CN1862279B - 电池组老化率估算、故障检测方法和电池组管理监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池组的老化率估算方法，包括：确定蓄电池组的放电数据和放电容量特征数据；以蓄电池组的标称寿命为基准，以其放电曲线作为老化曲线；当蓄电池组由均充电转入浮充电状态时，确定其在老化曲线中的位置并估算其老化率；当放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率；根据所述更新的老化率修正蓄电池组在老化曲线中的位置。本发明还公开了一种蓄电池组的故障检测方法和一种蓄电池组管理监测装置。本发明不需专用负载和现场测试多条放电曲线，并且系统在使用中可以自学习修正老化率估算值；同时，本发明能够对蓄电池组进行在线故障检测，具有很高的准确性。

Description

电池组老化率估算、故障检测方法和电池组管理监测装置

技术领域

本发明涉及蓄电池、蓄电池组老化率估算、先进电池管理领域，尤其涉及蓄电池组老化率估算、蓄电池组故障检测的方法和装置。

背景技术

通常情况下只有重要的系统才配备蓄电池后备电源系统，蓄电池是系统可靠性依赖的最后环节，也是系统可靠性最薄弱的环节。因此，蓄电池的维护和管理对于系统的可用性具有非常重要的意义。

蓄电池管理这部分的功能一般要求直接由交直流不间断电源系统自备，但由于蓄电池管理技术的研究工作非常耗时耗力和耗费巨大，大部分电源厂家的蓄电源系统只具备非常简单的充放电管理功能。同时，由于缺乏深入的研究，这些简单的充放电管理功能对蓄电池在复杂环境下的使用没有起到应有的维护和保护作用，造成了大量蓄电池的提前失效。蓄电池管理的核心是准确预测电源系统在市电故障时由蓄电池供电的放电时间。要比较准确地预测蓄电池的放电时间，这就要求能比较准确的估算蓄电池的老化率。

蓄电池通常以电池组的形式使用，蓄电池组的管理监测主要要解决两个问题，一个是蓄电池组老化率估算，另一个足蓄电池组的故障检测。其中，蓄电池组的老化率是指蓄电池组在正常使用中其容量会逐渐衰减，通过对蓄电池组老化率的估算可以正确估计其放电时间；蓄电池组的故障检测主要是检测蓄电池组中的一个或多个蓄电池出现异常的容量衰减，并影响到整个蓄电池组正常使用的情况。

现有技术中，蓄电池组的故障检测一般是通过外挂一台蓄电池组故障检测仪来实现，并且蓄电池组故障检测仪必须能检测到蓄电池组中每单个蓄电池的信息，才能对蓄电池组是否出现故障进行评判，而判断单个蓄电池是否出现故障一般是通过监测该蓄电池的内阻变化来进行。这样的检测方法主要有两方面的缺陷：其一是蓄电池内阻与蓄电池容量的相关性一般认为不超过80％，从而限制了其准确性；其二是要准确测试蓄电池内阻的硬件成本相当高。

美国专利US 4322685公开了另一种故障检测方法：通过测试和分析单个非在线蓄电池在大电流放电测试期间和之后的参数来判断蓄电池是否出现故障。这种方法最大的缺陷是不能对多个蓄电池进行在线测试，并且必须要另外准备测试用的负载，更无法实现无人值守环境下长期备电蓄电池组的实时在线监控。

现有的蓄电池老化率估算的方法可参考WO 97/41448，该专利要求蓄电池组在刚开始使用时要测试一般不少于3条不同放电率的放电曲线，要求记录每条曲线按一定电压下降间隔的电压、电流和计算出对应剩余放电容量的详细数据表，在实际的放电过程中按电流范围决定的区间，按电压和对应剩余放电容量进行线性插值计算出当前实际蓄电池组的剩余放电容量。该专利的主要缺陷一方面是其获得数据表的过程太过繁杂费时，不仅需要专用负载导致难以实际操作，而且测试放电曲线的数量和分布会影响插值计算的精度；另一方面，由于该专利没有涉及蓄电池组老化的测试和估算方法，所以其测试所得的数据随着蓄电池组使用时间的增加误差会越来越大。

发明内容

本发明提供了一种蓄电池组的老化率估算方法，解决现有技术中老化率估算需要专用负载、过程繁杂费时和估算误差随使用时间增大的问题；

本发明还提供了一种蓄电池组的故障检测方法，解决现有技术中只能对单个蓄电池进行离线故障检测、准确性低和检测装置硬件成本高的问题。

本发明所述蓄电池组的老化率估算方法包括以下步骤：

a)确定蓄电池组的放电数据；

b)确定蓄电池组的放电容量特征数据，所述放电容量特征数据为在至少一个放电容量超过预定放电深度的选定容量点上蓄电池组的电压变化参数；

c)以蓄电池组的标称寿命为基准，以蓄电池组的放电曲线作为蓄电池组的老化曲线；

d)当蓄电池组由均充电转入浮充电状态时，确定其在老化曲线中的位置并估算其老化率；

e)当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率；

f)根据所述更新的老化率修正蓄电池组在老化曲线中的位置。

优选的，所述步骤c)与步骤d)之间包括：将所述老化曲线分段，以每段的斜率为该段的老化速率；

步骤d)所述确定蓄电池组在老化曲线中的位置具体为：根据蓄电池组的使用时间确定其在老化曲线中的位置；所述估算其老化率具体为：根据蓄电池组的位置所在的老化曲线段和该段的老化速率计算得出蓄电池组的老化率。

优选的，在所述步骤f)之后包括：

g)根据更新老化率后的蓄电池组实际容量，计算剩余的放电时间，并按电池剩余的容量比率作出放电截止前的预报警。

优选的，所述步骤a)具体为：

a1)输入已知的放电数据；或根据蓄电池的标称容量值和种类，按照国际或国内标准生成其放电数据；

a2)对蓄电池组进行100％深度的放电测试，根据测试结果对步骤a1)中的放电数据进行修正。

优选的，所述步骤b)具体为：

在所述蓄电池组的放电测试中，记录所述蓄电池组的放电数据，计算其在选定容量点上的电压变化参数，作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；或

以相同类型的蓄电池组在放电测试时得到的放电容量特征数据的平均值作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；

所述电压变化参数为每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率。

优选的，所述步骤e)具体为：

蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据所述放电容量特征数据中的电压变化率得到所述选定容量点；

计算本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量，以与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率。

优选的，所述步骤a)之前包括：判断是否已保存有蓄电池组的放电数据、放电容量特征数据和老化率，如果是，转步骤d)；如果否，执行步骤a)。

优选的，所述放电数据包括恒功率放电数据或恒电流放电数据；所述预定放电深度为不小于60％。

本发明提供的蓄电池组的故障检测方法包括以下步骤：

A.确定蓄电池组的放电数据；

B.确定蓄电池组的放电容量特征数据，所述放电容量特征数据为在至少一个放电容量超过预定放电深度的选定容量点上的电压变化参数；

C.当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来修正老化率；

D.如果两次所述老化率修正的时间间隔在预定修正时间段内并且修正量大于等于预定修正比率阈值，则所述蓄电池组出现故障。

优选的，所述方法还包括：如果新蓄电池组的放电容量特征数据与相同类型蓄电池组放电容量特征数据的平均值相比，超过预定初始比率阈值，则所述新蓄电池组出现故障。

优选的，所述电压变化参数为每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率；

所述步骤A具体为：

输入已知的放电数据；或

根据蓄电池的标称容量值和种类，按照国际或国内制造标准生成其放电数据；

所述步骤B具体为：

在蓄电池组的放电测试中，记录所述蓄电池组的放电数据，计算其中选定容量点上的电压变化率，作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；或

以相同类型的蓄电池组在放电测试时得到的放电容量特征数据的平均值作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；

所述步骤C具体为：

蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据所述放电容量特征数据中的电压变化率得到所述选定容量点；

计算本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量，以与新蓄电池组容量的比较结果来修正老化率；

所述放电数据包括恒功率放电数据或恒电流放电数据；所述预定放电深度为不小于60％。

本发明所述蓄电池组的管理及监测装置，其特征在于，包括蓄电池组、传感单元、信号调理单元、模拟多路开关、模拟/数字转换单元、显示单元、处理单元、存储单元、通信接口单元和主控单元，其中：

所述传感单元用来将蓄电池组的一个以上的监测参数的模拟信号传送到所述

信号调理单元，所述监测参数包括蓄电池组的电压和电流；

所述信号调理单元将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，传送到所述模拟多路开关；

模拟多路开关将一个以上的单极性模拟信号分时传送至所述模拟/数子转换单元；

所述模拟/数字转换单元将所述单极性模拟信号转换为监测参数值，传送至所述处理单元；

所述显示单元根据处理单元的指令显示蓄电池组的运行状态；

所述存储单元用来存储管理软件代码、临时计算数据和蓄电池组的数据，其中包括蓄电池组的放电数据和放电容量特征数据，所述放电容量特征数据为在至少一个放电容量超过预定放电深度的选定容量点上，每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率；

所述处理单元运行所述存储单元存储的管理软件代码，指令显示单元显示蓄电池组运行状态，其中包括当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率，据此计算并显示蓄电池组的剩余放电时间；并根据所述模拟/数字转换单元传送的监测参数值和所述存储单元存储的蓄电池组的数据决定对蓄电池组进行的操作，将操作指令通过所述通信接口单元传送至所述主控单元；

所述主控单元根据从所述通信接口单元接收的所述处理单元的操作指令控制蓄电池组的运行。

优选的，所述信号调理单元包括低通滤波单元、精密绝对值单元和精密放大单元，其中：

所述低通滤波单元将从所述传感单元接收的双极性模拟信号中的高频干扰滤除后，传送至所述精密绝对值单元；

所述精密绝对值单元将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，并将单极性模拟信号传送至所述精密放大单元；

所述精密放大单元将单极性模拟信号放大至符合所述模拟/数字转换单元要求，并将其传送至所述模拟多路开关。

本发明采用蓄电池组的放电曲线作为其老化曲线，在蓄电池组在线的情况下根据其放电容量特征数据对蓄电池组的老化率进行更新，并根据更新后的老化率修正蓄电池组在老化曲线中的位置。本发明不需要专用负载，也不需要费时费力地测试多组不同放电卒的数据，并且本发明在使用过程中对老化率不断修正，不会因使用时间致使误差积累；

同时，本发明通过监测在预定更新时间段内，老化率的修正量是否超过预定修正比率阈值来判断蓄电池组中是否有蓄电池出现故障，从而能够对蓄电池组进行在线故障检测，并且不需要昂贵的专用检测装置，在选择适当的预定更新时间段和预定修正比率阈值后可以达到很高的准确性。

附图说明

图1所示为本发明所述蓄电池组老化率估算方法的流程图；

图2所示为本发明所述使用蓄电池组的后备电源系统的工作流程图；

图3所示为本发明所述使用蓄电池组的后备电源系统的初始化测试流程图；

图4所示为本发明所述使用蓄电池组的后备电源系统的年检流程图；

图5所示为本发明所述蓄电池组管理监测装置的结构图。

具体实施方式

图1所示为本发明所述蓄电池组老化卒估算方法的流程图。在步骤S110确定蓄电池组的放电数据。

蓄电池组的放电数据包括恒功率放电数据和恒电流放电数据。对数据定制蓄电池组或者是具有准确的放电数据表的蓄电池组，输入已知的放电数据；对不具有准确的放电数据的蓄电池组，可以根据蓄电池的标称容量值和种类，按照国际或国内标准生成默认的放电数据。

在必要的情况下，还可以对蓄电池组进行100％深度的放电测试，得到其实际放电数据，并根据得到的实际放电数据对已知或标称的放电数据进行修正。对新上电的蓄电池组，建议采用100％深度的放电测试取得电池组的实际放电数据，并且可以同时完成步骤S120，确定蓄电池组的实际放电容量特征数据。对初次使用的旧蓄电池组，建议也采用100％深度的放电测试，测得其当前实际的放电数据，或者根据当前实际放电数据与已知或标称的放电数据的对比得到其当前的实际老化率。

在步骤S120，确定蓄电池组的放电容量特征数据。在蓄电池组放电超过预定放电深度后，选择至少一个选定容量点，记录蓄电池组放电时在该点上的电压变化参数，将该选定容量点和对应的电压变化参数作为蓄电池组的放电容量特征数据。

选定容量点可以根据蓄电池组的性质、工作状态等进行选择，预定放电深度本发明的推荐值为不小于60％。

电压变化参数可以是每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率，也可以是其他能够反应选定容量点电压变化的参数。

根据长期大量的蓄电池组充放电实验得到的实验规律，在蓄电池组正常老化时，上述放电容量特征数据基本不变。因此，在本发明中，将其作为判断蓄电池组老化率和出现蓄电池故障的特征值。

放电容量特征数据可以在蓄电池组的放电测试中得到：记录蓄电池组的放电数据，计算其在选定容量点上的电压变化参数。在不具有放电测试条件的情况下，也可以以同一类型的大量蓄电池组在实验室进行的放电测试时得到的放电容量特征数据的平均值作为该类型蓄电池组的放电容量特征数据。

在步骤S130，以蓄电池组的标称寿命为基准，以蓄电池组的放电曲线作为蓄电池组的老化曲线。

这是本发明采用另一个实验规律，即在蓄电池不发生突变的正常老化曲线与其恒流或恒功率放电曲线极其近似。本发明可以采用放电曲线或者类似于放电曲线的曲线作为老化曲线，该老化曲线以蓄电池组的标称寿命为终止点，以电池组开始使用时间为起始点，蓄电池组老化率(即容量衰减比率)随使用时间而变化。放电曲线可以根据放电数据生成。

在步骤S140，对老化曲线进行简化处理。例如，可以将老化曲线分段，以每段的斜率为该段的老化速率。对老化曲线分段可以便于进行老化率估算时进行线性插值，分段的数目和每段的长度可以根据具体的老化曲线决定。

在步骤S150，当蓄电池组由均充电转入浮充电状态时，确定其在老化曲线中的位置并估算其老化率。蓄电池组在老化曲线中的位置根据上次修正的位置和修正后蓄电池组的老化率对应的老化速率来确定。

在对老化曲线进行分段的情况下，可以根据蓄电池组的使用时间确定其在老化曲线中的位置，根据这一位置所在的老化曲线段和该段的老化速率计算得出蓄电池组的老化率。

在步骤S160，当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率。

当蓄电池组放电超过预定放电深度时，计算放电过程中的电压变化参数，当计算所得的电压变化参数与放电容量特征数据中记录的电压变化参数相同时，得到与该电压变化参数对应的选定容量点；计算本次放电至该选定容量点时已经放出的容量，与新蓄电池组的容量进行比较，根据比较结果来更新老化率。

在步骤S170，根据更新的老化率修正蓄电池组在老化曲线中的位置。当根据放电容量特征数据得到的老化率与根据老化曲线得到的结果不同时，应将蓄电池组在老化曲线中的位置修正到根据放电容量特征数据得到的老化率所对应的点。

在步骤S180，根据更新老化率后的蓄电池组实际容量，计算剩余的放电时间，并按电池剩余的容量比率作出放电截止前的预报警。

在步骤S110之前，判断是否已保存有蓄电池组的放电数据、放电容量特征数据和老化率，如果是，转步骤S150；如果否，执行步骤S110。对于已经应用本发明所述老化率估算方法的蓄电池组下电后又重新上电的情况，不需要再次确定蓄电池组的放电数据、放电容量特征数据和老化曲线。

可见，本发明提供的老化率估算方法只需蓄电池组实际在线工作时的负载，不需测试多组不同放电率的放电数据；同时，由于在使用过程中对老化率进行不断的修正，使得本发明可以始终保持老化率估算的准确性。

根据以上所述的老化率修正方法，经过对大量实验数据的总结和提炼，本发明提供了下述的蓄电池组故障检测方法：

第一步，确定蓄电池组的放电数据。本步骤的具体内容与步骤S110相同。

第二步，确定蓄电池组的放电容量特征数据。放电容量特征数据和本步骤的具体内容与步骤S120相同。

第三步，当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来修正老化率。本步骤的具体内容与步骤S160相同。

第四步，如果两次所述老化率修正的时间间隔在预定修正时间段内并且修正量大于等于预定修正比率阈值，则所述蓄电池组出现故障。

本步骤中的预定修正时间段和对应的预定修正比率阈值可以根据实验结果确定，与蓄电池组的类型、工作状态相关。

如果新蓄电池组的放电容量特征数据与相同类型蓄电池组放电容量特征数据的平均值相比，超过预定初始比率阈值，则所述新蓄电池组出现故障。

本发明中，预定修正时间段的值可以是半年，预定修正比率阈值和预定初始比率阈值都可以是5％。

上述蓄电池组的故障检测方法不需要检测到每个单独的蓄电池，就可以判定整个蓄电池组中是否有个别蓄电池出现故障，并且进一步可以确认其是否已对整个蓄电池组的放电特性产生影响，因而必须提前更换出现故障的蓄电池，以保护整个蓄电池组不会出现老化。但是，由于没有对每个具体的蓄电池的信息作检测，本发明只能判断整个蓄电池组中是否有个别蓄电池出现故障，而要对哪个蓄电池发生故障进行定位还需要进一步的工作。

图2所示为应用本发明所述蓄电池组老化率估算方法和故障监测方法的一个蓄电池组管理流程图。

从步骤S201后备电源系统上电开始，首先进入步骤S202，根据蓄电池组的具体情况选择处理过程：

对已经在本后备电源系统上过电的蓄电池组，如果没有更换电池即执行步骤S205，对蓄电池组的参数进行初始化，即恢复该蓄电池组放电数据、放电容量特征数据以及下电前记录的老化率，并进入步骤S211对蓄电池组进行均充电；如果更换了个别电池，则执行步骤S206，恢复该蓄电池组在确认有故障蓄电池的测试之前的放电数据、放电容量特征数据以及老化率，而确认有故障蓄电池的测试过程中得到的数据由于更换电池而废弃，之后进入步骤S211对蓄电池组进行均充电。

对第一次在本后备电源系统上电的蓄电池组，根据蓄电池组是否使用过区分新蓄电池组和旧蓄电池组，分别执行步骤S203和S204，输入蓄电池组的各项配置参数，如蓄电池组的蓄电池类型、串联个数、容量、并联组数等，对旧蓄电池组还需输入该蓄电池组已使用日期等参数。在步骤S203和S204之后进入步骤S206判断蓄电池组的类型，对数据定制蓄电池或者是使用客户可以提供准确的放电数据的蓄电池，进入步骤S207输入该蓄电池组的放电数据，并进一步在步骤S208完成初次上电的初始化测试；对于不具有准确的放电数据的普通蓄电池组，进入步骤S209由用户选择是否对该蓄电池组进行初始化测试，是则执行步骤S208进行初始化测试并转步骤S205；否则执行步骤S210输入默认数据，由步骤S203和S204中输入的蓄电池组配置参数，根据国内或国际通行的制造标准生成默认的放电数据，以不同类型的蓄电池组在放电测试时得到的放电容量特征数据的平均值作为该蓄电池组的放电容量特征数据，之后转步骤S205。在步骤S208的初始化测试中可以得到该蓄电池组的放电数据和放电容量特征数据，其过程将在下文中具体说明。

在执行完蓄电池组的参数初试化步骤S205后，进入步骤S211进行蓄电池组的均充电。在均充电过程中，执行步骤S212计算蓄电池组的充电比率，并执行步骤S213判断是否满足设定的均浮充转换条件，如果是则执行步骤S214；如果否则转步骤S211继续均充电。常用的均浮充转换条件是判断充电电流的大小是否小于等于设定电流值。

在步骤S214，蓄电池组转入浮充电状态，按本发明所述老化率的估算方法更新蓄电池组的容量和寿命。在步骤S215判断蓄电池组是否达到设定的寿命终止值，例如蓄电池组的容量下降到标称容量的70％，一旦达到寿命终止值即提示用户进行放电验证测试，即执行步骤S229进行年检。

未达到寿命终止值的蓄电池组在浮充电时随时处于备电状态下，在步骤S216等待一旦发生市电故障就开始放电，放电过程中在步骤S217不断计算剩余放电时间，蓄电池组在放电过程中的剩余放电时间根据由该蓄电池组的放电数据和老化率之积计算得出总共的放电时间，减去放电过程中已经放电的时间即是剩余放电时间。同时，放电过程中在步骤S218判断放电是否终止，当市电恢复正常则转步骤S211进行均充电；否则继续放电并在步骤S219比较蓄电池组的电压是否已经下降到第一预报警电压Ua1，高于该电压则转步骤S217；而低于该电压则执行步骤S220。

在步骤S220，系统发出报警，当蓄电池组的第一预报警电压Ua1落在其放电深度超过预定放电深度60％的范围，就可以对蓄电池组的老化率以本发明所述方法进行修正，并根据对老化率的修正显示剩余放电时间。一般，当相邻两次修正的时间在半年之内并且修正量不小于5％，即可以判断整个蓄电池组中有个别蓄电池出现了故障。

在步骤S211，判断蓄电池组是否终止放电，如继续放电则执行步骤S222判断蓄电池组的电压是否已经下降到第二预报警电压Ua2，低于该电压则执行步骤S223，再次报警并显示剩余的放电时间；高于该电压则执行步骤S220。

进一步的放电过程如步骤S224、225和226所示，随着蓄电池组的电压低于放电截止电压Us而系统最后停止服务。

如果在步骤S216蓄电池组没有放电，则执行步骤S227，判断该蓄电池组的浮充电时间是否超过设定的周期性均充维护时间，如果未超过则保持浮充电状态；一旦超过则执行步骤S228。在步骤S228，判断是否对蓄电池组进行年检，如果是则执行步骤S229进行年检；如果否，则在步骤S230、231和232由系统自动控制执行按设定容量比例放电的操作，并放电过程中显示电池剩余放电时间，最后由市电供电情况决定电池是执行步骤S217继续放电，还是进入步骤S205进行蓄电池组均充前的参数初试化。步骤S229中年检的进一步阐述见下文。

图3所示为本发明所述使用蓄电池组的后备电源系统的初始化测试流程图，即上述步骤S208中初始化测试的具体过程。

在步骤S301，对蓄电池组进行均充电，为其后的放电测试作准备。均充电过程中，在步骤S302不断检测是否满足均浮冲转换条件，如果否则转步骤S301继续均充电；如果是则转步骤S303，对蓄电池组进行浮充电。均浮冲转换条件条件由用户设定，可以是充电电流的大小是否小于等于某一设定电流值，也可以是充电时间是否大于等于某一设定时间值。浮充电过程中，在步骤S304不断检测浮充电是否超过设定浮充电时间，如果否则转步骤S303继续浮充电；一旦达到设定的浮充电时间则执行步骤S305。

在步骤S305，开始进行初始化测试，蓄电池组放电。放电过程中，在步骤S306顺序记录放电时间和对应放电电流、电压值，形成完整的放电曲线；同时在步骤S307判断蓄电池组的电压是否已下降到小于等于放电截止电压Us，如果否则转步骤S305继续放电；如果放电终止则执行步骤S308。

在步骤S308，终止放电操作，根据记录的放电数据，计算蓄电池组在放放电深度超过60％的选定容量点上时，其单位安时容量提供放电电流的电压下降速率，并把得到这一个以上特定容量点及其对应的放电电压变化率，作为电池的放电容量特征参数。由于不同种类的蓄电池组其选定容量点的放电容量特征参数范围不同，对于新上电的蓄电池组，如果其初始化测试所得到的放电容量特征参数超出该种类蓄电池组平均的放电容量特征参数5％以上，则可以判断该新上电的蓄电池组中有故障蓄电池。在步骤S309，根据上述标准判断蓄电池组中是否有故障蓄电池，如果无则初始化测试完成；如果有则执行步骤S310提示用户是否对故障蓄电池进行更换，如果是则系统下电，更换电池；如果否则初始化测试完成。

在初始化测试完成后，执行步骤S205，以初始化测试中得到的蓄电池组的各项参数对系统中存储的参数进行更新。

图4所示为本发明所述使用蓄电池组的后备电源系统的年检流程图，即上述步骤S229中年检的具体过程。

在步骤S410，由用户设定蓄电池组的放电深度。用户应设定放电深度为100％或者超过60％的某一深度值。

在步骤S420，蓄电池组放电。放电过程中，在步骤S430计算和显示蓄电池组的剩余放电时间，并记录放电数据；同时在步骤S440判断是否达到用户设定的放电深度，如果否则转步骤S420继续放电；如果是则执行步骤S450。

在步骤S450，根据放电过程中记录的放电数据计算放电容量特征数据。在步骤S460，根据蓄电池组的放电容量特征参数的变化是否已经超过阈值(如当两次修正的时间在半年之内并且修正量不小于5％)来判断该蓄电池组中是否有蓄电池出现故障，如果有则向用户报警，并执行步骤S490，保持年检前的老化率不变；如果没有故障蓄电池则执行步骤S470，根据用户设定的蓄电池组寿命终结老化率，判断蓄电池组的寿命是否已经终止，若寿命终止即执行步骤S490，报警并保持年检测试前的老化率；若寿命没有终止则执行步骤S480，更新蓄电池组的老化率。

在年检完成后，转步骤S205执行蓄电池组的参数初始化。

图5所示为应用本发明所述老化率估算方法的蓄电池组管理监测装置的结构图。

本发明所述的蓄电池组管理监测装置包括蓄电池组010、传感单元020、信号调理单元030、模拟多路开关040、模拟/数字转换单元050、显示单元060、处理单元070、存储单元080、通信接口单元090和主控单元100。

传感单元020采集蓄电池组010一个以上的监测参数，并将产生的双极性模拟信号传送到信号调理单元030。监测参数包括蓄电池组的电压、电流和温度等。信号调理单元030将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，传送到多路模拟开关040。多路模拟开关040将一个以上的单极性模拟信号分时传送至模拟/数字转换单元050，模拟/数字转换单元050将从多路模拟开关040接收的单极性模拟信号转换为监测参数值，传送至处理单元070。

显示单元060根据处理单元的指令显示蓄电池组的运行状态。存储单元080用来存储管理软件代码、临时计算数据和蓄电池组的数据，其中包括蓄电池组的放电数据和放电容量特征数据。处理单元070运行存储单元080存储的管理软件代码，指令显示单元060显示蓄电池组010的运行状态，其中包括当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率，据此计算并显示蓄电池组的剩余放电时间；同时，处理单元070根据模拟/数字转换单元050传送的监测参数值和存储单元080存储的蓄电池组的数据决定对蓄电池组进行相应的操作，并将操作指令通过通信接口单元090传送至主控单元100。

主控单元100根据从通信接口单元090接收的处理单元070的操作指令控制蓄电池组010的运行。

信号调理单元030包括低通滤波单元031、精密绝对值单元032和精密放大单元030。低通滤波单元031将从传感单元020接收的双极性模拟信号中的高频干扰滤除后，传送至精密绝对值单元032。精密绝对值单元032将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，并将单极性模拟信号传送至精密放大单元033。精密放大单元033将单极性模拟信号放大至符合模拟/数字转换单元050要求，并将其传送至模拟多路开关040。

为了防止整各蓄电池组的电压传感器的正负极接反使得传感单元020输出反相取样信号，导致误判工作状态，本发明中在信号调理单元030中，采用了精密绝对值单元032始终输出正相信号，适应传感单元020正负极接反的情况。

在蓄电池组充电、放电时，传感单元020取样信号的极性发生反转，其输出信号也将反相，而精密绝对值单元032能够始终输出正向电流信号。

通常的做法是将±Vin的双极性信号提升为0～+2Vin的单极性信号，代价是输入动态范围减少了一半，这意味着模拟/数字转换单元050输出的有效数值减少了1位。本发明通过采用精密绝对值单元032，将±Vin的双极性信号变换为0～+Vin的单极性信号，减小了模拟信号处理通道的总误差，使模拟/数字转换单元050得到充分利用。

上述精密绝对值单元032可以采用精密绝对值电路。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于，包括以下步骤：

a)确定蓄电池组的放电数据；

b)确定蓄电池组的放电容量特征数据，所述放电容量特征数据为在至少一个放电容量超过预定放电深度的选定容量点上蓄电池组的电压变化参数；

c)以蓄电池组的标称寿命为基准，以蓄电池组的放电曲线作为蓄电池组的老化曲线；

d)当蓄电池组由均充电转入浮充电状态时，确定其在老化曲线中的位置并估算其老化率；

e)当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率；

f)根据所述更新的老化率修正蓄电池组在老化曲线中的位置。

2.按照权利要求1所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于，所述步骤c)与步骤d)之间包括：将所述老化曲线分段，以每段的斜率为该段的老化速率；

步骤d)所述确定蓄电池组在老化曲线中的位置具体为：根据蓄电池组的使用时间确定其在老化曲线中的位置；所述估算其老化率具体为：根据蓄电池组的位置所在的老化曲线段和该段的老化速率计算得出蓄电池组的老化率。

3.按照权利要求2所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于，在所述步骤f)之后包括：

g)根据更新老化率后的蓄电池组实际容量，计算剩余的放电时间，并按电池剩余的容量比率作出放电截止前的预报警。

4.按照权利要求1至3任意一项所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于：所述步骤a)具体为：

a1)输入已知的放电数据；或根据蓄电池的标称容量值和种类，按照国际或国内标准生成其放电数据；

a2)对蓄电池组进行100％深度的放电测试，根据测试结果对步骤a1)中的放电数据进行修正。

5.根据权利要求4所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于，所述步骤b)具体为：

在所述蓄电池组的放电测试中，记录所述蓄电池组的放电数据，计算其在选定容量点上的电压变化参数，作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；或

以相同类型的蓄电池组在放电测试时得到的放电容量特征数据的平均值作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；

所述电压变化参数为每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率。

6.根据权利要求5所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于，所述步骤e)具体为：

蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据所述放电容量特征数据中的电压变化率得到所述选定容量点；

计算本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量，以与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率。

7.按照权利要求6所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于，所述步骤a)之前包括：判断是否已保存有蓄电池组的放电数据、放电容量特征数据和老化率，如果是，转步骤d)；如果否，执行步骤a)。

8.按照权利要求1所述蓄电池组的老化率估算方法，其特征在于：所述放电数据包括恒功率放电数据或恒电流放电数据；所述预定放电深度为不小于60％。

9.一种蓄电池组的故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

A.确定蓄电池组的放电数据；

B.确定蓄电池组的放电容量特征数据，所述放电容量特征数据为在至少一个放电容量超过预定放电深度的选定容量点上的电压变化参数；

C.当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来修正老化率；

D.如果两次所述老化率修正的时间间隔在预定修正时间段内并且修正量大于等于预定修正比率阈值，则所述蓄电池组出现故障。

10.按照权利要求9所述蓄电池组的故障检测方法，其特征在于，所述方法还包括：如果新蓄电池组的放电容量特征数据与相同类型蓄电池组放电容量特征数据的平均值相比，超过预定初始比率阈值，则所述新蓄电池组出现故障。

11.按照权利要求10所述蓄电池组的故障检测方法，其特征在于：所述电压变化参数为每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率；

所述步骤A具体为：

输入已知的放电数据；或

根据蓄电池的标称容量值和种类，按照国际或国内制造标准生成其放电数据；

所述步骤B具体为：

在蓄电池组的放电测试中，记录所述蓄电池组的放电数据，计算其中选定容量点上的电压变化率，作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；或

以相同类型的蓄电池组在放电测试时得到的放电容量特征数据的平均值作为所述蓄电池组的放电容量特征数据；

所述步骤C具体为：

蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据所述放电容量特征数据中的电压变化率得到所述选定容量点；

计算本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量，以与新蓄电池组容量的比较结果来修正老化率；

所述放电数据包括恒功率放电数据或恒电流放电数据；所述预定放电深度为不小于60％。

12.一种蓄电池组的管理及监测装置，其特征在于，包括蓄电池组、传感单元、信号调理单元、模拟多路开关、模拟/数字转换单元、显示单元、处理单元、存储单元、通信接口单元和主控单元，其中：

所述传感单元用来将蓄电池组的一个以上的监测参数的模拟信号传送到所述信号调理单元，所述监测参数包括蓄电池组的电压和电流；

所述信号调理单元将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，传送到所述模拟多路开关；

模拟多路开关将一个以上的单极性模拟信号分时传送至所述模拟/数字转换单元；

所述模拟/数字转换单元将所述单极性模拟信号转换为监测参数值，传送至所述处理单元；

所述显示单元根据处理单元的指令显示蓄电池组的运行状态；

所述存储单元用来存储管理软件代码、临时计算数据和蓄电池组的数据，其中包括蓄电池组的放电数据和放电容量特征数据，所述放电容量特征数据为在至少一个放电容量超过预定放电深度的选定容量点上，每安时容量提供放电功率或电流的电压变化率；

所述处理单元运行所述存储单元存储的管理软件代码，指令显示单元显示蓄电池组运行状态，其中包括当蓄电池组放电超过预定放电深度时，根据本次放电至所述选定容量点时已经放出的容量与新蓄电池组容量的比较结果来更新老化率，据此计算并显示蓄电池组的剩余放电时间；并根据所述模拟/数字转换单元传送的监测参数值和所述存储单元存储的蓄电池组的数据决定对蓄电池组进行的操作，将操作指令通过所述通信接口单元传送至所述主控单元；

所述主控单元根据从所述通信接口单元接收的所述处理单元的操作指令控制蓄电池组的运行。

13.按照权利要求12所述蓄电池组的管理及监测装置，其特征在于，所述信号调理单元包括低通滤波单元、精密绝对值单元和精密放大单元，其中：

所述低通滤波单元将从所述传感单元接收的双极性模拟信号中的高频干扰滤除后，传送至所述精密绝对值单元；

所述精密绝对值单元将双极性模拟信号转换为单极性模拟信号，并将单极性模拟信号传送至所述精密放大单元；

所述精密放大单元将单极性模拟信号放大至符合所述模拟/数字转换单元要求，并将其传送至所述模拟多路开关。

Images