一种快速测试评估蓄电池优劣状态的装置及方法
【专利摘要】本发明涉及一种快速测试评估蓄电池优劣状态的装置及方法，所述蓄电池为由多节单体电池串联而成的电池组，所述电池组进一步分为多个由相邻的单体电池串联而成的电池小组；该装置包括主控模块以及与之通讯的多个电池检测模块；每个电池检测模块连接至电池组中一个电池小组，得到每个电池小组的性能参数的测量值；所述主控模块用于将每个电池小组的性能参数的测量值与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，在欧姆电阻的测量值大于其正常值，且极化电容的测量值小于其正常值时，判定该电池小组存在异常电池。本发明具有检测速度快、成本低廉的特点，可以应用于电力变电站、通讯基站、机房UPS等场合的电池监测。
【专利说明】一种快速测试评估蓄电池优劣状态的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电池检测领域，更具体地说，涉及一种快速测试评估蓄电池优劣状态的装置及方法。
【背景技术】
[0002]目前，电力系统变电站操作电源、通信基站电源、机房UPS(不间断电源)，以及储能电站、光伏电站、通讯基站、电动汽车等都大量使用数十节单节蓄电池串联成的电池组作为工作电源或后备电源。由于电池管理人员一般同时管理着几十、几百甚至几千组电池，地点也较为分散，因此迫切地需要一种快速并且经理的手段了解电池组是否正常，并对问题电池进行大致定位，当发现电池组不正常时，再到现场用手持仪表对电池进行检测，确定具体哪一节电池有问题，及时对问题电池进行更换，确保后备电源系统安全可靠。
[0003]目前，电池使用者了解电池状态，主要有以下几种方式:
[0004]I)用电池检测仪表，采用人工方法对每节电池进行测试；但该方法存在以下缺点:电池组往往电压较高，检测工作具有危险性，并且需要耗费大量的人力和物力，效率低，成本高，数据及时性差。
[0005]2)采用电池监测设备对每节电池进行在线监测，电池监测设备一般具有通讯接口，电池监测数据可以就地显示，还可以通过网络传送到远端的监控平台，使用者和管理者可以实现掌握每节电池的工作状态；但该主法存在如下缺点:电池监测设备价格昂贵，并且需要敷设大量的测试线，施工复杂，维护工作量大，成本高。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题在于，针对现有蓄电池检测技术对每节电池进行监测导致成本高的缺陷，提供一种将电池组分为多个电池小组分别进行检测的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置及方法。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种快速测试评估蓄电池优劣状态的装置，所述蓄电池为由多节单体电池串联而成的电池组，所述电池组进一步分为多个由相邻的单体电池串联而成的电池小组；所述装置包括主控模块以及与之通讯的多个电池检测模块；
[0008]每个电池检测模块连接至电池组中一个电池小组，用于对该电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值，所述性能参数至少包括电池小组的欧姆电阻和极化电容；
[0009]所述主控模块用于获取每个电池小组的性能参数的测量值，并将其与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，在欧姆电阻的测量值大于其正常值，且极化电容的测量值小于其正常值时，判定该电池小组存在异常电池。
[0010]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置中，所述性能参数还包括电池小组的电动势和极化电阻，所述主控模块还将电动势的测量值和极化电阻的测量值分别与对应的正常值相比，以进一步确认该电池小组是否存在异常电池。
[0011]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置中，所述电池检测模块具有第一测试线和第二测试线，分别连接至对应的电池小组的第一节电池的正极和最后一节电池的负极；所述第一测试线包括第一电压线和第一电流线，所述第二测试线包括第二电压线和第二电流线；
[0012]所述电池检测模块进一步包括:放电单元、测量单元和控制单元；所述放电单元在所述控制单元的控制下，使电池小组经所述第一电流线和第二电流线向所述放电单元放电，以产生多个频率的电流信号；所述测量单元经所述第一电流线和第二电流线获取电池小组每个频率下对应的电流信号，以及通过所述第一电压线和第二电压线获取电池小组每个频率下对应的电压信号；所述控制单元与所述测量单元和放电单元相连，用于根据所述每个频率下对应的电流信号和电压信号，以及该电池小组包含的单体电池数量对应的电路模型，计算出该电池小组的电动势、欧姆电阻、极化电阻以及极化电容的测量值。
[0013]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置中，所述主控模块使用的电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值具体为:电池小组的电动势的正常值等于单体电池的电动势正常值乘以电池小组的单体电池数量；电池小组的欧姆电阻的正常值等于单体电池的欧姆电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量；电池小组的极化电阻的正常值等于单体电池的极化电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量；电池小组的极化电容的正常值等于单体电池的极化电容正常值除以电池小组的单体电池数量。
[0014]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置中，优选地，所述电池组分为2至4个电池小组。
[0015]本发明还提供了一种快速测试评估蓄电池优劣状态的方法，所述蓄电池为由多节单体电池串联而成的电池组，所述方法包括:
[0016]电池检测步骤:将所述电池组分为多个由相邻的单体电池串联而成的电池小组，对每个电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值，所述性能参数至少包括电池小组的欧姆电阻和极化电容；
[0017]判断步骤:将所述每个电池小组的性能参数的测量值与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，在欧姆电阻的测量值大于其正常值，且极化电容的测量值小于其正常值时，判定该电池小组存在异常电池。
[0018]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法中，所述性能参数还包括电池小组的电动势和极化电阻，所述判断步骤中还将电动势的测量值和极化电阻的测量值分别与对应的正常值相比，以进一步确认该电池小组是否存在异常电池。
[0019]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法中，所述电池检测步骤具体为:通过控制与电池小组相连的放电单元,使电池小组向相连的放电单元放电,并产生多个频率的电流信号；获取电池小组每个频率下对应的电流信号和电压信号；根据所述每个频率下对应的电流信号和电压信号，以及该电池小组包含的单体电池数量对应的电路模型，计算出该电池小组的电动势、欧姆电阻、极化电阻以及极化电容的测量值。
[0020]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法中，所述电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值具体为:电池小组的电动势的正常值等于单体电池的电动势正常值乘以电池小组的单体电池数量；电池小组的欧姆电阻的正常值等于单体电池的欧姆电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量；电池小组的极化电阻的正常值等于单体电池的极化电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量；电池小组的极化电容的正常值等于单体电池的极化电容正常值除以电池小组的单体电池数量。
[0021]在根据本发明所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法中，优选地，所述电池检测步骤中将所述电池组分为2至4个电池小组。
[0022]实施本发明的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置和方法，具有以下有益效果:本发明将待测试的电池组分为多个电池小组，分别测试各个电池小组的包括电池性能参数，通过与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，判断各个电池小组是否正常；该装置及方法成本低廉，可以快速确定电池组是否正常，并确定问题电池的大致位置，可以应用于电力变电站、通讯基站、机房UPS等场合的电池监测。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0024]图1为根据本发明优选实施例的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置的示意图；
[0025]图2为根据本发明优选实施例中电池小组的各单节电池的等效电路图；
[0026]图3为根据本发明优选实施例中电池小组的总等效电路图；
[0027]图4为根据本发明优选实施例的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置中电池检测模块的示意图；
[0028]图5为根据本发明的优选实施例的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0030]请参阅图1，为根据本发明优选实施例的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置的示意图。如图1所示，该实施例提供的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置所检测的蓄电池为由24节电压为2V的单体电池依次串联而成48V的电池组。
[0031]本发明的独特之处在于将电池组进一步分为多个电池小组，对每个电池小组分别进行检测，以获得每个电池小组性能参数的测量值，再将这些性能参数的测量值与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，以判断该电池小组是否存在异常电池。其中，每个电池小组由电池组中相邻的单体电池串联而成。优选地,可以分为2至4个电池小组。例如图1中将电池组平均分成4个电池小组，每个电池小组含有6节单体电池。如第一电池小组100-1、第二电池小组100-2、第三电池小组100-3和第四电池小组100-4。
[0032]本发明的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置包括主控模块210以及与之通讯的多个电池检测模块。该电池检测模块的数量与前述划分的电池小组的数量相同，如在本实施例中采用了 4个电池检测模块分别对4个电池小组进行检测。这四个电池检测模块分别为第一电池检测模块220-1、第二电池检测模块220-2、第三电池检测模块220-3和第四电池检测模块220-4，其分别与第一电池小组100-1至第四电池小组100-4——对应连接。
[0033]每个电池检测模块用于对连接至该电池检测模块的电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值，该性能参数至少包括电池小组的欧姆电阻和极化电容。
[0034]主控模块210与每个电池检测模块通讯，获取每个电池小组的性能参数的测量值，并将其与该电池小组的单体电池数量η对应的性能参数的正常值进行比较，在欧姆电阻的测量值R^’大于其正常值R e，且极化电容的测量值Cp/小于其正常值Cpe时，判定该电池小组存在异常电池。主控模块210可以采用有线、无线或载波方式与各个电池检测模块进行通信。
[0035]请结合参阅图2和图3，分别为根据本发明优选实施例中电池小组的各单节电池的等效电路图，以及电池小组的总等效电路图。如图2和图3中所示，正常情况下，电池小组中各节单体电池的电动势E1~E6、欧姆电阻:R,M~R。6、极化电阻Rpl~Rp6以及极化电容Cpl~Cp6的数值是相近的，此时该电池小组的电动势的正常值Ee等于单体电池的电动势正常值E乘以电池小组的单体电池数量n，即Ee = EXn0电池小组的欧姆电阻的正常值Rile
等于单体电池的欧姆电阻正常值Ri2乘以电池小组的单体电池数量n，即RSe=RfiXn。电池小组的极化电阻的正常值Rpe等于单体电池的极化电阻正常值Rp乘以电池小组的单体电池数量n，即Rpe = RpXn0电池小组的极化电容的正常值Cpe等于单体电池的极化电容正常值Cp除以电池小组的单体电池数量n，即Rpe = Cp + n。例如，第一电池小组100-1包含有6节单体电池，因此第一电池小组100-1的性能参数的正常值为该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值，即单体电池数量η = 6，为6节单体电池对应的性能参数的正常值。
[0036]随着电池使用时间的延长，电池的实际容量会不断减小，电池容量减小的程度与环境温度、放电次数、放电深度、电池内部的杂质等多种因素有关。容量不足的电池(又叫落后电池)的电动势的数值可能等于或小于正常值，欧姆电阻的数值大于正常值，极化电阻的数值大于正常值，极化电容的数值小于正常值。因此，当某个电池小组存在落后电池时，该电池小组的电动势的测量值E/可能等于或小于该电池小组的电动势的正常值Εε，
欧姆电阻的测量值R。e’大于欧姆电阻的正常值Ri3e，极化电阻的测量值Rp/大于极化电阻的正常值Rpe，极化电容的测量值Cp/小于极化电容的正常值Cpe。因此，本发明中优选在
Rf,e’>R(,e且CpJ < Cpe时，判定该电池小组存在异常电池，如前述落后电池。
[0037] 在本发明的优选实施例中，电池检测模块检测的性能参数还可以包括电池小组的电动势和极化电阻。主控模块210还将电动势的测量值E/和极化电阻的测量值Rp/分别与对应的正常值相比，以进一步确认电池小组是否存在异常。例如，在图1中电池小组的极化电阻的测量值Rp/大于6节单体电池对应的极化电阻的正常值Rpe,电池小组的电动势的测量值E/小于6节单体电池对应的电动势的正常值Ee时，即Rpe>’ Rpe, E/ < Ee时进一步确认该电池小组存在异常电池。
[0038]请参阅图4，为根据本发明优选实施例的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置中电池检测模块的示意图。每个电池检测模块具有第一测试线和第二测试线，如图1中所示分别连接至对应的电池小组的第一节电池的正极和最后一节电池的负极。其中，第一测试线包括第一电压线和第一电流线，第二测试线包括第二电压线和第二电流线，第一电流线、每二电流线还用作电源线，为电池检测模块提供电源。如图4所示，该实施例提供的电池检测模块220进一步包括:放电单元221、测量单元222和控制单元223。
[0039]放电单元221与控制单元223相连，在控制单元223的控制下，使电池小组经第一电流线和第二电流线向放电单元221放电，以产生多个频率的电流信号。由于电池小组的欧姆电阻、极化电阻、极化电容的存在，在电池小组的第一节电池的正级、最后一节电池的负极间将产生与电流信号频率相同，但幅值和相位不同的电压信号。
[0040]测量单元222经第一电流线和第二电流线获取电池小组每个频率下对应的电流信号，同时通过第一电压线和第二电压线获取电池小组每个频率下对应的电压信号。
[0041]控制单元223与测量单元222和放电单元221相连，接收测量单元222测量的每个频率下对应的电流信号和电压信号，并根据图3所示的该电池小组包含的单体电池数量对应的电路模型，计算出该电池小组的电动势的测量值ΕΛ欧姆电阻的测量值Rfle’、极化电阻的测量值Rp/和极化电容的测量值Cp/。
[0042]具体地，控制单元223对每个频率下对应的电流信号和电压信号进行付利叶变换，得到每个频率下对应的电流信号i (复数，包含大小和相位信息)，以及每个频率下对应的电流信号i (复数，包含大小和相位信息)；再根据公式I= ?/i计算出每个频率下对应的阻抗i (复数，包含大小和相位信息)；最后根据不同频率下的阻抗i，根据如下公式计算出电池小组的欧姆电阻的测量值R?e’、极化电阻的测量值Rp/、极化电容的测量值Cp/。
【权利要求】
1.一种快速测试评估蓄电池优劣状态的装置，所述蓄电池为由多节单体电池串联而成的电池组，其特征在于，所述电池组进一步分为多个由相邻的单体电池串联而成的电池小组；所述装置包括主控模块以及与之通讯的多个电池检测模块； 每个电池检测模块连接至电池组中一个电池小组，用于对该电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值，所述性能参数至少包括电池小组的欧姆电阻和极化电容； 所述主控模块用于获取每个电池小组的性能参数的测量值，并将其与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，在欧姆电阻的测量值大于其正常值，且极化电容的测量值小于其正常值时，判定该电池小组存在异常电池。
2.根据权利要求1所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置，其特征在于，所述性能参数还包括电池小组的电动势和极化电阻，所述主控模块还将电动势的测量值和极化电阻的测量值分别与对应的正常值相比，以进一步确认该电池小组是否存在异常电池。
3.根据权利要求2所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置，其特征在于，所述电池检测模块具有第一测试线和第二测试线，分别连接至对应的电池小组的第一节电池的正极和最后一节电池的负极；所述第一测试线包括第一电压线和第一电流线，所述第二测试线包括第二电压线和第二电流线； 所述电池检测模块进一步包括:放电单元、测量单元和控制单元； 所述放电 单元在所述控制单元的控制下，使电池小组经所述第一电流线和第二电流线向所述放电单元放电，以产生多个频率的电流信号； 所述测量单元经所述第一电流线和第二电流线获取电池小组每个频率下对应的电流信号，以及通过所述第一电压线和第二电压线获取电池小组每个频率下对应的电压信号； 所述控制单元与所述测量单元和放电单元相连，用于根据所述每个频率下对应的电流信号和电压信号，以及该电池小组包含的单体电池数量对应的电路模型，计算出该电池小组的电动势、欧姆电阻、极化电阻以及极化电容的测量值。
4.根据权利要求2所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置，其特征在于，所述主控模块使用的电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值具体为: 电池小组的电动势的正常值等于单体电池的电动势正常值乘以电池小组的单体电池数量； 电池小组的欧姆电阻的正常值等于单体电池的欧姆电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量； 电池小组的极化电阻的正常值等于单体电池的极化电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量； 电池小组的极化电容的正常值等于单体电池的极化电容正常值除以电池小组的单体电池数量。
5.根据权利要求1所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的装置，其特征在于，所述电池组分为2至4个电池小组。
6.一种快速测试评估蓄电池优劣状态的方法，所述蓄电池为由多节单体电池串联而成的电池组，其特征在于，所述方法包括: 电池检测步骤:将所述电池组分为多个由相邻的单体电池串联而成的电池小组，对每个电池小组进行检测，得到每个电池小组的性能参数的测量值，所述性能参数至少包括电池小组的欧姆电阻和极化电容； 判断步骤:将所述每个电池小组的性能参数的测量值与该电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值进行比较，在欧姆电阻的测量值大于其正常值，且极化电容的测量值小于其正常值时，判定该电池小组存在异常电池。
7.根据权利要求6所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法，其特征在于，所述性能参数还包括电池小组的电动势和极化电阻，所述判断步骤中还将电动势的测量值和极化电阻的测量值分别与对应的正常值相比，以进一步确认该电池小组是否存在异常电池。
8.根据权利要求7所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法，其特征在于，所述电池检测步骤具体为: 通过控制与电池小组相连的放电单元,使电池小组向相连的放电单元放电，并产生多个频率的电流信号； 获取电池小组每个频率下对应的电流信号和电压信号； 根据所述每个频率下对应的电流信号和电压信号，以及该电池小组包含的单体电池数量对应的电路 模型，计算出该电池小组的电动势、欧姆电阻、极化电阻以及极化电容的测量值。
9.根据权利要求7所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法，其特征在于，所述电池小组的单体电池数量对应的性能参数的正常值具体为: 电池小组的电动势的正常值等于单体电池的电动势正常值乘以电池小组的单体电池数量； 电池小组的欧姆电阻的正常值等于单体电池的欧姆电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量； 电池小组的极化电阻的正常值等于单体电池的极化电阻正常值乘以电池小组的单体电池数量； 电池小组的极化电容的正常值等于单体电池的极化电容正常值除以电池小组的单体电池数量。
10.根据权利要求6所述的快速测试评估蓄电池优劣状态的方法，其特征在于，所述电池检测步骤中将所述电池组分为2至4个电池小组。
【文档编号】G01R31/36GK104076291SQ201410262062
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】王汝钢, 白海江 申请人:深圳市普禄科智能检测设备有限公司