蓄电池内阻测量方法和电路、健康状态检测方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及蓄电池检测技术领域。
【背景技术】
[0002] 除发电设备外，蓄电池是目前最主要的电源形式，对于蓄电池的应用，可以分为三 个环节：蓄电池充电环节，蓄电池健康状态检测环节，蓄电池供电环节。对于充电环节和供 电环节，已经有十分成熟的技术和装备。但是，对于蓄电池健康诊断环节，缺乏可靠、经济、 在线的动态检测手段。
[0003] 蓄电池具有电压稳定、供电可靠、移动方便等优点，它广泛地应用于发电厂、变电 站、通信系统、电动汽车、航空航天等部门。蓄电池分为酸性蓄电池（即铅酸蓄电池）和碱 性蓄电池两大类。由于铅酸蓄电池的单节电压（通常为2V)比碱性蓄电池的单节电压（一 般介于I. IV~I. 65V之间）高，因此通常采用铅酸蓄电池构成后备电源系统。
[0004] 铅酸蓄电池以其成熟的技术、较低的成本、大电流放电、可靠的性能等优点被广泛 的应用在诸多领域，如无线通讯移动基站、计算机网络中心、UPS、汽车、通讯、电力、医疗、舰 船等。铅酸蓄电池是目前工业电池当中产量最大的电池。
[0005] 发明人经过研究和考察，发现铅酸蓄电池作为直流后备电源或动力电源存在如下 问题：
[0006] 1、蓄电池长期处于浮充状态，只在电力系统断电时才投入，由于铅酸蓄电池长时 间不放电，电极周边被氢气泡"围困"，导致"钝化"，不能保障能量的有效补充和工作放电时 内阻大不能可靠供电，在关键时刻可能导致操作电源失效或蓄电池输出的维持时间大大小 于设计时间；
[0007] 2、对蓄电池的"健康"状态缺乏在线、经济的监测手段，目前的方式为：人工逐个测 量蓄电池的端电压，检查蓄电池的健康状态，该方法既不可靠、也不及时，而且工作量巨大， 特别是对有电压但内阻异常的蓄电池不能输出设计电流的状态无法及时发现，因此，对蓄 电池需要频繁地周期性维护，盲目性较大，出现异常时，也是一种"应急维护模式"；
[0008] 3、由于目前串联多个蓄电池的浮充是现在动力电源或后备电源的主要工作方式， 其最大缺点是不能照顾不同蓄电池之间的特性差异，在同一串联浮充中，由于每个蓄电池 内阻的不同，内阻较大者在同样的浮充电流下不能够充分的"还原反应"，而导致个别品质 较差的电池内阻增加较快，易于失效，降低了整个系统的可靠性；
[0009] 4、大量电池以串联连接方式工作，每一个蓄电池输出端子的状态以及每一个串联 蓄电池连接器的优劣直接影响直流操作电源的可靠性和供电特性；
[0010] 5、需要100%冗余蓄电池组作为异常应急的后备，需要蓄电池的数量翻倍，投资增 加，但同期出厂的蓄电池组的寿命不会提高，翻倍的投资并没有显著提高系统整体可靠性， 维护工作量也翻倍；
[0011] 6、浮充模式的开关电源设备，自身功率消耗大，需要风扇冷却，不够环保，而且开 关电源设备与蓄电池组共处一室，当空调系统或通风系统失效后，蓄电池充放电所产生的 可燃气体就有较大的火灾隐患；
[0012] 7、缺乏先进的蓄电池智能管理技术和通用装备，直流后备电源每个蓄电池的状 态，不能够通过网络组成物联网，完成全面覆盖的测控、异常预测，在监控中心不能实现远 程海量直流后备电源的在线状态诊断和实现"管理型维护"。
【发明内容】
[0013] 本发明的第一个发明目的是提供一种基于大电流毫秒脉冲放电的蓄电池内阻测 量方法，该方法可以在线、准确地测量蓄电池的内阻。
[0014] 本发明的第一个发明目的通过如下技术方案实现：一种基于大电流毫秒脉冲放电 的蓄电池内阻测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0015] 使蓄电池通过一个设计产生与蓄电池容量匹配的放电电流的放电回路，进行一个 大电流毫秒脉冲放电，检测该过程中蓄电池的端电压和放电电流的变化过程，根据欧姆定 律计算蓄电池的内阻。
[0016] 本发明采用直流放电法测量蓄电池内阻，且放电电流足够大，测量结果准确稳定， 又由于本发明内阻测量方法放电时间非常短，通常在Ims内，本发明方法可在线进行，且对 蓄电池无损害，对蓄电池电量损耗低。
[0017] 作为本发明蓄电池内阻测量方法的一种改进，在检测所述蓄电池的端电压和放 电电流的变化过程的同时，检测所述放电回路的线路电阻。蓄电池的内阻是毫欧姆级别，因 此，精确动态测量放电回路的线路电阻，对减少蓄电池内阻的测量误差十分重要。
[0018] 本发明第二个发明目的是提供一种用于实施所述蓄电池内阻测量方法的电路。
[0019] 本发明第二个发明目的通过如下技术方案实现：一种用于实施所述蓄电池内阻 测量方法的电路，其特征在于，包括电压检测电路、电流检测电路、内阻检测电路和微处理 机；
[0020] 所述内阻检测电路包括由大功率电阻、电力电子器件和导线构成的放电回路，还 包括有由光耦构成的驱动电路，所述微处理机通过所述驱动电路与所述电力电子器件相 连，通过控制所述光耦控制所述电力电子器件导通或阻断，从而控制所述蓄电池是否通过 所述放电回路放电，所述微处理机和所述电压检测电路构成用于采集所述蓄电池端电压的 电压高速采样电路，所述微处理机和所述电流检测电路构成用于采集所述蓄电池放电电流 的电流尚速米样电路。
[0021] 本发明的第三个发明目的是提供一种基于大电流毫秒脉冲放电的蓄电池健康状 态检测方法。
[0022] 本发明的第三个发明目的通过如下技术方案实现：一种基于大电流毫秒脉冲放电 的蓄电池健康状态检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
[0023] 1)周期性地使蓄电池通过一个设计产生与蓄电池容量匹配的放电电流的放电回 路，进行一个大电流毫秒脉冲放电，检测该过程中蓄电池的端电压和放电电流的变化过程， 并同步检测如下参数：放电回路的线路电阻、蓄电池的表面温度和绝缘电阻；
[0024] 2)根据欧姆定律计算蓄电池的内阻；
[0025] 3)根据不同健康状态的蓄电池内阻取值区间的差别，综合检测的其它参数，评估 蓄电池的健康状态。
[0026] 本发明方法可在线评估蓄电池的健康状态，将目前普遍的应急抢修模式转化为预 测维护，提高直流后备电源的可靠性。本发明通过周期性大电流毫秒脉冲放电，解决了目 前蓄电池充电环节中，长期只充电不放电，蓄电池内部电极与电解质接触不良产生"钝化" 现象的问题，提升了蓄电池的运行可靠性和安全性。
[0027] 步骤1)在蓄电池处于静态时即非工作状态时进行。本发明的蓄电池健康状态检 测方法是一个瞬时的过程，可以在任意时间对蓄电池的健康状态进行评估，但在实际应用 中，由于蓄电池工作时间是有限的，所以不需要频繁的检测，主要是对每一次工作后的蓄电 池的健康状态进行评估，以便给维护人员足够的信息以确保后备电源系统的可靠性。
[0028] 作为对发明的一种改进，步骤1)中所述周期性的使蓄电池通过一个设计产生与 蓄电池容量匹配的放电电流的放电回路，进行一个大电流毫秒脉冲放电的操作，在检测到 蓄电池的端电压大于或等于设定的健康状态检测开启电压后进行，防止出现对处于放电末 期的电池进行继续放电的操作，进一步保护蓄电池的健康。
[0029] 所述健康状态检测开启电压根据蓄电池到达放电末期并静置一段时间后电压的 回升值设定。
[0030] 步骤3)中所述不同健康状态的蓄电池内阻取值区间的差别，根据不同健康状态 的蓄电池内阻相对于该蓄电池新投入时内阻取值区间历史值的增量设定。
[0031] 为了更全面的监测蓄电池的健康状态，步骤1)中同步检测的参数还包括蓄电池 所处环境的环境参数，所述环境参数包括环境温度、湿度、气压等数据。
[0032] 本发明的第四个发明目的是提供一种用于实施所述蓄电池健康状态检测方法的 蓄电池健康状态检测系统。
[0033] 本发明的第四个发明目的通过如下技术方案实现：一种基于大电流毫秒脉冲放 电的蓄电池健康状态检测系统，其特征在于，包括用于与蓄电池一一对应相连、对蓄电池进 行并联充放电管理和健康状态检测的蓄电池管理模块，还包括通讯管理模块和后台监控中 心，所述蓄电池管理模块通过所述通讯管理模块与所述后台监控中心通讯。
[0034] 所述蓄电池管理模块包括电压检测电路、电流检测电路、电池温度检测电路、内阻 检测电路、绝缘电阻检测电路、充放电管理电路和微处理机，各所述电路分别与所述微处理 机相连；
[0035] 充放电管理：
[0036] 所述微处理机分别通过所述电压检测电路、电流检测电路实时检测所述蓄电池 的端电压和充放电电流，并通过所述充放电管理电路管理每个蓄电池的充放电过程；
[0037] 健康状态检测：
[0038] 所述微处理机通过周期性地激活所述内阻检测电路，使蓄电池通过所述内阻检测 电路的放电回路进行一个大电流毫秒脉冲放电，并分别通过所述电压检测电路、所述电流 检测电路，采样该放电过程中蓄电池的端电压和放电电流的变化过程，同时，还分别通过所 述电池温度检测电路、绝缘电阻检测电路及所述内阻检测电路的线路电阻检测电路同步检 测蓄电池的表面温度、绝缘电阻和所述放电回路的线路电阻。
[0039] 所述蓄电池健康状态检测系统还包括与所述电池管理模块或所述通讯管理模块 相