CN103033759A - 一种蓄电池热失控智能判断方法 - Google Patents

Abstract

一种蓄电池热失控智能判断方法，属控制领域。其智能判断方法包括下列步骤：每秒记录一点蓄电池电压值和电流值；每分记录一点蓄电池电压值和电流值；I_蓄充≥0.01C10？是则进行下一步，否则返回第一步；｜Un-Un-1｜＞1V?是则返回第一步，否则进行下一步；判前一段电流上升趋势，如是上升趋势，执行下一步，否则返回第一步；发出热失控告警。其将人们在以往观察到的现象加以总结，编制成诊断程序与蓄电池监测仪采集的电流和电压信号综合在一起进行智能判断，得出恰当的结论并进行告警。

Description

一种蓄电池热失控智能判断方法

技术领域

本发明属于控制领域，尤其涉及一种用于蓄电池运行状态的监控方法。

背景技术

阀控蓄电池在直流***运行中重要性是众人皆知的，直流***的安全运行取决于蓄电池的可靠性。蓄电池在运行中容易发生最严重的后果是蓄电池热失控故障，该故障导致蓄电池起火燃烧，直流***失电。

直流电源***几次大的火灾均因为蓄电池热失控而造成，针对这些情况在蓄电池监测仪上

作运行实践证明作此规定是有道理的，我们在发生故障蓄电池分析中可以看到，运行中个别蓄电池容量落后还不能说明整组蓄电池工况，但如果有二个以上的蓄电池发生容量不足，一般就具有标志性意义。如蓄电池普遍失水造成蓄电池容量不足，蓄电池汇流极板老化造成部分极板不工作，蓄电池整体寿命下降等，不管何种原因，蓄电池工作的可靠性将大大下降，而对于运行于浮充状态蓄电池，它的作用就是在失电的情况下要可靠的放电，而不是循环充放电使用可以用到蓄电池的放电极限，因此即便有80％的容量可以储存，但对于直流***来讲已经不安全了。

另一方面由于蓄电池在运行中大部分时间都处在浮充电状态，蓄电池的浮充电流非常小，运行中实际统计数证明均小于1mA/Ah，以300Ah蓄电池来讲其浮电电流不会大于0.3A。蓄电池在运行中面临的一个严峻现实是经常有报道蓄电池发生热失控造成蓄电池整组失效、***、起火，其最终结果不仅蓄电池损坏还带来直流***瘫痪，尽管此类事件发生的概率很低，但后果严重，常规的蓄电池放电试验对于热失控无法进行检测，目前还没有其他有效的技术手段来对此加以预防，只能依据经验从管理上加强对蓄电池电流的监视，发现蓄电池电流无辜增大就提高警惕。从我们运行实践中遇到的唯一一次蓄电池热失控事件看，蓄电池热失控表现现象是蓄电池电流在正常浮充电压运行条件下大幅上升，300Ah的蓄电池在发生热失控时的浮充电流达到20A左右，当时立即将充电机正常的浮充电压从240V往下降到220V时蓄电池电流才减小到1A以下，即电压下降10％才能维持接近正常的浮充电流，蓄电池电流保持不变，此时的蓄电池端电压在2V左右。我们也可以认为蓄电池内部电动势已经从2.23V下降到2V，以正常的浮充电压2.23V对电动势2V的蓄电池充电，其充电电流的大小就完全取决于蓄电池的内阻，通常情况铅酸蓄电池容量越大内阻越小，因此蓄电池一旦热失控容量大的蓄电池产生的热失控电流也就越大，产生的热量就大，同样道理蓄电池容量大的蓄电池配置的充电机容量也大，造成蓄电池大量的发热，所以大于300Ah的蓄电池发生热失控后果往往是起火燃烧，对于充电机来讲目前还没有哪一个厂家对蓄电池的充电电流进行智能化识别；什么是蓄电池放电引起的容量下降的充电电流，什么是蓄电池容量饱满在浮充状态条件下发生的大电流充电。如果是后一种情况下发生的充电，监控器作出一系列措施对即将进入热失控的蓄电池进行预防。蓄电池厂家技术说明中也没有关于热失控产生的条件，仅提到了蓄电池浮充端电压在不同的温度下进行修正的，温度每上升一度端电压下降3mV这么一个关系，没有强调偏离这个关系会发生什么后果，从实际测量的电压来看，厂方提供的电压是指的平均值，运行中蓄电池单体电压实际离散值远大于此，3mV的温度补偿实际工作意义不大。曾对密封阀控蓄电池在浮充条件下定期均充完成后的蓄电池充电电流与浮充状态下蓄电池充电电流进行观察和比较，发现二者电流相差不大，这个结果说明正常情况下蓄电池充电电压高于浮充电压，只要是不大于厂家的允许均充电压的最大值，是不会引起热失控产生，热失控的产生另有原因。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蓄电池热失控智能判断方法，将人们在以往观察到的现象加以总结，编制成诊断程序与蓄电池监测仪采集的电流和电压信号综合在一起进行智能判断，得出恰当的结论并进行告警。

本发明的技术方案是：提供一种蓄电池热失控智能判断方法，其特征是所述的智能判断方法包括下列步骤：

1-1、每秒记录一点蓄电池电压值和电流值；

1-2、每分记录一点蓄电池电压值和电流值；

1-3、I_蓄充≥0.01C₁₀？是则进行下一步，否则返回第一步；

1-4、｜Un-Un-1｜＞1V?是则返回第一步，否则进行下一步；

1-5、判前一段电流上升趋势，如是上升趋势，执行下一步，否则返回第一步；

1-6、发出热失控告警。

其中，所述的蓄电池电压值和电流值为秒平均值。

其所述的1-3步骤用于监视蓄电池充电电流是否超限。。

其所述的1-4步骤用于判断电流超限是否均充或电压不稳定所引起。

与现有技术比较，本发明的优点是：将人们在以往观察到的现象加以总结，编制成诊断程序与蓄电池监测仪采集的电流和电压信号综合在一起进行智能判断，得出恰当的结论并进行告警。

附图说明

图1是本发明蓄电池热失控智能判断方法方框示意图；

图2是监控器控制的直流电源运行过程示波图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的智能判断方法包括下列步骤：

1-1、每秒记录一点蓄电池电压值和电流值；

1-2、每分记录一点蓄电池电压值和电流值；

1-3、I蓄充≥0.01C10？是则进行下一步，否则返回第一步；

1-4、｜Un-Un-1｜＞1V?是则返回第一步，否则进行下一步；

1-5、判前一段电流上升趋势，如是上升趋势，执行下一步，否则返回第一步；

1-6、发出热失控告警。

其中，所述的蓄电池电压值和电流值为秒平均值。

其所述的1-3步骤用于监视蓄电池充电电流是否超限。。

其所述的1-4步骤用于判断电流超限是否均充或电压不稳定所引起。

其具体过程和步骤详细叙述如下：

判前一段电流上升趋势

一、蓄电池电流历史数据记录

每分钟一个平均值。（说明：由于蓄电池电流在正常状态是在一定范围波动，不是恒定值，故只能取一分钟一个平均值）

每10分钟进行一次平均值计算(10个点数据)，然后进行判断，如每分钟数据在10分钟平均值的±0.2A以内，蓄电池浮充电流以一个平均值表示，进行数据压缩。数据格式为：时间段+数值。

每60分钟进行一次平均值计算（60个数据），然后进行判断，如每分钟数据在60分钟平均值的±0.2A以内，蓄电池浮充电流以一个平均值表示，进行数据压缩。数据格式为：时间段+数值。如数据超差，则蓄电池历史电流记录以10分钟一个点。

如蓄电池电流超出0.002C10则作为事件记录，每秒记录一个数据，然后每分钟平均一次，只要电流值波动小于±0.2A以内，就进入每分钟一个点记录。

判前一段电流上升趋势

判一个月内蓄电池60分钟记录一次的次数多于10分钟一次记录的次数。

如果多于则说明蓄电池电流测量稳定，比较电流上升趋势选择为60分钟记录的平均值在1、2、3、4、5、10、20、30天中上升趋势（要排除事件记录，并采用事件记录后的记录值，如充电电流超差发生距事件记录25天，则前面第30天的记录数据就不能取）。具体判断方法为；后一个数据减前一个数据判正负。如果正大于负，则说明电流在这一段时间是上升的报“热失控告警”。

如果少于说明电流测量不稳定或事件较多，判最后一个事件距发生“蓄电池充电电流超限”的时间，以十等分求电流平均值，然后判断；后一个数据减前一个数据判正负。如果如果正大于负，则说明电流在这一段时间是上升的报“热失控告警”。

判6个月内蓄电池电流上升趋势，事件后的记录数据，计算每月平均值，判上升趋势，方法同前。

事件记录定义：事件记录就是蓄电池在浮充过程中发生的放电、充电、均充3个过程，事件发生的整个时间段应以蓄电池电流小于0.001C10为结束。蓄电池热失控判断过程的时间段应不包括事件，不然的话事件发生的数据对判断有干扰，会造成误判。

阀控蓄电池在直流***运行中重要性是众人皆知的，直流***的安全运行取决于蓄电池的可靠性，对于蓄电池性能目前人们只能通过进行蓄电池放电试验来验证和判断蓄电池的寿命是否到达终期，国家标准为此规定了在全容量放电条件下，整组蓄电池有二瓶蓄电池容量低于80％且经过均充仍达不到此标准时，该组蓄电池就认为是寿终就寝予以更换。运行实践证明作此规定是有道理的，我们在发生故障蓄电池分析中可以看到，运行中个别蓄电池容量落后还不能说明整组蓄电池工况，但如果有二个以上的蓄电池发生容量不足，一般就具有标志性意义。如蓄电池普遍失水造成蓄电池容量不足，蓄电池汇流极板老化造成部分极板不工作，蓄电池整体寿命下降等，不管何种原因，蓄电池工作的可靠性将大大下降，而对于运行于浮充状态蓄电池，它的作用就是在失电的情况下要可靠的放电，而不是循环充放电使用可以用到蓄电池的放电极限，因此即便有80％的容量可以储存，但对于直流***来讲已经不安全了。

另一方面由于蓄电池在运行中大部分时间都处在浮充电状态，蓄电池的浮充电流非常小，运行中实际统计数证明均小于1mA/Ah，以300Ah蓄电池来讲其浮电电流不会大于0.3A。蓄电池在运行中面临的一个严峻现实是经常有报道蓄电池发生热失控造成蓄电池整组失效、***、起火，其最终结果不仅蓄电池损坏还带来直流***瘫痪，尽管此类事件发生的概率很低，但后果严重，常规的蓄电池放电试验对于热失控无法进行检测，目前还没有其他有效的技术手段来对此加以预防，只能依据经验从管理上加强对蓄电池电流的监视，发现蓄电池电流无辜增大就提高警惕。从我们运行实践中遇到的唯一一次蓄电池热失控事件看，蓄电池热失控表现现象是蓄电池电流在正常浮充电压运行条件下大幅上升，300Ah的蓄电池在发生热失控时的浮充电流达到20A左右，当时立即将充电机正常的浮充电压从240V往下降到220V时蓄电池电流才减小到1A以下，即电压下降10％才能维持接近正常的浮充电流，蓄电池电流保持不变，此时的蓄电池端电压在2V左右。我们也可以认为蓄电池内部电动势已经从2.23V下降到2V，以正常的浮充电压2.23V对电动势2V的蓄电池充电，其充电电流的大小就完全取决于蓄电池的内阻，通常情况铅酸蓄电池容量越大内阻越小，因此蓄电池一旦热失控容量大的蓄电池产生的热失控电流也就越大，产生的热量就大，同样道理蓄电池容量大的蓄电池配置的充电机容量也大，造成蓄电池大量的发热，所以大于300Ah的蓄电池发生热失控后果往往是起火燃烧，对于充电机来讲目前还没有哪一个厂家对蓄电池的充电电流进行智能化识别；什么是蓄电池放电引起的容量下降的充电电流，什么是蓄电池容量饱满在浮充状态条件下发生的大电流充电。如果是后一种情况下发生的充电，监控器作出一系列措施对即将进入热失控的蓄电池进行预防。蓄电池厂家技术说明中也没有关于热失控产生的条件，仅提到了蓄电池浮充端电压在不同的温度下进行修正的，温度每上升一度端电压下降3mV这么一个关系，没有强调偏离这个关系会发生什么后果，从实际测量的电压来看，厂方提供的电压是指的平均值，运行中蓄电池单体电压实际离散值远大于此，3mV的温度补偿实际工作意义不大。曾对密封阀控蓄电池在浮充条件下定期均充完成后的蓄电池充电电流与浮充状态下蓄电池充电电流进行观察和比较，发现二者电流相差不大，这个结果说明正常情况下蓄电池充电电压高于浮充电压，只要是不大于厂家的允许均充电压的最大值，是不会引起热失控产生，热失控的产生另有原因。

蓄电池的热失控机理目前我们还不清楚，但热失控的表现具有一些规律性主要有如下一些外部特性：

1.蓄电池的正常浮充电流增大，如300Ah蓄电池正常浮充电流小于0.3A，热失控时电流增大到20A。这时增大的电流无法继续转换成化学能，只使蓄电池产生大量的热量和产生大量的气体，产生的热量导致蓄电池本身的电动势下降，进一步增大输入蓄电池电流，形成恶性循环，

2.蓄电池本体温度急剧上升，在高温的情况下外壳软化，大量气体产生的压力使蓄电池外壳变形。

对于上述变化，由于一般运行人员不具备这方面的经验，在初始阶段很难判断蓄电池已进入热失控状态，当运行值班人员发现情况后采取措施以为时已晚。

因此开发能监控蓄电池工况状况的监视仪已经迫在眉睫，智能蓄电池监测仪的开发目的是将人们在以往观察到的现象加以总结，编制成诊断程序与蓄电池监测仪采集的电流和电压信号综合在一起进行智能判断，得出恰当的结论并进行告警。

以下是本技术方案判断的工作要点：

1.设定运行蓄电池容量，监测仪将自动设定蓄电池的最大浮充电流，如300Ah蓄电池自动设定的蓄电池最大浮充电流为300mA(每安时1mA)。

2.对投入运行的蓄电池的充电电流和充电电压进行测量，如果是新电池，监测仪从蓄电池浮充电流小于最大浮充电流开始进行判别，电流进入稳定值状态时自动进行蓄电池初始状态设定，认为是蓄电池容量100％，以此为基准对蓄电池以后的工作状态进行监控。进行记忆，以此为标准监控蓄电池电流是否有上升趋向和超出设定的定值。

3.能自动区分蓄电池放电后进行的充电电流，不误判充电电流为热失控电流。

4.如果将经验通过计算机汇编成专家诊断程序将大大提高对设备的监视能力。

蓄电池热失控时温度升高、电流增大、酸气弥漫、外壳变形，通过监视上述现象可以及时发现问题。

图2中，给出了蓄电池电流、电压和状态的关系：

一、第一区域的蓄电池充电过程

此区域是对蓄电池的充电过程，蓄电池的起始电压为88V，显然如果直接在如此的低的蓄电池电压上直接加110V充电电压将导致严重的充电电流过载损坏蓄电池，在监控器的控制下充电电流以0.1C10电流为限值对蓄电池进行恒流充电，本案例蓄电池为300AH，电流限值为30A，这个过程中蓄电池电压缓慢上升。经过一段时间的充电蓄电池电压上升到均充电压值（121V），充电机维持均充电压不变，此时蓄电池充电电流随着容量的增加，蓄电池端电压逐步上升，蓄电池端电压与均充电压之差逐步减小，造成蓄电池电流逐渐变小，当小到某一值时，启动均充计时，计时结束，监控器命令充电机进入浮充状态，电压回调到浮充电压（116V），蓄电池充电过程结束进入第二区域。

二、第二区域的长期浮充电工作状态

由于充电电压转到浮充电状态，电压下跌造成蓄电池电压高于充电机电压及母线电压，蓄电池对母线负载放电，经过几分钟后蓄电池电压下跌与浮充电压相等，此后很长一个时期内充电机仅对蓄电池仅有一个很小的浮充电流补充蓄电池内阻的放电，浮充电压长期保持稳定，保证直流母线电压工作正常。这个过程一直要维持到3个月（或6个月）后监控器对蓄电池进行均充，进入第三区域。

三、第三区域的均充阶段

长期浮充会造成蓄电池端电压离散性增大，部分蓄电池容量减少，因此进入均充阶段对蓄电池进行调整保证蓄电池性能。蓄电池均充电压高于浮充电压，蓄电池电流增加补充长期浮充的亏损，经过一段时间补充电后（一般为3小时）蓄电池端电压一致性变好，个别落后容量通过补充电得到了补偿，监控命令回到浮充电压，又进入一个长期的浮充电状态即第四区域。如此周而复始，监控器自动对蓄电池进行维护，直到某一天由于事故造成交流停电，蓄电池对直流母线负载进行供电，进入第五区域。

四、第五区域的事故放电阶段

电网故障等引起的交流失电使得蓄电池进入放电状态，由于放电蓄电池电压随时间逐步下跌。直到交流供电恢复，充电机重又对蓄电池和直流***进行供电，进入第六区域，第六区域的工作过程与第一区域相同。

负载短路状态

该图没有画出，实际上是一个尖脉冲，整个过程很短，一般在4~16mS内，电流幅值很大，在10A~800A左右，要记录这个电流采样速率最好是1mS以内。

由于本发明将人们在以往观察到的现象加以总结，编制成诊断程序与蓄电池监测仪采集的电流和电压信号综合在一起进行智能判断，得出恰当的结论并进行告警。

本发明可广泛用于蓄电池运行状态的监控领域。

Claims (4)

1.一种蓄电池热失控智能判断方法，其特征是所述的智能判断方法包括下列步骤：

1-1、每秒记录一点蓄电池电压值和电流值；

1-2、每分记录一点蓄电池电压值和电流值；

1-3、I_蓄充≥0.01C₁₀？是则进行下一步，否则返回第一步；

1-4、｜Un-Un-1｜＞1V?是则返回第一步，否则进行下一步；

1-5、判前一段电流上升趋势，如是上升趋势，执行下一步，否则返回第一步；

1-6、发出热失控告警。

2.按照权利要求1所述的蓄电池热失控智能判断方法，其特征是所述的蓄电池电压值和电流值为秒平均值。

3.按照权利要求1所述的蓄电池热失控智能判断方法，其特征是所述的1-3步骤用于监视蓄电池充电电流是否超限。

4.按照权利要求1所述的蓄电池热失控智能判断方法，其特征是所述的1-4步骤用于判断电流超限是否均充或电压不稳定所引起。

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