CN1727909A - 通过电感放电检测蓄电池内阻的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过电感放电检测蓄电池内阻的方法，属于工业测控技术领域。本发明包括以下步骤：把电感L、电阻R和开关S串联后并联在蓄电池的两端，t＝0时刻，开关S闭合，蓄电池通过S由L、R及蓄电池内阻r进行放电，放电电流随着时间的增长逐渐增大，同时，不断地测量放电电流i(t)和蓄电池端电压u(t)的瞬时值，得到一系列的[i(1)，u(1)]，[i(2)，u(2)]，…，[i(n)，u(n)]数据；(2)数据的处理：对蓄电池的端电压和放电电流这两个电信号进行高速采样测量，根据测量到的一系列的[i(k)，u(k)](k＝1，2，…，n)数据，采用曲线拟合的方法，算出蓄电池内阻r。本发明结构简单，实现对蓄电池内阻的在线监测和离线测量。

Description

通过电感放电检测蓄电池内阻的方法

技术领域

本发明涉及的是一种属于工业测控技术领域的检测方法，具体地说，是一种通过电感放电检测蓄电池内阻的方法。

背景技术

蓄电池在工业、交通、通讯行业中广泛应用，作为设备的主要电源或者备用电源，对被供电设备的安全、可靠地运行至关重要。因此，工作人员对蓄电池的性能是十分关心的。用内阻检测法判定蓄电池性能，实现蓄电池的在线维护，是目前公认的最佳方案之一。通过内阻在线检测可以使工作人员及早地做好蓄电池的维护、更换工作，保证被供电设备安全、可靠地运行。因此对蓄电池内阻的检测，特别是在线监测，具有重要的实际意义。对蓄电池内阻的检测是一个比较复杂的过程，目前常见方法主要有：密度法、开路电压法、直流放电法和交流信号注入法。密度法通过测量蓄电池电解液的密度来估算蓄电池的内阻，常用于开口式铅酸电池的内阻测量，不适合常用的胶体蓄电池和密封铅酸蓄电池的内阻检测。开路电压法通过测量蓄电池的端电压来估计蓄电池内阻，精度很差，甚至得出错误结论。直流放电法和交流信号注入法是目前较常见的方法。直流放电法是IEC896.2-1995标准中提出的方法，通过对蓄电池进行2次大小不同的大电流放电，测量蓄电池上的电压降，通过欧姆定律计算出电池内阻。直流放电法必须在静态或脱机的状态下才能实现测量，无法真正实现蓄电池的在线测量；大电流的放电对蓄电池存在损害，如果为监测蓄电池而频繁的进行测量，对蓄电池的损害将会积累，反而影响蓄电池的容量以及寿命；直流法的测量重复性一直是困扰直流法发展的瓶颈，一般测量周期为一个月以上，甚至达到一年。

经对现有技术文献的检索发现，李立伟、邹积岩在“基于交流测量法的蓄电池内阻测量装置的研究”(《测量与设备》，2002年12期，pp15-17)提到交流信号注入法，通过给蓄电池施加一个交流低频小电流信号，测出蓄电池两端的低频电压和流过的低频电流以及两者的相位差，从而计算出蓄电池的内阻。由于直流系统母线和馈电电缆分布电容的存在，且分布电容随直流系统容量、供电现场特点的不同而不同，分布电容对施加的低频电流信号起了分流作用，使电池内阻的监测分辨率大大降低，而且施加的低频电流信号对直流系统来说也为一干扰源。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种通过电感放电检测蓄电池内阻的方法，使其结构简单，实现对蓄电池内阻的在线监测和离线测量。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

1、放电及电压电流信号的采集：

把电感L、电阻R和开关S串联后并联在蓄电池的两端，蓄电池的内阻为r。t＝0时刻，开关S闭合，蓄电池通过S由L、R、r进行放电，放电电流随着时间的增长逐渐增大，同时，不断地测量放电电流i(t)和蓄电池端电压u(t)的瞬时值，得到一系列的[i(1)，u(1)]，[i(2)，u(2)]，…，[i(n)，u(n)]数据。

开关S闭合时，相当于将一个阶跃信号作用于RL串联电路，电路处于一阶电路零状态响应状态，蓄电池通过电阻和电感放电，此时电路的微分方程为：

$L\·\frac{{\mathrm{di}}_L}{\mathrm{dt}}+(R+r)\·i_L=E---\left(1\right)$

解该微分方程，可以得到电感中的放电电流i_L：

$i_L=\frac{E}{R+r}(1-e^{-\frac{R+r}{L}t})---\left(2\right)$

可见该电流为一个随时间按照指数规律变化的量。

蓄电池端电压与总的放电电流的关系为：

u＝E-r·i                      (3)

2、数据的处理：

根据测量到的一系列的[i(k)，u(k)](k＝1，2，…，n)数据，采用曲线拟合的方法，算出蓄电池内阻r。

根据式(3)，对蓄电池的端电压和放电电流在放电的不同时间进行两次测量就可以联立一个关于蓄电池电动势E和蓄电池内阻r的方程组，从而求解出蓄电池内阻，这相当于对蓄电池内阻的一次测量。

从测量的角度看，单次测量可能存在较大的误差，要取得较为精确的结果可以进行多次测量，然后对测量结果进行适当的数据处理。对于蓄电池而言，在一系列不同的放电电流的情况下，对其总的放电电流和对应的端电压进行测量，这样得到的结果更加能够准确的反映蓄电池内阻的情况。

对蓄电池的端电压和放电电流这两个电信号进行高速采样测量，我们可以得到一系列的蓄电池端电压和对应放电电流的数据。如果根据得到的一系列数据在以放电电流为横坐标、蓄电池端电压为纵坐标的直角坐标系中描出蓄电池端电压u(t)、放电电流i(t)的数据点，并连成线，在理想情况下，该线应为一条直线，而此直线的斜率即为蓄电池内阻的大小。

实际中，由于测量不可避免地存在误差，实际的数据点不可能正好处于一条直线上。我们对得到的一系列数据做适当的数据处理，在采样点数较少(5-10个采样点)时采用平均法处理数据，在采样点数适中(11-50个采样点)时采用最小二乘法处理数据，在采样点数较多(50个采样点以上)时采用最大似然估计的方法处理数据，这样可以排除测量过程中一些干扰和偶然因素的影响，相对于其他方法有效地提高了测量的精度和可行度。

本发明中蓄电池的放电时间短，且放电持续时间可控，对蓄电池的容量和性能几乎没有任何影响；蓄电池的放电电流为一个由小到大变化的电流，测量结果反应的是蓄电池在不同的放电电流下的反应出来的内阻的综合情况，因此结果具有较高的可信性。本发明可以应用于所有需要对蓄电池内阻进行离线、在线检测、监测的场合，如电力直流屏、电动汽车的蓄电池管理、海洋灯塔的蓄电池管理、电信中心和银行的机房等需要蓄电池组作为备用电源等对蓄电池状态十分关心的场合。

具体实施方式

实施例

1、放电及电压电流信号的采集

被测对象为12V，20Ah阀控铅酸蓄电池。

控制开关S应采用全控型电力电子开关器件，可以自由控制蓄电池放电的开始时刻与放电持续时间。为避免放电对蓄电池容量和寿命的影响，放电的最大电流不宜过大，同时放电持续时间也不宜过长，可在毫秒量级，如5ms。

电阻R不用人为设置，它为引线电阻、电感导线电阻及各种接触电阻之和，实际电路中其大小一般为毫欧姆量级，取20毫欧。

放电电感L的大小为5mH的磁粉芯电感。

根据(2)式计算可知，放电结束时蓄电池的放电电流为11.9A，一次放电释放的电量为0.0298库仑，只占蓄电池总放电容量的4×10^-7，因此对蓄电池的容量和性能没有任何不利的影响。

采用高精度的AD转换器以高速的采样速率对放电电流i(t)、端电压u(t)信号进行采样。在5ms的时间内，可以得到数百个时间点的数据。

2、数据的处理

对于得到的数百点的数据，采用最小二乘法拟合出一条直线，计算得到直线的斜率为1.12×10^-2，即被测蓄电池的内阻为11.2毫欧。

相对于其他技术，本发明中蓄电池的放电时间短，且放电持续时间可控，对蓄电池的容量和性能几乎没有任何影响；不同于其他的测量方法只对蓄电池在1、2个不同的工作电流下进行测量，本发明中蓄电池的放电电流为一个由小到大变化的电流，测量结果反应的是蓄电池在不同的放电电流下的反应出来的内阻的综合情况，因此结果具有较高的可信性。

本发明可以应用于所有需要对蓄电池内阻进行离线、在线检测、监测的场合，如电力直流屏、电动汽车的蓄电池管理、海洋灯塔的蓄电池管理、电信中心和银行的机房等需要蓄电池组作为备用电源等对蓄电池状态十分关心的场合。

Claims (3)

1.一种通过电感放电检测蓄电池内阻的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)放电及电压电流信号的采集：

把电感L、电阻R和开关S串联后并联在蓄电池的两端，t＝0时刻，开关S闭合，蓄电池通过S由L、R及蓄电池内阻r进行放电，放电电流随着时间的增长逐渐增大，同时，不断地测量放电电流i(t)和蓄电池端电压u(t)的瞬时值，得到一系列的[i(1)，u(1)]，[i(2)，u(2)]，…，[i(n)，u(n)]数据；

(2)数据的处理：

对蓄电池的端电压和放电电流这两个电信号进行高速采样测量，根据测量到的一系列的[i(k)，u(k)](k＝1，2，…，n)数据，采用曲线拟合的方法，算出蓄电池内阻r。

2.根据权利要求1所述的通过电感放电检测蓄电池内阻的方法，其特征是，所述的蓄电池端电压与总的放电电流的关系为：u＝E-r·i。

3.根据权利要求1所述的通过电感放电检测蓄电池内阻的方法，其特征是，所述的数据的处理，其方法是：对得到的一系列数据，在5-10个采样点时采用平均法处理数据，在11-50个采样点时采用最小二乘法处理数据，在50个采样点以上时采用最大似然估计的方法处理数据。