[发明专利]一种多功能铅酸蓄电池智能维护装置及容量预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能铅酸蓄电池的智能维护装置及容量预测方法，是一种进行铅酸蓄电池自动恒流充放电、容量预测和劣化电池容量恢复的智能维护装置。

背景技术

铅酸蓄电池是一种已有一百多年应用历史的储能元件，由于价格便宜，性能稳定，技术和制造工艺成熟，广泛用于电力、通信、汽车、电动车等多个应用领域。与普通铅酸蓄电池相比，阀控密封铅酸蓄电池由于采用内部氧复合技术，大大缓解了电解液的损耗，从而使蓄电池在免维护状态下长期服役，而且具有体积小、防爆、电压稳定、无污染、重量轻、放电性能高、维护量小等优点。然而，由于蓄电池本身的设计、生产工艺及使用维护等原因，电池早期失效现象常有发生，尤其是国产铅酸蓄电池，有的只能使用2～3年，远远短于预期寿命。由于蓄电池组是由各个单体电池串联组成，蓄电池组的容量是由整组中容量最小的单体决定，蓄电池组中只要存在任何一只落后单体电池，将使整组电池的容量严重下降，直接导致蓄电池组的有效工作时间减少。针对目前的实际情况，利用现代电池测量技术、信息处理技术、电力电子技术和微处理器控制技术，开发一种能快速、准确、安全、在线地测试铅酸蓄电池健康状况和实现劣化电池容量恢复的多功能铅酸蓄电池智能维护设备，对延长铅酸蓄电池的使用寿命，降低电源系统的故障率，有着十分重要的意义。

铅酸蓄电池是一个复杂的电化学体系，蓄电池的剩余容量受温度、放电电流、电池退化等多种因素影响，对它进行快速准确的容量测试是非常困难的。由于蓄电池容量预测的重要性，国内外的学者对于高精度和高适用性的容量预测方法的探索从未停止。当前的一些主要方法有：（1）蓄电池电压测量法。（2）核对放电法。（3）电导（内阻）测量法。因为铅酸蓄电池的外部参数与容量之间的关系呈现复杂的非线性，这些方法总体来看效果并不理想。除了上述方法外，还有一种是基于蓄电池等效电路模型的容量预测方法，这种模型方法可以分为两大类：一类为经验模型，如Peukert方程，开路电压-安时模型等。另一类为等效电路模型，如热学-电力学模型，四阶动力模型，Shepard模型和Martin模型组合等等，经验模型是科研人员通过大量实验总结出来的模型，其特点是结构简单，计算量少，在工程上应用广泛。但是，由于每一个经验模型考虑的问题各有侧重点，不全面，基本属于恒流充放电；同时实际应用中也有不足：一是由于模型阶数较高，计算比较困难；二是电池模型的建立需要确定相当数量的经验参数，这给应用者带来较大的麻烦；这样一系列的不足导致了当前国内外铅酸蓄电池容量测试智能化程度低，容量预测误差大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能铅酸蓄电池的智能维护装置及容量预测方法，该装置提供一种具有铅酸蓄电池容量在线测试，自动恒流充放电以及进行劣化蓄电池容量恢复的多功能铅酸蓄电池智能维护设备，铅酸蓄电池容量预测方法能够解决因铅酸蓄电池外参数造成与电池本身呈复杂的非线性关系导致铅酸蓄电池容量预测误差大的问题，具有预测精度高和智能化程度高的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多功能铅酸蓄电池智能维护装置，包括充电单元、主控模块、放电单元和测量控制电路，其中：前述充电单元包括输入整流滤波电路和开关电源模块，输入整流滤波电路与开关电源模块连接。

前述主控模块包括单片机、人机界面、通信接口、DAC充电控制单元、I/O接口、PWM隔离输出单元和ADC测量单元，单片机分别与人机界面、通信接口、DAC充电控制单元、I/O接口、PWM隔离输出单元和ADC测量单元连接。

前述测量控制电路包括输出切换开关A、电池电压检测电池反接检测、输出切换开关B、电流检测和温度检测，所述电池电压检测电池反接检测输入端连接蓄电池的正负两极，输出端连接ADC测量单元的输入端；电流检测采集蓄电池的电流信号后，输入ADC测量单元的输入端；温度检测采集PTC模块的温度后，输入ADC测量单元的输入端；前述输出切换开关A一端与蓄电池的正负两极连接，另一端与开关电源模块连接；前述输出切换开关B一端与蓄电池的正负两极连接，另一端与PTC模块连接。

前述DAC充电控制单元的输出端与开关电源模块的输入端连接；前述PWM隔离输出单元的输出端与PTC驱动单元的输入端连接；前述I/O接口同时与散热风机、输出切换开关A、输出切换开关B和开关电源模块连接，实现单片机与各模块之间的I/O控制。