓄电池，若非最高级，则根据蓄电池等级措施提醒维护人员重视蓄电池工况，蓄电池可能会进一步的恶化。

S6：对蓄电池组进行周期性性能放电试验和容量测试，计算蓄电池组的容量；

本发明中蓄电池组容量的计算方法为：

其中，Ta为对蓄电池组进行恒流放电后，检测的蓄电池组的放电终止电压的实际时间，Ts为对蓄电池组进行恒流放电后，检测的蓄电池组的放电至终止电压的额定时间。

S7：设立蓄电池组的健康评估计算式，将蓄电池组容量和蓄电池组内单体降级等级对应的分数输入预设的蓄电池组的健康评估计算式，计算蓄电池组的健康分数。

本发明中蓄电池健康评估计算式为：蓄电池整体健康分＝蓄电池组容量分+蓄电池单体分。蓄电池组的容量分为：一个监测周期内，蓄电池组的容量所属区间对应的比例系数与蓄电池组的容量满分的乘积。蓄电池组的容量所属区间基于蓄电池组的额定容量或蓄电池组的额定容量与上个周期测试容量的差值而定。具体计算方法如下：

蓄电池组容量分满分为60分，当额定容量低于100％且高于90％或与上个周期测试容量相比下降大于5％且小于10％时，得分为0.9*60＝54；当额定容量低于90％且高于85％或与上个周期测试容量相比下降大于10％且小于15％时，得分为0.8*60＝48；当额定容量低于85％或与上个周期测试容量相比下降大于15％时，得分0.6*60＝36。

蓄电池单体分满分为40分，在一个监督周期内出现一节蓄电池白色降级扣0.25分，一节蓄电池黄色降级扣0.5分，一节蓄电池橙色降级扣0.75分，一节蓄电池红色降级扣1分。

通过蓄电池健康评估计算式计算出蓄电池整体健康分，对蓄电池组进行健康进行评估，并执行相应的措施，评估分数对应的健康等级以及执行相应的措施参见表3。

表3蓄电池组健康等级评估标准

Claims (10)

1.一种蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、读取蓄电池组的历史维护信息，所述蓄电池组的历史维护信息包括该蓄电池组的蓄电池单体、蓄电池组的更换情况其中的一种或多种，周期测试的蓄电池组的容量；

S2、获取蓄电池组的在线参数和离线参数，所述蓄电池组的在线参数包括所述蓄电池组工作时的浮充电压、浮充电流、温度、蓄电池单体电压其中的一个或多个，所述蓄电池组的离线参数包括周期性巡检记录的获取的所述蓄电池组的外观指标及定期试验获取的所述蓄电池单体的比重温度；

S3、基于获取的所述蓄电池组的在线参数、离线参数判断所述蓄电池组是否异常，将所述蓄电池组的在线参数与在线参数对应的固定阈值进行对比，若所述蓄电池组的在线参数超过所述固定阈值，检查所述蓄电池组的离线参数，若所述蓄电池组的离线参数异常，则判断所述蓄电池单体或所述蓄电池组异常，采取修复措施或更换所述蓄电池单体；

S4、设定时间间隔以及时间周期，周期性监测所述蓄电池单体的电压波动变化，记录每个周期内每个时间点的所述蓄电池单体的电压；

S5、建立蓄电池单体降级评估模型，将所述蓄电池单体的电压输入所述预设的蓄电池单体降级评估模型中并与预设的阈值进行对比，评估所述蓄电池单体是否触发降级；

S6、对所述蓄电池组进行周期性性能放电试验和容量测试，计算所述蓄电池组的容量；

S7、设立蓄电池组的健康评估计算式，将所述蓄电池组容量和所述蓄电池组内单体降级等级对应的分数输入所述预设的蓄电池组的健康评估计算式，计算所述蓄电池组的健康分数。

2.根据权利要求1所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，对所述蓄电池组周期性性能放电试验，试验条件为：对所述蓄电池组进行均衡充电，恢复浮充状态至少72小时。

3.根据权利要求2所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，所述蓄电池单体降级评估模型为：

MAX(V_ij)-MIN(V_ij)-AVE≥a或

其中即V_ij，指所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的电压，i∈I，j∈J，I是电池组集合，J为全部采样时刻集合，AVE为所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的电压平均值，MAX(V_ij)为所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的最大电压，MIN(V_ij)为所述蓄电池组的单体i在j采样时刻的最小电压，S为所述蓄电池组的单体个数，a、b均为预设阈值。

4.根据权利要求3所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，当MAX(V_ij)-MIN(V_ij)-AVE≥a或

时，判定所述蓄电池组单体降级，所述蓄电池组的单体降级的等级为I-IV级，若降级后的等级为IV级，则更换所述蓄电池组的单体。

5.根据权利要求1所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，所述蓄电池组容量的计算方法为：

其中，Ta为对所述蓄电池组进行恒流放电后，检测的所述蓄电池组的放电终止电压的实际时间，Ts为对所述蓄电池组进行恒流放电后，检测的所述蓄电池组的放电至终止电压的额定时间。

6.根据权利要求1所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，蓄电池健康评估计算式为：蓄电池整体健康分＝蓄电池组容量分+蓄电池单体分。

7.根据权利要求6所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，所述蓄电池组的容量分为：一个监测周期内，所述蓄电池组的容量所属区间对应的比例系数与所述蓄电池组的容量满分的乘积。

8.根据权利要求7所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，所述蓄电池组的容量所属区间基于所述蓄电池组的额定容量或所述蓄电池组的额定容量与上个周期测试容量的差值而定。

9.根据权利要求8所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，所述蓄电池组的额定容量低于100％且高于90％或与上个周期测试容量相比下降大于5％且小于10％时蓄电池组的容量所属区间为第一区间；所述蓄电池组的额定容量低于90％且高于85％或与上个周期测试容量相比下降大于10％且小于15％时蓄电池组的容量所属区间为第二区间；所述蓄电池组的额定容量低于85％或与上个周期测试容量相比下降大于15％时蓄电池组的容量所属区间为第三区间。

10.根据权利要求6所述的蓄电池状态监测与评估的方法，其特征在于，所述蓄电池组的单体分为所述蓄电池组单体的满分减去所述蓄电池组单体对应降级等级的扣分。

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