CN104198942A - 一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统，包括阀控式铅酸蓄电池组、监控模块和蓄电池管理模块，所述蓄电池管理模块电气连接阀控式铅酸蓄电池组，所述监控模块电气连接蓄电池管理模块；所述监控模块控制蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组，所述蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组时，自动采集充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间；所述监控模块接收蓄电池管理模块所采集的充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间数据，并根据接收的数据自动评估所述阀控式铅酸蓄电池组是否失效。本发明在线判断蓄电池是否失效，提高配电终端设备的在线率、可靠性。

Description

一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统

技术领域

本发明涉及配电终端中阀控式铅酸蓄电池的检测领域，特别是一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统。

背景技术

阀控式铅酸蓄电池（以下简称蓄电池）是一种能量密度高的免维护电池，被大量应用在配电自动化系统中，可在配电线路故障停电时保障配电终端设备正常运行，实现馈线自动化功能。馈线自动化功能是提高供电可靠性、实现配电自动化系统最基本、核心的功能。

由于配电设备点多面广，因此与之配套的蓄电池实际应用数量巨大；同时配电设备分布面广，常安装于户外或简单遮蔽场所，运行时温度随时间、季节、气候变化，温差变化大，其运行环境恶劣；现有蓄电池多采用简单的恒流、恒压充电模式，蓄电池过充、过放是常态；配电设备维护人员少，开展定期检查和维护困难重重。

由于以上原因，蓄电池在应用中蓄电池失效快、实际运行寿命与设计寿命差距巨大，严重影响到配电自动化系统实用化的推进。因此，在蓄电池应用的过程中，需要对蓄电池进行失效检查，保障配电终端设备正常运行。

目前配网中对蓄电池失效检查多采用定期巡视外观和测量电池内阻的方法。定期巡视外观难以准确判断，失误率较高。测量电池内阻采用电池内阻测试仪，该方法需要先将电池离线取回到专业的实验室进行测量，必须中断配电终端运行，因此只能安排在设备检修时进行，这种方法虽然准确度高，但检测设备昂贵，检测时需要停电、操作时间长、复杂、及时性差，难以满足供电可靠性的要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统，在线判断蓄电池是否失效，提高配电终端设备的在线率、可靠性，为配电网中蓄电池运行维护的难题提供一种可行实用解决方案。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统，包括阀控式铅酸蓄电池组、监控模块和蓄电池管理模块，所述蓄电池管理模块电气连接阀控式铅酸蓄电池组，所述监控模块电气连接蓄电池管理模块；

所述监控模块控制蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组，所述阀控式铅酸蓄电池组的一个自动活化包括一个完整的充电与放电过程，所述蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组时，自动采集充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间；

所述监控模块接收蓄电池管理模块所采集的充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间数据，并根据接收的数据自动评估所述阀控式铅酸蓄电池组是否失效。

进一步，所述阀控式铅酸蓄电池组的一个周期性自动活化包括的一个完整的充电与放电过程，所述过程包括以下步骤：

蓄电池管理模块关闭充电电源并启动蓄电池组放电；

采集放电电流Ifi及电压U；

当蓄电池组的电压U小于设定的活化终止电压时，停止放电，并计算放电容量Sfi及放电时间t；

打开充电电源转化为充电状态，并按设定的充电控制策略进行充电；

采集充电过程中的电流Ici及电压U；

当充电电流Ici 小于设定的浮充电流值时，设置充电完成标志，并计算充电容量Sci及充电时间t；

所述字母i表示自动活化的次数。

进一步，所述监控模块通过以下方法判断蓄电池组是否失效：

（1）监控模块对接收到的电压、电流及对应的充放电时间进行如下判断：

判断条件1：第i次蓄电池活化充电容量Sci是否小于或等于K×相对充电额定容量Sxcn；

判断条件2：第i次蓄电池活化放电容量Sf是否小于或等于K×相对放电额定容量Sxfn；

判断条件3：Max{Sci，Sfi}是否小于或等于0.25×Max{Sn，Sxcn}，Sn为蓄电池组的额定容量；

其中，K大于等于0且小于等于1；

（2）当判断条件1、2与3任何一个成立时，则判断此次蓄电池组失效；

（3）随着i值的增加，循环步骤（1）与（2），若连续三次满足步骤（2），则判断此蓄电池组失效。

进一步，所述第i次充电容量Sci与放电容量Sfi采用如下公式计算：

第i次蓄电池活化充电容量计算：Sci=△t×∑Icij，(j=0,....n)；

第i次蓄电池活化放电容量计算：Sfi=△t×∑Ifij，(j=0,....m）；

其中，△t为对应充电或放电过程中的等间隔时间，所述相对充电额定容量Sxcn=Max{Sci}，所述相对放电额定容量Sxfn=Sxcn。

进一步，所述K＝0.8。

本发明的有益效果是：

本发明采用一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统，可在线实时判断蓄电池组是否失效，判断过程不需要停电，判断效果准确，且经济、简单易行，具有很高的实用价值，从而提高配电自动化可靠性的同时可以减少配电终端运维的人力和财力。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明所述在线判断系统的连接示意图；

图2是本发明一次充放电过程的流程示意图。

具体实施方式

在应用中，阀控式铅酸蓄电池的活化分为手动活化、遥控活化和周期自动活化，手动活化、遥控活化一般用于设备检修、测试时，使用次数少，在具备完整的活化过程自动结束时，本发明等同于自动活化。自动活化是设备正常运行时，根据设定的周期T由配电终端启动的一种在线活化，该周期T投运后基本固定不变。

由于阀控式铅酸蓄电池失效主要特征为内阻增大、放电容量变小，常规评估方法通过离线的核对性放电容量试验：蓄电池离线状态下以恒定电流对负载放电，当蓄电池端电压达到放电终止电压值时则停止放电，整个过程所放出的容量就是蓄电池实际容量。该方法第一需要蓄电池离线，其二要将蓄电池放电至终止电压。由于检测时需要专用设备离线进行，因此，失效蓄电池的检测及时性差、费用高；而配电网中蓄电池的分布广，数量巨大，维护检测需要投入大量的人力和物力。

核对性放电容量试验判断蓄电池失效的判断依据为：蓄电池实际容量Si≤0.8×额定容量Sn。由上述可知，在运行中，Si、Sn为未知变量，其中，Sn可以通过整定解决，但实用性有待改善。本发明在理论分析及大量的试验验证中发现，蓄电池在活化阶段的充放电容量与相对额定容量之间的关系同核对性放电容量试验中的判断依据具有相似性，因此提出蓄电池失效的相对容量判断方法，采用活化充放电电压范围阶段性数据进行蓄电池失效判断，以解决在线评估蓄电池失效的难题。

参照图1所示，本发明的优选实施例提供了一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统，包括阀控式铅酸蓄电池组、监控模块和蓄电池管理模块，所述蓄电池管理模块电气连接阀控式铅酸蓄电池组，所述监控模块电气连接蓄电池管理模块；

所述监控模块控制蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组，所述阀控式铅酸蓄电池组的一个自动活化包括一个完整的充电与放电过程，所述蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组时，自动采集充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间；

所述监控模块接收蓄电池管理模块所采集的充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间数据，并根据接收的数据自动评估所述阀控式铅酸蓄电池组是否失效。

本发明中，蓄电池管理模块实现蓄电池活化过程的控制并采集蓄电池活化过程电压、电流、时间等信息。蓄电池活化过程包含一个完整的放电和充电两个子过程。采集的电压用于自动控制活化放电结束及活化充电结束的时刻，采集的电流用于计算活化过程中的放电容量和充电容量。

监控模块接收蓄电池管理模块采集的数据，包括活化过程的充放电时间、容量，形成蓄电池活化状态信息历史数据库，通过即时数据分析计算和历史数据趋势分析计算相结合的方法对蓄电池的性能进行评估，评估的结果为蓄电池正常/失效。

阀控式铅酸蓄电池组的一个自动活化过程包括一个完整的充电与放电过程，参照图2所示，此过程的实现包括以下步骤：

蓄电池管理模块关闭充电电源并启动蓄电池组放电；

采集放电电流Ifi及电压U；

当蓄电池组的电压U小于设定的活化终止电压时，停止放电，并计算放电容量Sfi及放电时间t；

打开充电电源转化为充电状态，并按设定的充电控制策略进行充电，所述设定的充电控制策略参照申请人已经申请的专利文件（其申请号为201310374925.8）中的充电时的维护步骤；

采集充电过程中的电流Ici及电压U；

当充电电流Ici 小于设定的浮充电流值时，设置充电完成标志，并计算充电容量Sci及充电时间t；

所述字母i表示周期性自动活化的次数。

对于任何一个自动活化过程，监控模块均可以通过其接收到的充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间数据，判断蓄电池组是否失效，其每次的判断过程如下：

（1）监控模块对接收到的电压、电流及对应的充放电时间进行如下判断：

判断1：第i次蓄电池活化充电容量Sci是否小于或等于K×相对充电额定容量Sxcn；

判断2：第i次蓄电池活化放电容量Sf是否小于或等于K×相对放电额定容量Sxfn；

判断3：Max{Sci，Sfi}是否小于或等于0.25×Max{Sn，Sxcn}，Sn为蓄电池组的额定容量；

其中，K大于等于0且小于等于1；

（2）当判断条件1、2与3任何一个成立时，则判断此次蓄电池失效。

这是对于第i次充放电后，根据此次的充放电数据判断此次蓄电池是否失效。本发明为了使结果更加可靠，至少进行三次自动活化过程，且只要连续三次的判断结果满足步骤（2），则判断此蓄电池组失效。为此，本发明在步骤（2）后还有以下步骤：

（3）随着i值的增加，循环步骤（1）与（2），若连续三次满足步骤（2），则判断此蓄电池组失效。

本发明一次蓄电池活化容量采用蓄电池的充放电电流积分进行计算，采样时间为等间隔△t，本发明△t采用1毫秒间隔，所述第i次充电容量Sci与放电容量Sfi采用如下公式计算：

第i次蓄电池活化充电容量计算：Sci=△t×∑Icij，(j=0,....n)；

第i次蓄电池活化放电容量计算：Sfi=△t×∑Ifij，(j=0,....m）；

其中，△t为对应充电或放电过程中的等间隔时间，所述相对充电额定容量Sxcn=Max{Sci}，所述相对放电额定容量Sxfn=Sxcn。

本发明在核对性放电容量试验判断的基础上，将K值设置为0.8，以符合本发明的具体应用。

本发明所采用的具体数值只是符合本发明实际应用的一种最佳选择，本发明并不限于数据大小的变化，凡与本发明类似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种阀控式铅酸蓄电池失效的在线判断系统，其特征在于，包括阀控式铅酸蓄电池组、监控模块和蓄电池管理模块，所述蓄电池管理模块电气连接阀控式铅酸蓄电池组，所述监控模块电气连接蓄电池管理模块；

所述监控模块控制蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组，所述阀控式铅酸蓄电池组的一个自动活化包括一个完整的充电与放电过程，所述蓄电池管理模块自动活化所述阀控式铅酸蓄电池组时，自动采集充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间；

所述监控模块接收蓄电池管理模块所采集的充电与放电过程中的电压、电流及对应的充放电时间数据，并根据接收的数据自动评估所述阀控式铅酸蓄电池组是否失效。

2.根据权利要求1所述的在线判断系统，其特征在于，所述阀控式铅酸蓄电池组的一个周期性自动活化包括的一个完整的充电与放电过程，所述过程包括以下步骤：

蓄电池管理模块关闭充电电源并启动蓄电池组放电；

采集放电电流Ifi及电压U；

当蓄电池组的电压U小于设定的活化终止电压时，停止放电，并计算放电容量Sfi及放电时间t；

打开充电电源转化为充电状态，并按设定的充电控制策略进行充电；

采集充电过程中的电流Ici及电压U；

当充电电流Ici 小于设定的浮充电流值时，设置充电完成标志，并计算充电容量Sci及充电时间t；

所述字母i表示自动活化的次数。

3.根据权利要求2所述的在线判断系统，其特征在于，所述监控模块通过以下方法判断蓄电池组是否失效：

（1）监控模块对接收到的电压、电流及对应的充放电时间进行如下判断：

判断条件1：第i次蓄电池活化充电容量Sci是否小于或等于K×相对充电额定容量Sxcn；

判断条件2：第i次蓄电池活化放电容量Sf是否小于或等于K×相对放电额定容量Sxfn；

判断条件3：Max{Sci，Sfi}是否小于或等于0.25×Max{Sn，Sxcn}，Sn为蓄电池组的额定容量；

其中，K大于等于0且小于等于1；

（2）当判断条件1、2与3任何一个成立时，则判断此次蓄电池组失效；

（3）随着i值的增加，循环步骤（1）与（2），若连续三次满足步骤（2），则判断此蓄电池组失效。

4.根据权利要求2或3所述的在线判断系统，其特征在于，所述第i次充电容量Sci与放电容量Sfi采用如下公式计算：

第i次蓄电池活化充电容量计算：Sci=△t×∑Icij，(j=0,....n)；

第i次蓄电池活化放电容量计算：Sfi=△t×∑Ifij，(j=0,....m）；

其中，△t为对应充电或放电过程中的等间隔时间，所述相对充电额定容量Sxcn=Max{Sci}，所述相对放电额定容量Sxfn=Sxcn。

5.根据权利要求3所述的在线判断系统，其特征在于，所述K＝0.8。