[发明专利]蓄电池性能在线监测系统和监测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电池性能在线监测系统和监测方法，属于变电站检测技术领域。

背景技术

当前，用户对变电站蓄电池的监测主要是监测蓄电池的电压，但因为蓄电池大部分情况是在浮充状态，因此电池巡检仪测得的只是蓄电池的浮充电压，这个参数对蓄电池性能的判断很有限。如图1所示为一实际测试实例，3号电池在浮充时测得的电压在正常范围，但测量其内阻发现远远偏离标准范围，如图2，做核对放电发现其容量已低于标称容量的80%。

要对蓄电池性能进行评估最准确的方式是对蓄电池进行整组的核对性放电，即用0.1C电流对蓄电池放电，同时监测单体电压的变化，在放电时间未到，而最先达到放电截止电压的电池即性能劣化的电池。这是一种验证电池性能最可靠的方法, 通过这类测试可对电池系统进行100% 的全面检查,同时区分出电池或外部传导途径的各种问题。但做核对性放电费时费力，有些情况下无法做全容量核对性放电，如变电站在线运行的蓄电池只能做50%容量放电；并且核对性放电周期较长，一般一年做一次。

由于电池的内阻与它本身容量有着密切联系，因此，如果能够利用电池内阻这个参数来预测电池的性能，将能够大大节省对蓄电池性能的评估周期和费用。通过对大量的各种类型电池的测试表明，如果电池的内阻增至高于其基准值，即电池在最佳状态下的内阻值的30%-50%时，这个电池的容量将低于80%。实践证明，通过测量电池内阻来确定电池的状态被证明是一种非常可靠的有效方法，因此内阻测试已成为核对性放电测试的替代手段。

蓄电池内阻测试一直是争议最大的问题。但近几年蓄电池内阻测试技术迅猛发展，蓄电池内阻测试方法有了革命性进步。蓄电池内阻测试已经被公认为是一种快速、可靠、有效诊断蓄电池性能的优秀方法。

几乎所有影响电池性能的因素都导致了电池内阻变大，因此这些金属和电化学问题引起的电池容量衰竭都可以用内阻检测出来。金属电阻问题是蓄电池内部潜在最危险问题，由于充电可能引起爆炸等。这类问题会造成没有预示情况下使得电压突然下降或突然中断。电化学问题是在电池老化时就可以被检测出来。由于电池老化同时涂膏电解质和隔膜的电阻也在增加。

内阻是衡量电池性能的一个重要技术指标。正常情况下，内阻小的电池的大电流放电能力强，内阻大的电池放电能力弱。

目前带内阻测试功能的监测系统多采用下面的方法来测试，即通过对电池的整组放电（放电电流为70A—100A）同时测得每个电池的压降来计算内阻。如图3为一般厂家的测试原理图，图中R为纯阻性负载，K1、K2、K3为空开，D1为大功率二极管。正常运行时K1闭合，K2、K3断开，充电机G对蓄电池UPS浮充。测量内阻时，K1断开，K2、K3闭合，蓄电池组通过负载R进行放电。如果在测量过程中交流失电，蓄电池组通过D1、K2给母线供电。测量完成后重新合上K1，断开K2、K3。在蓄电池组两端接入放电负载R，测量电压的变化（U1-U2）和电流值（I），计算电池的内阻（R）。R=(U1-U2)/I。蓄电池从浮充状态切换到放电状态，典型的电压跌落过程如图4所示。通过一个专用的设备实现大电流放电（一般采用较大电流，如70～100A以上），进行电压跌落的观察，测量两个电压值U1与U2，通过上式，计算得到蓄电池的内阻值。 放电时间一般为几分钟。

这种方法的缺点是：

由于浮充到放电过程中电压的变化，需要选择稳定区域计算电压变化幅值，实际测量中，该方法所得数据的重复性较差。整组放电对直流系统影响大，尤其使用一定年限的蓄电池，当蓄电池使用几年以后难免会有一些蓄电池性能下降，当整组放电并且放电电流较大时，整组放电过程中性能最差的几只蓄电池易过放电造成损坏。

不能自动测量：串接开关不方便实现自动测量；测量内阻时必须对空开进行操作，必须人到现场合空开。

安全性差及测量不准确：由于串接了开关，并增加了二极管，在安全性方面存在级差配合的问题，万一在大电流冲击时断开将造成重大事故。并且所选产品质量及现场施工工艺都对监测产品的正常使用以及对原有被监测对象增加了不可靠性，存在隐患。

另外，由于放电采用纯阻性负载，对于不同的组压，其放电电流是不一样的，会造成测量不准。在实际应用过程中，通过这种方法测量，其测量误差高达100%以上。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种蓄电池性能在线监测系统和监测方法，无须人工干预，实现对蓄电池的性能在线监测，并同时，提供了一种蓄电池内阻的在线测量方法，测试结果稳定、准确，测试过程便捷，测试时不影响电源系统安全运行。

本发明的技术方案：