CN103105585B - 一种蓄电池性能充放电全时在线测试法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蓄电池性能充放电全时在线测试法，属蓄电池技术领域。该方法具有测试快速安全准确可靠的优点，克服了容量相同的蓄电池本身具有先天离散性的难题。根据蓄电池电压曲线的同步性与性能之间的关联性，通过对充电和放电全时曲线同步性的实时监控，解决了以前测试法有损蓄电池容量的致命缺陷和无法分别对每个电池进行故障分析的问题。本方法简单直观，充放电全时电压曲线的同步性实时监控可以适用于各种类蓄电池组的劣化程度分析，设备投入小，风险小效果好。

Description

一种蓄电池性能充放电全时在线测试法

技术领域

本发明涉及蓄电池技术领域，尤其涉及一种蓄电池性能充放电全时在线测试法。

背景技术

随着后备电源设备的不断发展，在90年代初，随着使用时间的增长，使用的工业蓄电池出现了很多以前未遇到的新问题，例如电池壳变形、电解液渗漏、电极腐蚀、容量不足、电池端电压不均匀等，电池内部接线柱、同极的连接片以及电极接头的腐蚀而断裂的现象也比开口式电池更常发生，这些故障都导致容量损失，但电池端电压与寿命性能无相关性，这使使用单位不易掌握电池的耐久性和失效问题。

所以电池和电池组的定期检测和在线监测是非常重要和必须的，已经是电源***维护中非常重要的环节。现场通常使用直流智能监控维护装置对电池组每块电池的电压和电池组电流进行在线实时检测，负责对电池组进行浮充、恒流充电和恒流放电，但没有对电池故障类型的分析判断功能。因为对于蓄电池浮充电压小幅值的差异并没有办法区别和处理，所以即便直流智能监控维护装置可以对蓄电池进行简单电压检测，但已经不能充分反应蓄电池的问题，预警性和前瞻性较差，无法准确及时找出老化和故障电池。

目前电池性能测试方法

主要有三种方法：离线式放电测量法、在线式放电测量法、阻抗法。

1、离线式放电测量法：

先将一组蓄电池从直流***脱离出来，外接假负载进行放电测试后再并回直流***，待其充电恢复后再用同样方法对另一组电池进行放电。被脱离一组电池后，***上备份电池组减少，如遇市电中断，无法保证剩余电池组可以独立支撑***的供电。既要拆卸电池组正极和负极，如果操作不小心很可能发生短路事故，极不安全。离线放电结束后，电池组之间存在几伏的电压差，直接并联回***时，将产生几千安培的冲击电流，不仅会对电池组造成巨大的伤害，而且会产生巨大的火花，对操作人员构成安全危险，严重时甚至会将电池连接条或整流器熔丝烧断。

2、在线式放电测量法：

将直流在线充电装置的交流输入断开，由蓄电池对实际设备负荷供电。测量记录各个单体电池的电压、放电时间、放电电流等数据，放出额定容量的50-70％。虽然电池组放电时承担的是实际负载电流，由于人为是无法控制电池组对外工作电流的大小，这样将人为加速电池组使用寿命的缩短。当电池承担实际负载多接近3～5小时率时，采用这样的放电测试方法危险性高。如果浅度放电，由于放电深度有限，某些落后单体电池也将难以被发现。此方法和离线式放电测量法都通过对整个蓄电池组的性能进行测试和分析，无法对单个电池进行故障判断。

3.阻抗测试法

内阻法的优点在于对在线使用的蓄电池来说，此方法有可能对***影响最小，并可在电池的整个使用期内进行测量。蓄电池低倍率放电时，内阻对电池性能影响不显著，高倍率放电时，内阻对电池性能影响显著，无法根据单个蓄电池的内阻去预测蓄电池的实际性能。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服了传统方法的缺点，提出了一种蓄电池性能充放电全时在线测试法，工作在相同的放电条件(包括电流，温度)下，电池之间的差异在放电过程会充分显露出来，不同劣化程度的电池放电输出电压同步性的变化快慢会有差别，从而推算电池组的性能。

以前由于蓄电池浅放电测试放电深度有限，某些落后单体电池也将难以被发现，其劣化或落后程度还不能完全充分暴露出来。如果全深度放电则有损蓄电池的容量，由于蓄电池的内部化学反应不是完全可逆的，所以，不适宜对铅酸蓄电池进行过深程度放电。

通过现场的直流在线维护设备对蓄电池组进行在线放电和充电，在放电和充电的全过程中，对蓄电池组的各单体电池的端电压曲线进行同步性监测，找出同步性快速变差的电池，将其确认为故障电池。由于测试无需深度放电，同时蓄电池端电压曲线实时监测可以避免电池的过放电，放电机房可没有备用电池组。

电池放电后的充电过程中进行进一步电压曲线监测，测试准确，风险系数小，并可以快速分析出落后电池的故障原因。电池故障原因是多方面的，其中有蓄电池的生产制造工艺的原因，有蓄电池电化学特性的原因，即容量相同的蓄电池的负载电压本身具有离散性。此法克服了蓄电池原有的离散特性的难题，从浅度放电到充电一个测试循环流程后，便可以较准确地判定电池组中部分或者个别落后或劣化电池，而且可以分析出故障电池的故障原因，分析结果对故障电池的维修可作为一个重要的参考。一种蓄电池性能充放电全时在线测试法主要包括以下步骤：

(1)检查直流电源工作状态是否正常，同时根据负载量大小与蓄电池配置计算负荷放电率C的大小，并计算其理论最大放电时间T_full＝1/C。

(2)将曲线分析仪与直流智能监控维护装置连接，设置测试参数。将直流智能监控维护装置的交流输入断开，由蓄电池对实际设备负荷供电，进行放电测试。

(3)蓄电池由浮充状态转入放电以后，通过曲线实时监测观察每个电池的电压跌落，如果电压同步性出现较大的波动说明电池组有故障电池，分析仪将同步性变差的电池挑选出来，并进行告警。

(4)根据放电之前估算的最大放电时间T_full，蓄电池测试放电建议放出蓄电池容量的30％-40％，并设定剩余电量最低不低于45％，设置合适的测试同步性变量门限，如果同步性变量变大到门限值，立刻停止放电测试并转入充电测试，避免了电池过放电，并将这个时刻确定为电池组的放电完成时刻。若在测试过程中发现蓄电池同步性变量变大但没有达门限，则需对此进行记录确认，无需停止测试。在进行放电过程中，曲线分析仪有电压曲线实时监测报警和计算剩余放电时间功能，维护人员可以短时离开测试现场，无需时刻关注市电状态和放电测试情况。在线放电测试过程中如果如遇到市电中断，将分析仪的放电时间超时告警功能关闭，并不影响电池的曲线分析无需停止测试，将直流智能监控维护装置的交流输入连接上，让电池在市电恢复时及时充电。

(5)放电结束后将在线充电装置的交流输入连接上，恢复电池组的直流充电直至充满，故障电池在放电和充电的过程中电压曲线的同步性会快速变差。通过对电池充电时电压曲线的同步性的分析，从而进一步找出放电测试没有发现的剩余故障电池。

(6)充电结束后，蓄电池的运行状态为浮充状态，当电池组进入浮充状态时测试过程结束。根据充放电曲线数据，分析蓄电池的性能状况，找出落后电池，计算整个基站蓄电池组的可用容量。如果在测试时间中电池同步性变量值始终没有到达门限，电池全部合格。

电池的同步性变量算法

一组电池电压值分别为U₁，U₂，U₃，...U_m，按一定规则分为n组(n≤m)，其中各组的中值为A₁，A₂，A₃...A_n，各组的权重值H₁，H₂，H₃...H_n，则整组蓄电池电压数据的平均数每个电池电压值U_i的同步性系数表示为 $S_i=\frac{\mathrm{dU}}{\mathrm{dt}}-\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\χ}}_i\×H_i}{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i}\right)$

综上所述，本发明的一种蓄电池性能充放电全时在线测试法，具有如下优点：该方法具有测试快速安全准确可靠的优点，克服了容量相同的蓄电池本身具有先天离散性的难题。根据蓄电池电压曲线的同步性与性能之间的关联性，通过对充电和放电全时曲线同步性的实时监控，解决了以前测试法有损蓄电池容量的致命缺陷和无法分别对每个电池进行故障分析的问题。本方法简单直观，充放电全时电压曲线的同步性实时监控可以适用于各种类的蓄电池组的劣化程度分析，设备投入小，风险小效果好。

具体实施方式

1.检查市电状态，确认市电正常供电，或预先与当地电力部门联系，有无计划性停电。

2.检查直流电源工作状态是否正常，同时根据负载量大小与蓄电池配置计算负荷放电率C的大小，并计算其理论最大放电时间T_full＝1/C。

3.全面紧固蓄电池极柱螺丝，以避免在大电流放电过程中产生发热现象。

4.以上确认无误后，才可以对蓄电池进行测试放电。将曲线分析仪与直流智能监控维护装置连接(也可测试后再把数据导入曲线分析仪)，确认设备连接正确后，开启曲线分析仪，根据蓄电池组标称容量，设置各测试参数。确认参数设置正确后，将直流智能监控维护装置的交流输入断开，由蓄电池对实际设备负荷供电，进行放电测试。

5.蓄电池由浮充状态转入放电以后，我们通过曲线实时监测观察每个电池的电压跌落，如果电压同步性出现较大的波动说明电池组有故障电池，分析仪将同步性变差的电池挑选出来，并进行告警。

6.根据放电之前估算的最大放电时间T_full，蓄电池测试放电放出蓄电池容量的40％(即放电时间设为40％T_full)，并设定电池过放电时间告警值为45％T_full，设置测试同步性变量门限10，如果同步性变量变大到门限值，立刻停止放电测试并转入充电测试，并将这个时刻确定为电池组的放电完成时刻T_use。若在测试过程中发现蓄电池同步性变量变大但没有达门限，则需对此进行记录确认，无需停止放电测试。在进行放电过程中，曲线分析仪有电压曲线实时监测报警和计算剩余放电时间功能，维护人员可以短时离开测试现场，无需时刻关注市电状态和放电测试情况。在线放电测试过程中如果如遇到市电中断，将分析仪的放电时间超时告警功能关闭，并不影响电池的曲线分析无需停止测试，将直流智能监控维护装置的交流输入连接上，让电池在市电恢复时及时充电。由于电池组此时还可支撑大约T_full/2时间，维护人员有足够的反应时间，避免了因蓄电池电量耗尽而造成设备断电的风险。

7.放电结束后将在线充电装置的交流输入连接上，恢复蓄电池组的直流充电直至充满，故障电池在放电和充电的过程中电压曲线的同步性会快速变差(同步性变量变大)。通过对电池充电时电压曲线的同步性的分析，从而进一步找出放电测试没有发现的剩余故障电池，从而根本上弥补浅放电测试在判断故障电池准确性上的缺陷。根据放电和充电过程中曲线同步性变化的双重分析，可以判断出常见故障类型，现场实验准确度以达95％以上，判断结果对故障电池的维修可作为一个重要的参考依据。

8.充电结束后，蓄电池的运行状态为浮充状态，当电池组进入浮充状态时测试过程结束。在测试过程中，每隔半小时需用红外测温仪测量一次电池链接条接点温度，若发现接点温升有异常，则应终止放电测试，查明原因。根据充放电曲线数据，分析蓄电池的性能状况，找出落后电池，计算整个基站蓄电池组的可用容量。蓄电池组的标定容量为C_full，如果放电测试中同步性变量变大到门限值，则此时可用容量C_useful＝C_full×T_use/T_full，将故障电池电池进行更换，更换后可用容量C_useful＝C_full；如果放电测试中同步性变量没有变大到门限值，则将观察电池的充电过程曲线，在放电和充电测试中电池同步性变量值始终没有到达门限，电池全部合格，在线可用容量C_useful＝C_full；如果在充电过程中，电池同步性变量值到达门限，将故障电池电池进行更换，更换后可用容量C_useful＝C_full。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种蓄电池性能充放电全时在线测试法，具体步骤如下：

(1)根据负载量大小与蓄电池配置计算负荷放电率C的大小，并计算T_full＝1/C。

(2)将曲线分析仪与直流智能监控维护装置连接，设置曲线分析仪参数，之后直流智能监控维护装置的交流输入断开，由蓄电池对实际设备负荷供电，进行放电测试。

(3)蓄电池由浮充状态转入放电以后，通过曲线实时监测观察每个电池的电压跌落，如果电压同步性出现较大的波动说明电池组有故障电池，分析仪将同步性变差的电池挑选出来，并进行告警。

(4)根据放电之前估算的T_full，设置合适的测试同步性变量门限，如果同步性变量变大到门限值，立刻停止测试，并将这个时刻确定为电池组的放电完成时刻。若在测试过程中发现蓄电池同步性变量变大但没有达门限，则需对此进行记录确认，无需停止测试。在进行放电过程中，曲线分析仪有电压曲线实时监测报警和计算剩余放电时间功能。

(5)放电结束后将在线充电装置的交流输入连接上，恢复蓄电池组的直流充电直至充满，故障电池在放电和充电的过程中电压曲线的同步性会快速变差。通过对电池充电时电压曲线的同步性的分析，从而进一步找出放电测试没有发现的剩余故障电池。

(6)充电结束后，蓄电池的运行状态为浮充状态，当电池组进入浮充状态时测试过程结束。根据充放电曲线数据，分析蓄电池的性能状况，找出落后电池，计算整个基站蓄电池组的可用容量。如果在测试时间中电池同步性变量值始终没有到达门限，电池全部合格。

2.根据权利要求1所述的一种蓄电池性能充放电全时在线测试法，其特征在于：一组电池电压值分别为U₁，U₂，U₃，...U_m，按一定规则分为n组(n≤m)，其中各组的中值为A₁，A₂，A₃...A_n，各组的权重值H₁，H₂，H₃...H_n，则整组蓄电池电压数据的平均数每个电池电压值U_i的同步性系数表示为 $S_i=\frac{\mathrm{dU}}{\mathrm{dt}}-\frac{d}{\mathrm{dt}}\left(\frac{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\χ}}_i\×H_i}{\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{H}_i}\right).$

3.根据权利要求1所述的一种蓄电池性能充放电全时在线测试法，其特征在于：所述的步骤4中蓄电池测试放电放出蓄电池容量的30％-40％，并设定剩余电量最低不低于45％。

4.根据权利要求1所述的一种畜电池性能充放电全时在线测试法，其特征在于：所述的步骤4中在线放电测试过程中如果如遇到市电中断，将分析仪的放电时间超时告警功能关闭，并不影响电池的曲线分析无需停止测试，将直流智能监控维护装置的交流输入连接上，让电池在市电恢复时及时充电。