蓄電池內(nèi)阻測量方法和電路、健康狀態(tài)檢測方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及蓄電池檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 除發(fā)電設(shè)備外，蓄電池是目前最主要的電源形式，對于蓄電池的應(yīng)用，可以分為三 個(gè)環(huán)節(jié)：蓄電池充電環(huán)節(jié)，蓄電池健康狀態(tài)檢測環(huán)節(jié)，蓄電池供電環(huán)節(jié)。對于充電環(huán)節(jié)和供 電環(huán)節(jié)，已經(jīng)有十分成熟的技術(shù)和裝備。但是，對于蓄電池健康診斷環(huán)節(jié)，缺乏可靠、經(jīng)濟(jì)、 在線的動(dòng)態(tài)檢測手段。
[0003] 蓄電池具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛地應(yīng)用于發(fā)電廠、變電 站、通信系統(tǒng)、電動(dòng)汽車、航空航天等部門。蓄電池分為酸性蓄電池（即鉛酸蓄電池）和堿 性蓄電池兩大類。由于鉛酸蓄電池的單節(jié)電壓（通常為2V)比堿性蓄電池的單節(jié)電壓（一 般介于I. IV~I. 65V之間）高，因此通常采用鉛酸蓄電池構(gòu)成后備電源系統(tǒng)。
[0004] 鉛酸蓄電池以其成熟的技術(shù)、較低的成本、大電流放電、可靠的性能等優(yōu)點(diǎn)被廣泛 的應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，如無線通訊移動(dòng)基站、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中心、UPS、汽車、通訊、電力、醫(yī)療、艦 船等。鉛酸蓄電池是目前工業(yè)電池當(dāng)中產(chǎn)量最大的電池。
[0005] 發(fā)明人經(jīng)過研究和考察，發(fā)現(xiàn)鉛酸蓄電池作為直流后備電源或動(dòng)力電源存在如下 問題：
[0006] 1、蓄電池長期處于浮充狀態(tài)，只在電力系統(tǒng)斷電時(shí)才投入，由于鉛酸蓄電池長時(shí) 間不放電，電極周邊被氫氣泡"圍困"，導(dǎo)致"鈍化"，不能保障能量的有效補(bǔ)充和工作放電時(shí) 內(nèi)阻大不能可靠供電，在關(guān)鍵時(shí)刻可能導(dǎo)致操作電源失效或蓄電池輸出的維持時(shí)間大大小 于設(shè)計(jì)時(shí)間；
[0007] 2、對蓄電池的"健康"狀態(tài)缺乏在線、經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測手段，目前的方式為：人工逐個(gè)測 量蓄電池的端電壓，檢查蓄電池的健康狀態(tài)，該方法既不可靠、也不及時(shí)，而且工作量巨大， 特別是對有電壓但內(nèi)阻異常的蓄電池不能輸出設(shè)計(jì)電流的狀態(tài)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)，因此，對蓄 電池需要頻繁地周期性維護(hù)，盲目性較大，出現(xiàn)異常時(shí)，也是一種"應(yīng)急維護(hù)模式"；
[0008] 3、由于目前串聯(lián)多個(gè)蓄電池的浮充是現(xiàn)在動(dòng)力電源或后備電源的主要工作方式， 其最大缺點(diǎn)是不能照顧不同蓄電池之間的特性差異，在同一串聯(lián)浮充中，由于每個(gè)蓄電池 內(nèi)阻的不同，內(nèi)阻較大者在同樣的浮充電流下不能夠充分的"還原反應(yīng)"，而導(dǎo)致個(gè)別品質(zhì) 較差的電池內(nèi)阻增加較快，易于失效，降低了整個(gè)系統(tǒng)的可靠性；
[0009] 4、大量電池以串聯(lián)連接方式工作，每一個(gè)蓄電池輸出端子的狀態(tài)以及每一個(gè)串聯(lián) 蓄電池連接器的優(yōu)劣直接影響直流操作電源的可靠性和供電特性；
[0010] 5、需要100%冗余蓄電池組作為異常應(yīng)急的后備，需要蓄電池的數(shù)量翻倍，投資增 加，但同期出廠的蓄電池組的壽命不會提高，翻倍的投資并沒有顯著提高系統(tǒng)整體可靠性， 維護(hù)工作量也翻倍；
[0011] 6、浮充模式的開關(guān)電源設(shè)備，自身功率消耗大，需要風(fēng)扇冷卻，不夠環(huán)保，而且開 關(guān)電源設(shè)備與蓄電池組共處一室，當(dāng)空調(diào)系統(tǒng)或通風(fēng)系統(tǒng)失效后，蓄電池充放電所產(chǎn)生的 可燃?xì)怏w就有較大的火災(zāi)隱患；
[0012] 7、缺乏先進(jìn)的蓄電池智能管理技術(shù)和通用裝備，直流后備電源每個(gè)蓄電池的狀 態(tài)，不能夠通過網(wǎng)絡(luò)組成物聯(lián)網(wǎng)，完成全面覆蓋的測控、異常預(yù)測，在監(jiān)控中心不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn) 程海量直流后備電源的在線狀態(tài)診斷和實(shí)現(xiàn)"管理型維護(hù)"。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的是提供一種基于大電流毫秒脈沖放電的蓄電池內(nèi)阻測 量方法，該方法可以在線、準(zhǔn)確地測量蓄電池的內(nèi)阻。
[0014] 本發(fā)明的第一個(gè)發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于大電流毫秒脈沖放電 的蓄電池內(nèi)阻測量方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0015] 使蓄電池通過一個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生與蓄電池容量匹配的放電電流的放電回路，進(jìn)行一個(gè) 大電流毫秒脈沖放電，檢測該過程中蓄電池的端電壓和放電電流的變化過程，根據(jù)歐姆定 律計(jì)算蓄電池的內(nèi)阻。
[0016] 本發(fā)明采用直流放電法測量蓄電池內(nèi)阻，且放電電流足夠大，測量結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定， 又由于本發(fā)明內(nèi)阻測量方法放電時(shí)間非常短，通常在Ims內(nèi)，本發(fā)明方法可在線進(jìn)行，且對 蓄電池?zé)o損害，對蓄電池電量損耗低。
[0017] 作為本發(fā)明蓄電池內(nèi)阻測量方法的一種改進(jìn)，在檢測所述蓄電池的端電壓和放 電電流的變化過程的同時(shí)，檢測所述放電回路的線路電阻。蓄電池的內(nèi)阻是毫歐姆級別，因 此，精確動(dòng)態(tài)測量放電回路的線路電阻，對減少蓄電池內(nèi)阻的測量誤差十分重要。
[0018] 本發(fā)明第二個(gè)發(fā)明目的是提供一種用于實(shí)施所述蓄電池內(nèi)阻測量方法的電路。
[0019] 本發(fā)明第二個(gè)發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種用于實(shí)施所述蓄電池內(nèi)阻 測量方法的電路，其特征在于，包括電壓檢測電路、電流檢測電路、內(nèi)阻檢測電路和微處理 機(jī)；
[0020] 所述內(nèi)阻檢測電路包括由大功率電阻、電力電子器件和導(dǎo)線構(gòu)成的放電回路，還 包括有由光耦構(gòu)成的驅(qū)動(dòng)電路，所述微處理機(jī)通過所述驅(qū)動(dòng)電路與所述電力電子器件相 連，通過控制所述光耦控制所述電力電子器件導(dǎo)通或阻斷，從而控制所述蓄電池是否通過 所述放電回路放電，所述微處理機(jī)和所述電壓檢測電路構(gòu)成用于采集所述蓄電池端電壓的 電壓高速采樣電路，所述微處理機(jī)和所述電流檢測電路構(gòu)成用于采集所述蓄電池放電電流 的電流尚速米樣電路。
[0021] 本發(fā)明的第三個(gè)發(fā)明目的是提供一種基于大電流毫秒脈沖放電的蓄電池健康狀 態(tài)檢測方法。
[0022] 本發(fā)明的第三個(gè)發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于大電流毫秒脈沖放電 的蓄電池健康狀態(tài)檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：
[0023] 1)周期性地使蓄電池通過一個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生與蓄電池容量匹配的放電電流的放電回 路，進(jìn)行一個(gè)大電流毫秒脈沖放電，檢測該過程中蓄電池的端電壓和放電電流的變化過程， 并同步檢測如下參數(shù)：放電回路的線路電阻、蓄電池的表面溫度和絕緣電阻；
[0024] 2)根據(jù)歐姆定律計(jì)算蓄電池的內(nèi)阻；
[0025] 3)根據(jù)不同健康狀態(tài)的蓄電池內(nèi)阻取值區(qū)間的差別，綜合檢測的其它參數(shù)，評估 蓄電池的健康狀態(tài)。
[0026] 本發(fā)明方法可在線評估蓄電池的健康狀態(tài)，將目前普遍的應(yīng)急搶修模式轉(zhuǎn)化為預(yù) 測維護(hù)，提高直流后備電源的可靠性。本發(fā)明通過周期性大電流毫秒脈沖放電，解決了目 前蓄電池充電環(huán)節(jié)中，長期只充電不放電，蓄電池內(nèi)部電極與電解質(zhì)接觸不良產(chǎn)生"鈍化" 現(xiàn)象的問題，提升了蓄電池的運(yùn)行可靠性和安全性。
[0027] 步驟1)在蓄電池處于靜態(tài)時(shí)即非工作狀態(tài)時(shí)進(jìn)行。本發(fā)明的蓄電池健康狀態(tài)檢 測方法是一個(gè)瞬時(shí)的過程，可以在任意時(shí)間對蓄電池的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，但在實(shí)際應(yīng)用 中，由于蓄電池工作時(shí)間是有限的，所以不需要頻繁的檢測，主要是對每一次工作后的蓄電 池的健康狀態(tài)進(jìn)行評估，以便給維護(hù)人員足夠的信息以確保后備電源系統(tǒng)的可靠性。
[0028] 作為對發(fā)明的一種改進(jìn)，步驟1)中所述周期性的使蓄電池通過一個(gè)設(shè)計(jì)產(chǎn)生與 蓄電池容量匹配的放電電流的放電回路，進(jìn)行一個(gè)大電流毫秒脈沖放電的操作，在檢測到 蓄電池的端電壓大于或等于設(shè)定的健康狀態(tài)檢測開啟電壓后進(jìn)行，防止出現(xiàn)對處于放電末 期的電池進(jìn)行繼續(xù)放電的操作，進(jìn)一步保護(hù)蓄電池的健康。
[0029] 所述健康狀態(tài)檢測開啟電壓根據(jù)蓄電池到達(dá)放電末期并靜置一段時(shí)間后電壓的 回升值設(shè)定。
[0030] 步驟3)中所述不同健康狀態(tài)的蓄電池內(nèi)阻取值區(qū)間的差別，根據(jù)不同健康狀態(tài) 的蓄電池內(nèi)阻相對于該蓄電池新投入時(shí)內(nèi)阻取值區(qū)間歷史值的增量設(shè)定。
[0031] 為了更全面的監(jiān)測蓄電池的健康狀態(tài)，步驟1)中同步檢測的參數(shù)還包括蓄電池 所處環(huán)境的環(huán)境參數(shù)，所述環(huán)境參數(shù)包括環(huán)境溫度、濕度、氣壓等數(shù)據(jù)。
[0032] 本發(fā)明的第四個(gè)發(fā)明目的是提供一種用于實(shí)施所述蓄電池健康狀態(tài)檢測方法的 蓄電池健康狀態(tài)檢測系統(tǒng)。
[0033] 本發(fā)明的第四個(gè)發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種基于大電流毫秒脈沖放 電的蓄電池健康狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括用于與蓄電池一一對應(yīng)相連、對蓄電池進(jìn) 行并聯(lián)充放電管理和健康狀態(tài)檢測的蓄電池管理模塊，還包括通訊管理模塊和后臺監(jiān)控中 心，所述蓄電池管理模塊通過所述通訊管理模塊與所述后臺監(jiān)控中心通訊。
[0034] 所述蓄電池管理模塊包括電壓檢測電路、電流檢測電路、電池溫度檢測電路、內(nèi)阻 檢測電路、絕緣電阻檢測電路、充放電管理電路和微處理機(jī)，各所述電路分別與所述微處理 機(jī)相連；
[0035] 充放電管理：
[0036] 所述微處理機(jī)分別通過所述電壓檢測電路、電流檢測電路實(shí)時(shí)檢測所述蓄電池 的端電壓和充放電電流，并通過所述充放電管理電路管理每個(gè)蓄電池的充放電過程；
[0037] 健康狀態(tài)檢測：
[0038] 所述微處理機(jī)通過周期性地激活所述內(nèi)阻檢測電路，使蓄電池通過所述內(nèi)阻檢測 電路的放電回路進(jìn)行一個(gè)大電流毫秒脈沖放電，并分別通過所述電壓檢測電路、所述電流 檢測電路，采樣該放電過程中蓄電池的端電壓和放電電流的變化過程，同時(shí)，還分別通過所 述電池溫度檢測電路、絕緣電阻檢測電路及所述內(nèi)阻檢測電路的線路電阻檢測電路同步檢 測蓄電池的表面溫度、絕緣電阻和所述放電回路的線路電阻。
[0039] 所述蓄電池健康狀態(tài)檢測系統(tǒng)還包括與所述電池管理模塊或所述通訊管理模塊 相