CN105759219B - 一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪 - Google Patents

一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪，包括箱体、安装在箱体内的控制电路，所述控制电路测量并接收实时数据，分析比对历史库数据，快速完成相关计算，并显示测量结果。工作软件分析历史库数据和实时采集数据，利用经验公式，在无离线放电的情况下快速完成蓄电池的测试工作。本发明科学地解决了当前通信基站剧增与蓄电池维护测量工作上的矛盾，提高工效、降低风险、节能降耗，能为行业发展做出重要的贡献，仪器设计轻便，可满足实际的工作需求。

Description

一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪
技术领域
本发明涉及一种蓄电池容量测量仪，尤其涉及一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪。
背景技术
随着云计算、大数据时代的到来，特别是通信行业3G、4G技术的普及，各种通信机房遍布城乡，和2G时代相比，可以说基站数量呈几何式的增长。机房中备用蓄电池组是保证机房设备正常运行的电力生命屏障，蓄电池组在线的工作状况直接影响到通信网络的安全运行。因此行业规定每年都要对在网工作的蓄电池组进行2次以上的容量测试检查。
对蓄电池的测量方法：在有备用蓄电池组的工作环境中，确保不会发生网点供电中断的事故，将待测量的蓄电池组脱离工作负载，接上假负载放电柜，调解好放电柜的电流档位，对电池进行10小时率的全功耗放电，要求8小时内蓄电池组的电压不得低于工作电压的下限值。蓄电池放电中要求工作人员每5分钟记录一次电池组和各单体的放电电压，这样一个工作小组一天只能安排一组电池的测试任务。另外，蓄电池长时间的大电流放电也会使恒温机房的环境温度急剧上升，需要开启空调对机房进行强制降温，测试中蓄电池放出的电能无法利用，整个测试过程中将损耗大量的电能。
目前蓄电池的检测方式还是采用传统的10小时率恒电流离网放电的方式，放电设备是电阻负载柜。因为放电设备沉重（放电主机30～70公斤，附件和工作配线至少20公斤，一个人无法完成工作，工作小组需要配备车辆，包括司机至少要3人配置），作业时间长，城乡站点通行困难，有的站点还建在人迹罕至的山林中，再加上近年来各行业的减员增效，维护力量严重不足。10小时的电池清空测容，损耗了大量的电能，影响了恒温机房的环境温升，同时也降低了蓄电池的有效使用循环寿命。
发明内容
本发明的目的在于解决当前技术中存在的问题，提供一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪。
为达到上述目的，本发明所采用的技术手段是：一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪，包括箱体、安装在箱体内的控制电路，所述控制电路测量并接收实时数据，分析比对历史库数据，快速完成相关计算，并显示测量结果，其中测量中所执行的公式为：
式中：K为电池放电系数，计算中由经验历史数据库提供；
Vz按2V单体电池计算的放电终止电压；
C0为蓄电池非线性段容量，C0=(t0+0.3)I；
a1为电池放电18分钟至24分钟的电压降，a1= V18- V24；
a2为电池放电24分钟至30分钟的电压降，a2= V24- V30；
d为电池放电下降速率，d=a2-a1=( V24- V30)-( V18- V24)；
I是t0～t30时段的平均电流，即机房的工作负载平均电流；
t18电池电压从最高点下降18分钟的时间，对应的电压V18 ；
t24电池电压从最高点下降24分钟的时间，对应的电压V24 ；
t30电池电压从最高点下降30分钟的时间，对应的电压V30 。
进一步的，所述箱体采用便携工具箱，箱体内设置上下2层，下层安装控制电路，上层放置工作测量线，箱体一侧面开窗，安装具有功能插件接口的工作面板。
进一步的，所述控制电路包括主控模块和与主控模块连接的通信接口模块、数据存储模块、时间日历模块、A/D转换模块、告警开关模块、电池数据采集模块、接口扩展模块、以及为各模块提供电源的电源电路。
进一步的，所述控制电路安装在机房内，作为机房电池组的固定监测模块使用，为区域性基站数据的在线联网监测。
更进一步的，所述主控模块的U1采用单片机W77E058A40DL，通信接口模块的通讯芯片采用MAX202、MAX1487、MAX1488,与U1的10脚RXD、11脚TXD相接，MAX202与上位机进行通信，U1的P00～P07，P20～P27外接数据存储模块，U1的30脚为ALE信号，控制三态锁存器芯片74HC373的LE端子，锁存P00～P07作为外部存储器模块的低8位地址，即为地址A0～A7，P20～P27为外部存储模块的高8位地址，即为地址A8～A15，U1通过P00～P07与外部存储模块进行数据交换，采集的历史数据可存入外部存储模块中或直接上传到监控电脑中；U1的RD和WR控制外部存储模块与U1的数据读写操作，RD与T1接入或非门U3，U3的1脚输出去控制三态8位锁存器U2的LE，对P20～P27进行锁存，获得8个片选端子CS1～CS8，用于U1对其它单元电路的控制；U6是74HC138，它对CS4～CS6进行译码，产生8个状态控制端子，用于蓄电池组总电压和总电流的采集控制；U4是串行存储器芯片X5045，用于设备地址和电池组参数的存储和设置，在CS1的控制下与P16、P17相接，P17接其时钟SLK，P16接其数据线SI/SO；U5是日历芯片DS1302，在CS2的控制下与U1的P16、P17相接，P16接日历芯片的I/O，P17接日历芯片的CLK，用于完成模块采集时间的准确记录和时间设置，其8脚外接3.6V锂电池进行保电，以保证模块断电后继续准确计时；U7、U8和U10一起组成32位模拟开关电路，其中U10是CD4008，P10～P13和P14进行硬件相加运算，产生Q1～Q4，作为U7的4位地址端子，U8的地址端子直接用P10～P13，这样在U1的控制下，产生S1～S32开关信号，接入JP1光电接口模块，JP1逐次将32位蓄电池电压信号切换到X、Y端子，U12是一片4位双刀模拟选择开关，它的X1Y2、X2Y1分别连接X、Y信号，X0、Y0 接总电压信号，X3、Y3接电池电流信号，U12在P14、P15的控制下完成单体电池电压、总电压、电池电流三种信号向U13进行依次转接，U13是一片20位A/D转换器，将蓄电池的模拟参数转换成U1能够识别的数字信号，U13在CS3的片选下，接入P16、P17，这里P16是U13的数据接口SDO，P17是U13的时钟接口SCLK，CS7用作一路开关信号，用于告警声响控制。
本发明的有益效果在于：在行业标准的基础上，结合蓄电池传统计量测量方式，提出了蓄电池维护测量的工作新方案，测试中可以直接使用蓄电池组的工作负载，采集到的实时数据由软件进行历史数据比对分析，可在短时间内完成蓄电池的快速测试，现场给出所需的工作报表，整个测试过程中无任何电能损耗。科学地解决了4G时代通信基站剧增与蓄电池维护测量工作上的矛盾，在提高工作效率、降低工作风险、减少电能损耗方面，将为行业发展做出重要的贡献。另外，本专利设备主机设计轻便，满足一人便携进站，便于快速完成蓄电池组的在线测试工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。
图1：本发明实施例中蓄电池放电的特征曲线；
图2：本发明实施例中蓄电池容量报表；
图3：本发明实施例中蓄电池实时测量数据报表；
图4、本发明的电路结构原理图；
图5、本发明控制部分电路原理图；
图6、本发明AD转换器部分电路原理图；
图7、本发明电池电压采集部分电路原理图；
图8、本发明的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1-8所示，现场在线对每一节蓄电池集中采集0.5小时实时的放电曲线，即定义为蓄电池放电的特征曲线，获取一些关键测试点的数据，调用同类蓄电池历史库的数据进行多次误差比对，进一步确定该电池的放电系数K值，纳入下面的公式进行计算，计算出蓄电池容量测量值。
蓄电池容量在线估算的公式：
式中：K为电池放电经验系数；Vz按2V单体电池计算的放电终止电压；
C0为蓄电池放电的前、后非线性段容量，C0=t0 I0+0.3I ≈(t0+0.3)I；
a1为电池放电18分钟至24分钟的电压降，a1= V18- V24；
a2为电池放电24分钟至30分钟的电压降，a2= V24- V30；
d为单位时间内蓄电池放电电压的下降速率，d=a2-a1=( V24- V30)-( V18- V24)；
I是t0～t30时段的平均电流，即负载电流，计算中I0是蓄电池初始放电电流，持续的时间较短，为方便计算可用I代替,误差可控制在测量允许的误差范围内。
t18电池电压从最高点下降18分钟的时间，对应的电压V18 ；
t24电池电压从最高点下降24分钟的时间，对应的电压V24 ；
t30电池电压从最高点下降30分钟的时间，对应的电压V30 。
蓄电池放电5分钟后寻找电压回升的最高点，定义为峰值电压点Vmax，放电中无回峰的落后电池，取放电电压下降5分钟处为峰值电压点。落后电池不支持峰值下降0.5小时的，在终止电压VZ处，C测等于已放电容量。蓄电池放电接近0.5小时时，软件可以根据上述公式计算出蓄电池容量的测量值C测。如果C测大于标称电池容量时，说明蓄电池容量为满容量或是已经超容，这时设置一下容量的上限幅值。通过这几种方式可以有效地处理一些测试中的特殊问题，以减小测量误差，使测量值逼近实际值，提高测量报告的真实有效性。
工作中要注意负载电流的稳定性，要求蓄电池放电电流的波动要小于±10%。
蓄电池容量测量值计算出来后，减去当前的已放电容量，就可以进一步确定当前电池的剩余容量。即C剩=C测-C放
待所有的蓄电池个体都计算完成后，现场生成该组电池的容量报表，并在容量报表的下方统计出落后电池单体，给出建议性的处理方案。
在测量过程中实时记录蓄电池的放电电压、电流和温度等常规参数，并生成实时测量数据报表，时间刻度可以自由编辑，这一点要兼容传统的报表，以方便有经验的工程师进行离线数据分析。相比现有技术，本发明使用计算机利用公式和特例处理的方法，对在网工作的蓄电池进行容量计算和评估，方式上适应了大数据时代的实际工作要求，操作上更加安全快捷，省时省力。
所述控制电路包括主控模块和与主控模块连接的通信接口模块、数据存储模块、时间日历模块、A/D转换模块、告警开关模块、电池数据采集模块、接口扩展模块、以及为各模块提供电源的电源电路。
所述主控模块的U1采用单片机W77E058A40DL，通信接口模块的通讯芯片采用MAX202、MAX1487、MAX1488,与U1的10脚RXD、11脚TXD相接，MAX202与上位机进行通信，U1的P00～P07，P20～P27外接数据存储模块，U1的30脚为ALE信号，控制三态锁存器芯片74HC373的LE端子，锁存P00～P07作为外部存储器模块的低8位地址，即为地址A0～A7，P20～P27为外部存储模块的高8位地址，即为地址A8～A15，U1通过P00～P07与外部存储模块进行数据交换，采集的历史数据可存入外部存储模块中或直接上传到监控电脑中；U1的RD和WR控制外部存储模块与U1的数据读写操作，RD与T1接入或非门U3，U3的1脚输出去控制三态8位锁存器U2的LE，对P20～P27进行锁存，获得8个片选端子CS1～CS8，用于U1对其它单元电路的控制；U6是74HC138，它对CS4～CS6进行译码，产生8个状态控制端子，用于蓄电池组总电压和总电流的采集控制；U4是串行存储器芯片X5045，用于设备地址和电池组参数的存储和设置，在CS1的控制下与P16、P17相接，P17接其时钟SLK，P16接其数据线SI/SO；U5是日历芯片DS1302，在CS2的控制下与U1的P16、P17相接，P16接日历芯片的I/O，P17接日历芯片的CLK，用于完成模块采集时间的准确记录和时间设置，其8脚外接3.6V锂电池进行保电，以保证模块断电后继续准确计时；U7、U8和U10一起组成32位模拟开关电路，其中U10是CD4008，P10～P13和P14进行硬件相加运算，产生Q1～Q4，作为U7的4位地址端子，U8的地址端子直接用P10～P13，这样在U1的控制下，产生S1～S32开关信号，接入JP1光电接口模块，JP1逐次将32位蓄电池电压信号切换到X、Y端子，U12是一片4位双刀模拟选择开关，它的X1Y2、X2Y1分别连接X、Y信号，X0、Y0 接总电压信号，X3、Y3接电池电流信号，U12在P14、P15的控制下完成单体电池电压、总电压、电池电流三种信号向U13进行依次转接，U13是一片20位A/D转换器，将蓄电池的模拟参数转换成U1能够识别的数字信号，U13在CS3的片选下，接入P16、P17，这里P16是U13的数据接口SDO，P17是U13的时钟接口SCLK，CS7用作一路开关信号，用于告警声响控制。
发明的箱体采用便携式工具箱，箱体内设置上、下2层，下层安装控制电路板，上层放置工作测量线，箱体背面开窗安装具有功能插件接口的工作面板，总装备重量小于3公斤，体积为26cm×17cm×18cm，本发明的这种机箱设计思想是为了减轻一线蓄电池维护人员的工作装备，减少工作小组的人员配置，工作中方便一个人便携进站，从源头上降低了蓄电池测试工作的人员成本和车辆成本。便携式无功耗蓄电池容量测量仪推出后，在各地通信部门进行了多次与传统方式比较性的测试，测试结果准确，用户评价良好。
实施例2
XX市***XXX农场基站蓄电池组测试
测试时间：2014年10月25日
测试目的：为了验证便携式无功耗蓄电池容量测量仪的准确性。参与比较测试的仪表是传统的放电负载仪。
待测电池：双登牌24节2V单体500AH48V蓄电池组
测试工作具体实施：***的蓄电池维护员用传统的工作方式（即10小时恒电流放电），用负载仪对蓄电池进行离网测试，放电电流设定为50A，我方技术员将便携式无功耗蓄电池容量测量仪同时并机进行检测。
双方人员分别对蓄电池组进行测试工作布线，于12：24开始电池组放电，双方仪表实时记录放电数据。便携式无功耗蓄电池容量测量仪历时41分钟在13：05完成测试任务，现场自动生成了相关的测试报表。传统负载仪继续测试，历时达9个多小时，到夜晚才完成该组电池的测试任务，数据由***维护人员自己提供。本次蓄电池容量测试比较如下表：
比较结论：相对500AH的蓄电池组，本发明仪表与传统仪表在每个单体电池的容量测量值上误差小于1%。本发明仪表用时只有41分钟，测量中无电能损耗，传统负载仪用时9个多小时，对蓄电池组进行了完全清空放电，电能损耗达100%。实际中各种蓄电池容量测量仪表的测量值都有一定的相差，因此，行业规定蓄电池在线备用容量不得少于标称值的80%即为合格的蓄电池。本发明仪表和传统的仪表的测量值相差不足1%，考虑到双方不同操作上的影响，测量值可以说是相等的。
实施例3
参见附图2、附图3，XX市新一中基站蓄电池测试报表。
本发明仪表在这次测量中用时40分钟，测量中不拆站点一根电线，不旋站点一颗螺丝，顺利完成全部的测试任务，现场自动生成附图2、附图3工作报表，同时保存测量中的实时数据，满足用户离线工作查寻。
面对高速发展的4G通信时代，通信站点的数量急速增加，目前单是***核心站点就有70多万个，小基站数量多的无法统计，传统的蓄电池离线10小时测量方式根本无法完成每年2次的测试工作。另外，各行业的节能降耗指标考核日趋严峻，传统的蓄电池测量方式每年都要损耗大量的电能。本发明的产品在电池维护测量中可以做到：满足一人便携进站，无风险无能耗的条件下，1小时内完成包括线缆连接在内的全部测试工作。本发明成果的推广应用，能为行业发展作出重大的贡献。
申请实施例只是用于说明本申请所公开的技术特征，本领域技术人员通过简单的替换所进行的改变，仍然属于本申请所保护的范围。

Claims (5)

1.一种便携式无功耗蓄电池容量测量仪，包括箱体、安装在箱体内的控制电路，所述控制电路测量并接收实时数据，分析比对历史库数据，快速完成相关计算，并显示测量结果，其中测量中所执行的公式为：
式中：K为电池放电系数，计算中由经验历史数据库提供；
Vz按2V单体电池计算的放电终止电压；
C0为蓄电池非线性段容量，C0=(t0+0.3)I；
a1为电池放电18分钟至24分钟的电压降，a1= V18- V24；
a2为电池放电24分钟至30分钟的电压降，a2= V24- V30；
d为电池放电下降速率，d=a2-a1=( V24- V30)-( V18-V24)；
I是t0～t30时段的平均电流，即机房的工作负载平均电流；
t0蓄电池放电5分钟的时间，对应的峰值电压点Vmax；
t18电池电压从最高点下降18分钟的时间，对应的电压V18；
t24电池电压从最高点下降24分钟的时间，对应的电压V24；
t30电池电压从最高点下降30分钟的时间，对应的电压V30。
2.根据权利要求1所述的便携式无功耗蓄电池容量测量仪，其特征在于：所述箱体采用便携工具箱，箱体内设置上下2层，下层安装控制电路，上层放置工作测量线，箱体一侧面开窗，安装具有功能插件接口的工作面板。
3.根据权利要求1所述的便携式无功耗蓄电池容量测量仪，其特征在于：所述控制电路包括主控模块和与主控模块连接的通信接口模块、数据存储模块、时间日历模块、A/D转换模块、告警开关模块、电池数据采集模块、接口扩展模块、以及为各模块提供电源的电源电路。
4.根据权利要求1所述的便携式无功耗蓄电池容量测量仪，其特征在于：所述控制电路安装在机房内，作为机房电池组的固定监测模块使用，为区域性基站数据的在线联网监测。
5.根据权利要求3所述的便携式无功耗蓄电池容量测量仪，其特征在于：所述控制电路的主控模块U1采用芯片W77E058，通信接口模块的通讯芯片采用MAX202、MAX1487、MAX1488,与U1的10脚RXD、11脚TXD相接，MAX202与上位机进行通信，U1的P00～P07，P20～P27外接数据存储模块，U1的30脚为ALE信号，控制三态锁存器芯片74HC373的LE端子，锁存P00～P07作为外部存储器模块的低8位地址，即为地址A0～A7，P20～P27为外部存储模块的高8位地址，即为地址A8～A15，U1通过P00～P07与外部存储模块进行数据交换，采集的历史数据可存入外部存储模块中或直接上传到监控电脑中；U1的RD和WR控制外部存储模块与U1的数据读写操作，RD与T1接入或非门U3，U3的1脚输出去控制三态8位锁存器U2的LE，对P20～P27进行锁存，获得8个片选端子CS1～CS8，用于U1对其它单元电路的控制；U6是74HC138，它对CS4～CS6进行译码，产生8个状态控制端子，用于蓄电池组总电压和总电流的采集控制；U4是串行存储器芯片X5045，用于设备地址和电池组参数的存储和设置，在CS1的控制下与P16、P17相接，P17接其时钟SLK，P16接其数据线SI/SO；U5是日历芯片DS1302，在CS2的控制下与U1的P16、P17相接，P16接日历芯片的I/O，P17接日历芯片的CLK，用于完成模块采集时间的准确记录和时间设置，其8脚外接3.6V锂电池进行保电，以保证模块断电后继续准确计时；U7、U8和U10一起组成32位模拟开关电路，其中U10是CD4008，U7、U8为16位模拟开关芯片，P10～P13和P14进行硬件相加运算，产生Q1～Q4，作为U7的4位地址端子，U8的地址端子直接用P10～P13，这样在U1的控制下，产生S1～S32开关信号，接入JP1光电接口模块，JP1逐次将32位蓄电池电压信号切换到X、Y端子，U12是一片4位双刀模拟选择开关，它的X1Y2、X2Y1分别连接X、Y信号，X0、Y0接总电压信号，X3、Y3接电池电流信号，U12在P14、P15的控制下完成单体电池电压、总电压、电池电流三种信号向U13进行依次转接，U13是一片20位A/D转换器，将蓄电池的模拟参数转换成U1能够识别的数字信号，U13在CS3的片选下，接入P16、P17，这里P16是U13的数据接口SDO，P17是U13的时钟接口SCLK，CS7用作一路开关信号，用于告警声响控制。
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