專利名稱：通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種屬于工業(yè)測控技術(shù)領(lǐng)域的檢測方法，具體地說，是一種通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法。
背景技術(shù)：
蓄電池在工業(yè)、交通、通訊行業(yè)中廣泛應(yīng)用，作為設(shè)備的主要電源或者備用電源，對被供電設(shè)備的安全、可靠地運行至關(guān)重要。因此，工作人員對蓄電池的性能是十分關(guān)心的。用內(nèi)阻檢測法判定蓄電池性能，實現(xiàn)蓄電池的在線維護，是目前公認的最佳方案之一。通過內(nèi)阻在線檢測可以使工作人員及早地做好蓄電池的維護、更換工作，保證被供電設(shè)備安全、可靠地運行。因此對蓄電池內(nèi)阻的檢測，特別是在線監(jiān)測，具有重要的實際意義。對蓄電池內(nèi)阻的檢測是一個比較復(fù)雜的過程，目前常見方法主要有密度法、開路電壓法、直流放電法和交流信號注入法。密度法通過測量蓄電池電解液的密度來估算蓄電池的內(nèi)阻，常用于開口式鉛酸電池的內(nèi)阻測量，不適合常用的膠體蓄電池和密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻檢測。開路電壓法通過測量蓄電池的端電壓來估計蓄電池內(nèi)阻，精度很差，甚至得出錯誤結(jié)論。直流放電法和交流信號注入法是目前較常見的方法。直流放電法是IEC896.2-1995標(biāo)準(zhǔn)中提出的方法，通過對蓄電池進行2次大小不同的大電流放電，測量蓄電池上的電壓降，通過歐姆定律計算出電池內(nèi)阻。直流放電法必須在靜態(tài)或脫機的狀態(tài)下才能實現(xiàn)測量，無法真正實現(xiàn)蓄電池的在線測量；大電流的放電對蓄電池存在損害，如果為監(jiān)測蓄電池而頻繁的進行測量，對蓄電池的損害將會積累，反而影響蓄電池的容量以及壽命；直流法的測量重復(fù)性一直是困擾直流法發(fā)展的瓶頸，一般測量周期為一個月以上，甚至達到一年。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，李立偉、鄒積巖在“基于交流測量法的蓄電池內(nèi)阻測量裝置的研究”(《測量與設(shè)備》，2002年12期，pp15-17)提到交流信號注入法，通過給蓄電池施加一個交流低頻小電流信號，測出蓄電池兩端的低頻電壓和流過的低頻電流以及兩者的相位差，從而計算出蓄電池的內(nèi)阻。由于直流系統(tǒng)母線和饋電電纜分布電容的存在，且分布電容隨直流系統(tǒng)容量、供電現(xiàn)場特點的不同而不同，分布電容對施加的低頻電流信號起了分流作用，使電池內(nèi)阻的監(jiān)測分辨率大大降低，而且施加的低頻電流信號對直流系統(tǒng)來說也為一干擾源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法，使其結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)對蓄電池內(nèi)阻的在線監(jiān)測和離線測量。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟1、放電及電壓電流信號的采集把電感L、電阻R和開關(guān)S串聯(lián)后并聯(lián)在蓄電池的兩端，蓄電池的內(nèi)阻為r。t＝0時刻，開關(guān)S閉合，蓄電池通過S由L、R、r進行放電，放電電流隨著時間的增長逐漸增大，同時，不斷地測量放電電流i(t)和蓄電池端電壓u(t)的瞬時值，得到一系列的[i(1)，u(1)]，[i(2)，u(2)]，…，[i(n)，u(n)]數(shù)據(jù)。
開關(guān)S閉合時，相當(dāng)于將一個階躍信號作用于RL串聯(lián)電路，電路處于一階電路零狀態(tài)響應(yīng)狀態(tài)，蓄電池通過電阻和電感放電，此時電路的微分方程為L·diLdt+(R+r)·iL=E---(1)]]>解該微分方程，可以得到電感中的放電電流iLiL=ER+r(1-e-R+rLt)---(2)]]>可見該電流為一個隨時間按照指數(shù)規(guī)律變化的量。
蓄電池端電壓與總的放電電流的關(guān)系為u＝E-r·i (3)2、數(shù)據(jù)的處理根據(jù)測量到的一系列的[i(k)，u(k)](k＝1，2，…，n)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合的方法，算出蓄電池內(nèi)阻r。
根據(jù)式(3)，對蓄電池的端電壓和放電電流在放電的不同時間進行兩次測量就可以聯(lián)立一個關(guān)于蓄電池電動勢E和蓄電池內(nèi)阻r的方程組，從而求解出蓄電池內(nèi)阻，這相當(dāng)于對蓄電池內(nèi)阻的一次測量。
從測量的角度看，單次測量可能存在較大的誤差，要取得較為精確的結(jié)果可以進行多次測量，然后對測量結(jié)果進行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理。對于蓄電池而言，在一系列不同的放電電流的情況下，對其總的放電電流和對應(yīng)的端電壓進行測量，這樣得到的結(jié)果更加能夠準(zhǔn)確的反映蓄電池內(nèi)阻的情況。
對蓄電池的端電壓和放電電流這兩個電信號進行高速采樣測量，我們可以得到一系列的蓄電池端電壓和對應(yīng)放電電流的數(shù)據(jù)。如果根據(jù)得到的一系列數(shù)據(jù)在以放電電流為橫坐標(biāo)、蓄電池端電壓為縱坐標(biāo)的直角坐標(biāo)系中描出蓄電池端電壓u(t)、放電電流i(t)的數(shù)據(jù)點，并連成線，在理想情況下，該線應(yīng)為一條直線，而此直線的斜率即為蓄電池內(nèi)阻的大小。
實際中，由于測量不可避免地存在誤差，實際的數(shù)據(jù)點不可能正好處于一條直線上。我們對得到的一系列數(shù)據(jù)做適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理，在采樣點數(shù)較少(5-10個采樣點)時采用平均法處理數(shù)據(jù)，在采樣點數(shù)適中(11-50個采樣點)時采用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，在采樣點數(shù)較多(50個采樣點以上)時采用最大似然估計的方法處理數(shù)據(jù)，這樣可以排除測量過程中一些干擾和偶然因素的影響，相對于其他方法有效地提高了測量的精度和可行度。
本發(fā)明中蓄電池的放電時間短，且放電持續(xù)時間可控，對蓄電池的容量和性能幾乎沒有任何影響；蓄電池的放電電流為一個由小到大變化的電流，測量結(jié)果反應(yīng)的是蓄電池在不同的放電電流下的反應(yīng)出來的內(nèi)阻的綜合情況，因此結(jié)果具有較高的可信性。本發(fā)明可以應(yīng)用于所有需要對蓄電池內(nèi)阻進行離線、在線檢測、監(jiān)測的場合，如電力直流屏、電動汽車的蓄電池管理、海洋燈塔的蓄電池管理、電信中心和銀行的機房等需要蓄電池組作為備用電源等對蓄電池狀態(tài)十分關(guān)心的場合。
具體實施例方式
實施例1、放電及電壓電流信號的采集被測對象為12V，20Ah閥控鉛酸蓄電池。
控制開關(guān)S應(yīng)采用全控型電力電子開關(guān)器件，可以自由控制蓄電池放電的開始時刻與放電持續(xù)時間。為避免放電對蓄電池容量和壽命的影響，放電的最大電流不宜過大，同時放電持續(xù)時間也不宜過長，可在毫秒量級，如5ms。
電阻R不用人為設(shè)置，它為引線電阻、電感導(dǎo)線電阻及各種接觸電阻之和，實際電路中其大小一般為毫歐姆量級，取20毫歐。
放電電感L的大小為5mH的磁粉芯電感。
根據(jù)(2)式計算可知，放電結(jié)束時蓄電池的放電電流為11.9A，一次放電釋放的電量為0.0298庫侖，只占蓄電池總放電容量的4×10-7，因此對蓄電池的容量和性能沒有任何不利的影響。
采用高精度的AD轉(zhuǎn)換器以高速的采樣速率對放電電流i(t)、端電壓u(t)信號進行采樣。在5ms的時間內(nèi)，可以得到數(shù)百個時間點的數(shù)據(jù)。
2、數(shù)據(jù)的處理對于得到的數(shù)百點的數(shù)據(jù)，采用最小二乘法擬合出一條直線，計算得到直線的斜率為1.12×10-2，即被測蓄電池的內(nèi)阻為11.2毫歐。
相對于其他技術(shù)，本發(fā)明中蓄電池的放電時間短，且放電持續(xù)時間可控，對蓄電池的容量和性能幾乎沒有任何影響；不同于其他的測量方法只對蓄電池在1、2個不同的工作電流下進行測量，本發(fā)明中蓄電池的放電電流為一個由小到大變化的電流，測量結(jié)果反應(yīng)的是蓄電池在不同的放電電流下的反應(yīng)出來的內(nèi)阻的綜合情況，因此結(jié)果具有較高的可信性。
本發(fā)明可以應(yīng)用于所有需要對蓄電池內(nèi)阻進行離線、在線檢測、監(jiān)測的場合，如電力直流屏、電動汽車的蓄電池管理、海洋燈塔的蓄電池管理、電信中心和銀行的機房等需要蓄電池組作為備用電源等對蓄電池狀態(tài)十分關(guān)心的場合。
權(quán)利要求
1.一種通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法，其特征在于，包括以下步驟(1)放電及電壓電流信號的采集把電感L、電阻R和開關(guān)S串聯(lián)后并聯(lián)在蓄電池的兩端，t＝0時刻，開關(guān)S閉合，蓄電池通過S由L、R及蓄電池內(nèi)阻r進行放電，放電電流隨著時間的增長逐漸增大，同時，不斷地測量放電電流i(t)和蓄電池端電壓u(t)的瞬時值，得到一系列的[i(1)，u(1)]，[i(2)，u(2)]，…，[i(n)，u(n)]數(shù)據(jù)；(2)數(shù)據(jù)的處理對蓄電池的端電壓和放電電流這兩個電信號進行高速采樣測量，根據(jù)測量到的一系列的[i(k)，u(k)](k＝1，2，…，n)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合的方法，算出蓄電池內(nèi)阻r。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法，其特征是，所述的蓄電池端電壓與總的放電電流的關(guān)系為u＝E-r·i。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法，其特征是，所述的數(shù)據(jù)的處理，其方法是對得到的一系列數(shù)據(jù)，在5-10個采樣點時采用平均法處理數(shù)據(jù)，在11-50個采樣點時采用最小二乘法處理數(shù)據(jù)，在50個采樣點以上時采用最大似然估計的方法處理數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種通過電感放電檢測蓄電池內(nèi)阻的方法，屬于工業(yè)測控技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括以下步驟把電感L、電阻R和開關(guān)S串聯(lián)后并聯(lián)在蓄電池的兩端，t＝0時刻，開關(guān)S閉合，蓄電池通過S由L、R及蓄電池內(nèi)阻r進行放電，放電電流隨著時間的增長逐漸增大，同時，不斷地測量放電電流i(t)和蓄電池端電壓u(t)的瞬時值，得到一系列的[i(1)，u(1)]，[i(2)，u(2)]，…，[i(n)，u(n)]數(shù)據(jù)；(2)數(shù)據(jù)的處理對蓄電池的端電壓和放電電流這兩個電信號進行高速采樣測量，根據(jù)測量到的一系列的[i(k)，u(k)](k＝1，2，…，n)數(shù)據(jù)，采用曲線擬合的方法，算出蓄電池內(nèi)阻r。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)對蓄電池內(nèi)阻的在線監(jiān)測和離線測量。
文檔編號G01R31/36GK1727909SQ20051002821
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者凌志斌 申請人:上海交通大學(xué)