專(zhuān)利名稱(chēng)：蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采用了蓄電池供電的電源設(shè)備，特別是涉及利用電源設(shè)備 自身工作性質(zhì)的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
蓄電池作為電源系統(tǒng)停電時(shí)的備用電源，己廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、 交通和通信等行業(yè)。如果電池失效或容量不足，就有可能造成重大事故， 所以必須對(duì)蓄電池的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行全面的在線監(jiān)測(cè)。蓄電池狀態(tài)的重要標(biāo) 志之一就是它的內(nèi)阻。無(wú)論是蓄電池即將失效、容量不足或是充放電不當(dāng)， 都能從它的內(nèi)阻變化中體現(xiàn)出來(lái)。因此可以通過(guò)測(cè)量蓄電池內(nèi)阻，對(duì)其工 作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。目前測(cè)量蓄電池內(nèi)阻的常見(jiàn)方法有
(1) 密度法
密度法主要通過(guò)測(cè)量蓄電池電解液的密度來(lái)估算蓄電池的內(nèi)阻，常用 于開(kāi)口式鉛酸電池的內(nèi)阻測(cè)量，不適合密封鉛酸蓄電池的內(nèi)阻測(cè)量。該方 法的適用范圍窄。
(2) 開(kāi)路電壓法
開(kāi)路電壓法是通過(guò)測(cè)量蓄電池的端電壓來(lái)估計(jì)蓄電池內(nèi)阻，精度很 差，甚至得出錯(cuò)誤結(jié)論。因?yàn)榧词挂粋€(gè)容量己經(jīng)變得很小的蓄電池，再浮 充狀態(tài)下其端電壓仍可能表現(xiàn)得很正常。
(3) 直流放電法
直流放電法就是通過(guò)對(duì)電池進(jìn)行瞬間大電流放電，測(cè)量電池上的瞬間 電壓降，通過(guò)歐姆定律計(jì)算出電池內(nèi)阻。目前這種方法已經(jīng)在實(shí)踐中得到 了廣泛的應(yīng)用， 一些主流廠家的電池在線監(jiān)側(cè)儀就是采用直流放電發(fā)進(jìn)行
電池內(nèi)阻的測(cè)試。直流放電法內(nèi)阻計(jì)算公式如下
其中，Il表示放電電流瞬時(shí)值，Ul表示對(duì)應(yīng)時(shí)刻的單體電池電壓，12 表示放電縛束瞬間的電流，U2表示對(duì)應(yīng)時(shí)刻的單體電池電壓。
(4) 交流注入法交流法是通過(guò)對(duì)蓄電池注入一個(gè)恒定的交流電流信號(hào)Is，測(cè)量出蓄電 池兩端的電壓響應(yīng)信號(hào)VO以及兩者的相位差e ，再由阻抗公式
來(lái)確定蓄電池的內(nèi)阻R。交流法注入電流的頻率一般選擇在100Hz到lKHz 之間。如圖1所示，根據(jù)電池內(nèi)阻的阻抗頻譜特性，在該頻率范圍內(nèi)可以 相對(duì)比較穩(wěn)定獲得電池組內(nèi)部的高頻電阻成分。目前也有一些廠家的電池 在線監(jiān)側(cè)儀及大多數(shù)手持式的便攜內(nèi)阻表采用的是這種方法。
由于密度法和開(kāi)路電壓法自身的局限性，很少有應(yīng)用在電池內(nèi)阻的在 線檢測(cè)中，目前電池內(nèi)阻在線檢測(cè)儀通常使用的都是直流放電法或交流注 入法。這兩種方法存在各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，就檢測(cè)精度及可信度而言，一 般理論上認(rèn)為直流法較交流法更好，原因如下
對(duì)蓄電池內(nèi)阻的分析通?？梢院?jiǎn)化成對(duì)圖2所示模型的分析，可以看 出，采用直流放電法，所計(jì)算到的電池內(nèi)阻包含R1和R2兩部分。而如果 采用交流注入法，由于注入的交流電流會(huì)被電池等效電容C旁路掉，只能 測(cè)得電池內(nèi)阻中R1的部分，即占電池內(nèi)阻約55%的高頻電阻成分。而占電 池內(nèi)阻約45。/。的R2部分無(wú)法測(cè)得。另外，直流法放電電流大，故可以得到 幾十毫伏到上百毫伏的電壓響應(yīng)，遠(yuǎn)大于交流法微伏級(jí)的電壓響應(yīng)，因此 信號(hào)檢測(cè)誤差較小，計(jì)算精度高。
但是直流放電法通常需要提供幾十安培的放電電流，因而放電電阻體 積大，功耗大，測(cè)試儀體積無(wú)法做小。并且這種大電流的放電測(cè)試也不能 頻繁進(jìn)行，所監(jiān)測(cè)的內(nèi)阻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性就不強(qiáng)。此外，大電流放電對(duì)蓄電池 本身也可能造成損害，影響蓄電池的容量及壽命。
相比而言，交流注入法不需對(duì)蓄電池進(jìn)行放電，只需要設(shè)計(jì)一個(gè)交流 信號(hào)發(fā)生器來(lái)給電池注入幾百毫安左右的交流電流。因此采用交流注入法 的在線電池內(nèi)阻測(cè)試儀通?？梢栽O(shè)計(jì)的比較小巧。但相比直流法，前文已 經(jīng)介紹過(guò)，交流法的在測(cè)試數(shù)據(jù)可信度及檢測(cè)精度方面還是存在明顯的不 足。
無(wú)論直流放電法還是交流注入法，它們有一個(gè)共同的特點(diǎn)，就是都需 要通過(guò)主動(dòng)的對(duì)在線運(yùn)行的電池組施加影響(比如逐節(jié)放電或逐節(jié)注入電 流信號(hào))，檢測(cè)蓄電池對(duì)該影響的響應(yīng)并據(jù)此來(lái)計(jì)算內(nèi)阻，其缺點(diǎn)如下
1、利用直流放電法或交流注入法的內(nèi)阻測(cè)試儀，通常要包含電池放電 負(fù)載單元，或者需要一個(gè)一定功率的交流信號(hào)源。此外，還需要一套復(fù)雜 的切換電路，使電池組中串聯(lián)的每節(jié)電池可以通過(guò)該切換電路被逐一接入
5到放電負(fù)載單元或交流信號(hào)源。
2、 采用直流放電或交流注入法進(jìn)行在線檢測(cè)，例如檢測(cè)圖3電池組中 單體電池BAT2的內(nèi)阻，則要內(nèi)阻檢測(cè)設(shè)備通過(guò)B、 C兩個(gè)連接點(diǎn)給電池放 電，或注入交流信號(hào)，并且同時(shí)要從B、 C兩點(diǎn)讀取電壓響應(yīng)來(lái)計(jì)算內(nèi)阻。 這樣測(cè)試電流會(huì)會(huì)流經(jīng)內(nèi)阻測(cè)試儀與電池間連接點(diǎn)，該連接點(diǎn)阻抗將被計(jì) 算入電池內(nèi)阻，對(duì)于毫歐級(jí)的電池內(nèi)阻而言，這種內(nèi)阻測(cè)試儀信號(hào)線的相 對(duì)較大的連接阻抗將嚴(yán)重影響內(nèi)阻測(cè)試精度。因此通常不得不將注入回路/ 放電通路和檢測(cè)回路分開(kāi)，即再增加一組內(nèi)阻儀與電池之間的連線，專(zhuān)門(mén) 注入信號(hào)或提供放電通路，再通過(guò)另一組連線專(zhuān)門(mén)檢測(cè)電壓響應(yīng)以排除連 接點(diǎn)阻抗的影響。這樣，其復(fù)雜程度的增加是顯而易見(jiàn)的。
3、 直流放電或交流注入法會(huì)對(duì)電池施加直流或交流電流，并檢測(cè)電池 的響應(yīng)來(lái)計(jì)算內(nèi)阻，實(shí)際上電源設(shè)備工作過(guò)程中已經(jīng)在實(shí)時(shí)的對(duì)電池注入 電流，無(wú)論是直流或交流。因此，采用直流放電或交流注入法，其采集到 的這種電壓響應(yīng)，包含的就不僅是對(duì)測(cè)試儀所主動(dòng)注入電流的響應(yīng)，它還 包含了對(duì)電源設(shè)備注入電流的響應(yīng)。如果不對(duì)其進(jìn)行區(qū)分，測(cè)試儀得出就 是錯(cuò)誤結(jié)果。舉例來(lái)說(shuō)對(duì)于UPS系統(tǒng)，采用直流放電法的測(cè)試儀在某一 時(shí)刻對(duì)電池組中的一節(jié)電池進(jìn)行50A放電來(lái)測(cè)算內(nèi)阻，但與此同時(shí)，UPS 的充電器可能正在以40A對(duì)該電池進(jìn)行充電，測(cè)試儀必須同時(shí)把充電電流 將造成的影響也考慮在內(nèi)才能準(zhǔn)確算出電池內(nèi)阻。同樣，對(duì)于采用交流注 入法的測(cè)試儀，某一時(shí)刻可能對(duì)電池組中的某節(jié)電池注入100HZ的500mA 的電流，對(duì)通常的UPS蓄電池而言，這種注入可能得到幾百微伏到1毫伏 的電壓響應(yīng)。而電源設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中對(duì)蓄電池注入的各種頻率交流電流的 電壓響應(yīng)可能達(dá)到幾百毫伏，內(nèi)阻測(cè)試儀必須在這幾百毫伏的背景電壓中 精確選擇出其注入電流對(duì)應(yīng)的微伏級(jí)的響應(yīng)，但這通常需要復(fù)雜的電路， 精度必然難以得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供檢測(cè)手段簡(jiǎn)單且 精度高的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法和裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟
Al.在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取通過(guò)蓄電池的紋波的設(shè)定頻
段電流信號(hào)，并計(jì)算其交流電流有效值；
Bl.在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取蓄電池中單體電池上響應(yīng)所
述紋波的設(shè)定頻段電壓信號(hào)，并計(jì)算其交流電壓有效值；Cl.利用所述交流電流有效值和所述交流電壓有效值計(jì)算所述單體 電池的內(nèi)阻。
優(yōu)選地，所述設(shè)定頻段為100Hz 300Hz，所述步驟C1包括將所述交 流電壓有效值除以所述交流電流有效值得到所述單體電池的內(nèi)阻。
優(yōu)選地，所述設(shè)定頻段為100Hz 1000Hz，所述步驟C1之前還包括檢 測(cè)所述電壓信號(hào)和所述電流信號(hào)的相位差的步驟，所述步驟Cl包括將 所述交流電壓有效值除以所述交流電流有效值并乘以所述相位差的余弦 得到所述單體電池的內(nèi)阻。
優(yōu)選地，所述步驟Al和Bl包括對(duì)所述紋波進(jìn)行濾波，保留所述設(shè) 定頻段的信號(hào)。
優(yōu)選地，所述步驟Al和Bl之前還包括調(diào)制產(chǎn)生含所述設(shè)定頻段的信 號(hào)的紋波的步驟。
所述交流電流信號(hào)幅值為1A 50A。
一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，用于電源設(shè)備工作過(guò)程中蓄電池 的內(nèi)阻檢測(cè)，其特征在于，包括以下步驟
A2.在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取蓄電池中單體電池上的設(shè) 定頻段電壓信號(hào)，并計(jì)算其交流電壓有效值；
B2.對(duì)比所得的各單體電池的交流電壓有效值，根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷 相關(guān)單體電池內(nèi)阻的大小。
一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括
電流信號(hào)獲取模塊，用于從通過(guò)蓄電池的紋波中獲取設(shè)定頻段電流信
號(hào)；
電壓信號(hào)獲取模塊，用于獲取蓄電池中單體電池上響應(yīng)所述紋波的設(shè) 定頻段電壓信號(hào)；
信號(hào)處理模塊，用于計(jì)算所述電流信號(hào)的交流電流有效值和所述電壓 信號(hào)的交流電壓有效值，并利用所述交流電流有效值和所述交流電壓有效 值計(jì)算所述單體電池的內(nèi)阻。
優(yōu)選地，所述信號(hào)處理模塊包括有效值轉(zhuǎn)換電路和處理單元，所述有 效值轉(zhuǎn)換電路用于對(duì)交流波形進(jìn)行有效值計(jì)算并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再送至 所述處理單元。
優(yōu)選地，所述信號(hào)處理模塊還包括設(shè)置在所述有效值轉(zhuǎn)換電路和所述 處理單元之間的信號(hào)放大電路。優(yōu)選地，所述信號(hào)處理模塊包括用于檢測(cè)所述電壓信號(hào)和所述電流信 號(hào)相位差的相差檢測(cè)電路。
優(yōu)選地，所述電流信號(hào)獲取模塊和\或所述電壓信號(hào)獲取模塊包括用 于濾除干擾的濾波電路。
優(yōu)選地，還包括信號(hào)調(diào)制模塊，用于在蓄電池的浮充信號(hào)上疊加含所 述設(shè)定頻段的信號(hào)的紋波。
優(yōu)選地，還包括中央監(jiān)控模塊，用于存儲(chǔ)、分析來(lái)自所述信號(hào)處理模 塊的處理數(shù)據(jù)，并提供告警、數(shù)據(jù)輸出以及數(shù)據(jù)顯示的手段。
本發(fā)明有益的技術(shù)效果是
本發(fā)明直接利用電源設(shè)備工作過(guò)程中作用到蓄電池上的紋波成分，即 在蓄電池在儲(chǔ)能充電或工作放電時(shí)，獲取通過(guò)蓄電池的紋波中設(shè)定頻段的 電流信號(hào)和各單體電池上的電壓信號(hào)，然后根據(jù)該電流信號(hào)和電壓信號(hào)計(jì) 算出各電池內(nèi)阻，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池交流內(nèi)阻數(shù)據(jù)的在線實(shí)時(shí)檢測(cè)。通過(guò) 實(shí)時(shí)采集蓄電池交流內(nèi)阻數(shù)據(jù)，可以相對(duì)全面地監(jiān)控蓄電池中各單體電池 內(nèi)阻狀態(tài)的變化趨勢(shì)以及評(píng)判電池性能的好壞，從而達(dá)到最佳的電池監(jiān)控 效果。相比現(xiàn)有的交流注入法的內(nèi)阻檢測(cè)方法，本發(fā)明不需要由內(nèi)阻檢測(cè) 儀器對(duì)蓄電池施加任何影響，而是利用電源設(shè)備自身工作特性，只通過(guò)檢 測(cè)由工作所帶來(lái)的信號(hào)即可精確計(jì)算出電池內(nèi)阻，它具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)
1、 本發(fā)明不需要設(shè)置傳統(tǒng)交流注入法通常需要的交流信號(hào)源以及 配套使用的復(fù)雜的切換電路，從而大大降低了在線檢測(cè)設(shè)備的復(fù)雜程度， 提高了設(shè)備可靠性并縮小了設(shè)備體積。
2、 本發(fā)明所利用的交流測(cè)試電流由電源設(shè)備本身產(chǎn)生，它不流經(jīng)內(nèi) 阻測(cè)試設(shè)備與電池之間的信號(hào)線，因此對(duì)測(cè)試結(jié)果不會(huì)造成影響，這也避 免大幅度增加檢測(cè)設(shè)備的復(fù)雜程度。具體來(lái)說(shuō)，由于本發(fā)明不需要內(nèi)阻檢 測(cè)設(shè)備向蓄電池注入測(cè)試用的交流信號(hào)，因而不會(huì)發(fā)生由于測(cè)試電流流經(jīng) 內(nèi)阻檢測(cè)設(shè)備與電池間的連接點(diǎn)，使得該連接點(diǎn)阻抗被計(jì)入電池內(nèi)阻，導(dǎo) 致嚴(yán)重影響內(nèi)阻測(cè)試精度的問(wèn)題，從而，也不需要為了解決這一問(wèn)題而將 注入回路和檢測(cè)回路分開(kāi)，即通過(guò)一組內(nèi)阻儀與電池之間的連線用于專(zhuān)門(mén) 注入信號(hào)，再通過(guò)另一組連線專(zhuān)門(mén)檢測(cè)電壓響應(yīng)來(lái)排除連接點(diǎn)阻抗的影響。
3、 本發(fā)明利用電源設(shè)備實(shí)際工作過(guò)程中對(duì)蓄電池注入的交流紋波 進(jìn)行內(nèi)阻檢測(cè)，因此，其采集到的電壓響應(yīng)，就是蓄電池對(duì)電源設(shè)備實(shí)時(shí) 注入電流的電壓響應(yīng)，不需要區(qū)分是對(duì)測(cè)試信號(hào)的響應(yīng)還是對(duì)電源設(shè)備運(yùn)
8行過(guò)程中對(duì)蓄電池注入的各種頻率交流電流的響應(yīng)，例如，內(nèi)阻測(cè)試設(shè)備 不用在幾百毫伏的背景電壓中精確選擇出其注入電流對(duì)應(yīng)的微伏級(jí)的響 應(yīng)，因此，本發(fā)明不需要設(shè)置復(fù)雜的相關(guān)檢測(cè)電路。由于本發(fā)明是基于電 源設(shè)備自身工作性質(zhì)的內(nèi)阻檢測(cè)，其完全不受電源設(shè)備的對(duì)蓄電池注入信 號(hào)的干擾，而是直接利用了這個(gè)"干擾"，將壞事情變成好事情，甚至可能
"干擾"越強(qiáng)烈，測(cè)試精度越高。


圖l為蓄電池阻抗譜圖2為蓄電池內(nèi)阻的簡(jiǎn)化模型圖3展示了注入回路和檢測(cè)回路結(jié)合在一起的內(nèi)阻檢測(cè)設(shè)備； 圖4展示了蓄電池組在電源設(shè)備中的常見(jiàn)連接；
圖5展示了本發(fā)明一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法實(shí)施例的流程； 圖6展示了本發(fā)明另一種檢測(cè)方法實(shí)施例的流程； 圖7為本發(fā)明一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。 本發(fā)明的特征及優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)實(shí)施例結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用蓄電池的電源設(shè)備，例如UPS (不間斷電源)、通信電 源、電力操作電源等，蓄電池通常會(huì)按例如圖4所示的方式與電源系統(tǒng)連 接。 一方面，蓄電池要與作為充電器的功率變換器連接，進(jìn)行儲(chǔ)能充電， 另一方面，其又要與實(shí)現(xiàn)能量輸出的功率變換器進(jìn)行連接，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候 將電池的儲(chǔ)能通過(guò)功率變換釋放出去。處于在線運(yùn)行的電源系統(tǒng)中的電池 組，大多數(shù)時(shí)間處于充電或浮充狀態(tài)，另外少部分時(shí)間則處于放電狀態(tài)。
在電源設(shè)備中作為充電器的功率變換器，其通常為AC/DC(交流/直流) 或DC/DC (直流/直流)變換器，常見(jiàn)為工頻整流電源或高頻開(kāi)關(guān)電源，變 換器的輸出通過(guò)電容濾波后獲得直流充電電壓并作用到蓄電池上。然而， 基于工頻整流電源或高頻開(kāi)關(guān)電源的工作原理，這種直流充電電壓上仍然 會(huì)疊加有一定的交流紋波電壓成分。而作為電源設(shè)備功率輸出方的變換器， 基于通常的工作原理，它從輸入部分或電池部分吸取的直流電流成分中也 會(huì)包含一定的交流紋波電流成分。于是，功率變換器工作過(guò)程中形成的交 流波動(dòng)作用到與之連接的蓄電池組上，就實(shí)際形成了對(duì)蓄電池組的持續(xù)的 交流電流注入，并在蓄電池端口形成交流響應(yīng)電壓。本發(fā)明蓄電池內(nèi)阻在 線交流檢測(cè)方法就是基于利用了電源設(shè)備上述自身工作特性的原理實(shí)現(xiàn)
9的。
如圖5所示，在一種實(shí)施例中，蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法包括以 下步驟
檢測(cè)電源設(shè)備中電池組充電或放電電流中的交流電流；
逐節(jié)檢測(cè)電池組中單節(jié)電池電壓中的交流電壓；
通過(guò)濾波，從該交流電流提取的有效頻段電流信號(hào)，從該交流電壓提 取的有效頻段電壓信號(hào)，該有效頻段是預(yù)先設(shè)定的能根據(jù)其有效計(jì)算出單
體電池交流內(nèi)阻的信號(hào)頻段；
分別計(jì)算有效頻段電流信號(hào)的交流電流有效值和有效頻段電壓信號(hào) 的交流電壓有效值；
檢測(cè)有效頻段電壓信號(hào)和有效頻段電流信號(hào)的相位差，并計(jì)算出相位 差(即移相角)的余弦；
將交流電壓有效值除以交流電流有效值，再乘以相位差的余弦，得到 相應(yīng)的單體電池的內(nèi)阻。
注入蓄電池組的交流電流，其大小和頻率與電源系統(tǒng)功率變換器工作 原理和工作狀態(tài)密切相關(guān)，對(duì)于很多電源系統(tǒng)，其輸入或輸出可能與50Hz 交流電網(wǎng)相關(guān)，在其交流紋波成分中往往可以發(fā)現(xiàn)比較豐富的50Hz的倍頻 成分，如100Hz、 150Hz或300Hz等，另外的，則可能是功率變換器開(kāi)關(guān)頻 率相關(guān)的更高頻成分。優(yōu)選檢測(cè)出電源設(shè)備頻率在100Hz lKHz之間的注 入電池的交流電流及電池端口的交流電壓響應(yīng)，通過(guò)上述步驟可以準(zhǔn)確測(cè) 試出電池內(nèi)阻。
另一種實(shí)施例中，優(yōu)選獲取有效頻段為100Hz 300Hz的交流信號(hào)， 計(jì)算出相應(yīng)的交流電壓有效值和交流電流有效值，再將交流電壓有效值除 以交流電流有效值可得到相應(yīng)的單體電池的內(nèi)阻。實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，注入諧波頻 率在100Hz 300Hz之間的頻率范圍時(shí)移相很小，直接計(jì)算的數(shù)據(jù)精度已可 以基本滿(mǎn)足精度需求，因此可以省去關(guān)于相移檢測(cè)的步驟及余弦修正參數(shù) 的計(jì)算步驟，使內(nèi)阻的檢測(cè)更加簡(jiǎn)便。
由于電源設(shè)備所產(chǎn)生的紋波注入頻譜成分相對(duì)復(fù)雜和存在不確定性， 優(yōu)選的實(shí)施例中，在檢測(cè)部分增加濾波電路，比如低通或帶通濾波器，或 者采用選頻電路只選定某一頻率的紋波成分，從而改善測(cè)試結(jié)果的精度和 一致性。
在電源設(shè)備中所產(chǎn)生的紋波注入，無(wú)論頻率和幅度，在不同工況下可能差異很大，造成內(nèi)阻測(cè)試結(jié)果可能存在差別。優(yōu)選的實(shí)施例中，增加相
關(guān)邏輯，例如規(guī)定只在測(cè)得的紋波頻率處于100Hz 500Hz之間，或紋波電 流幅度處于1A 50A之間件的前提下進(jìn)行內(nèi)阻計(jì)算，以改善測(cè)試結(jié)果的一 致性。
另一些的實(shí)施例中，在檢測(cè)電流和電壓信號(hào)之前，還包括調(diào)制產(chǎn)生含
設(shè)定頻段的信號(hào)的紋波的步驟。根據(jù)本發(fā)明，如果電源設(shè)備對(duì)蓄電池在合
適的頻率范圍內(nèi)沒(méi)有紋波電流注入成分，則可以在充電控制電路上增加一
個(gè)調(diào)制電路，使蓄電池的浮充電壓上疊加上微小的交流成分，就可以達(dá)到
利用交流法在線檢測(cè)蓄電池內(nèi)阻的目的。
以一臺(tái)120KVA三進(jìn)三出雙變換在線式UPS作為實(shí)例，蓄電池直接掛
接在UPS的母線上，其功率輸入部分為三相半橋可控硅整流器，它為逆變 器提供能量并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，UPS的功率輸出部分為三相半橋逆變器， 它從整流器或電池汲取電流提供交流50Hz的輸出。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在線運(yùn) 行過(guò)程的各種工況下，UPS會(huì)對(duì)蓄電池注入100Hz 300Hz的有效值始終超 過(guò)1A的交流電流成分，根據(jù)上述實(shí)施例，可實(shí)時(shí)得到交流狀態(tài)下蓄電池中 單體電池的內(nèi)阻。
在另一方面，本發(fā)明還提供了另一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法， 用于電源設(shè)備工作過(guò)程中蓄電池的內(nèi)阻檢測(cè)，其一種實(shí)施例包括以下步驟
在蓄電池儲(chǔ)能充電時(shí)或工作放電時(shí)，獲取蓄電池中單體電池上的設(shè)定 頻段電壓信號(hào)，并計(jì)算其交流電壓有效值；
對(duì)比所得的各單體電池的交流電壓有效值；
根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷相關(guān)單體電池內(nèi)阻的大小。
根據(jù)此方法，可以省略電池紋波電流的檢測(cè)電路，只檢測(cè)電池紋波電 壓，通過(guò)對(duì)比各電池的紋波電壓來(lái)提供一個(gè)電池內(nèi)阻高低的對(duì)比表而非內(nèi) 阻絕對(duì)值，這種方法提供的結(jié)果可以滿(mǎn)足一部分用戶(hù)的實(shí)際需求。此方法 采用的檢測(cè)電路更簡(jiǎn)單，省掉了昂貴的電流傳感器，因而大大降低了成本。
在又一方面，本發(fā)明還提供了一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)， 一種 實(shí)施例的檢測(cè)系統(tǒng)包括電流信號(hào)獲取模塊、電壓信號(hào)獲取模塊和信號(hào)處理 模塊。其中，電流信號(hào)獲取模塊用于從通過(guò)蓄電池的紋波中獲取設(shè)定頻段 電流信，電壓信號(hào)獲取模塊用于獲取蓄電池中單體電池上的設(shè)定頻段電壓 信號(hào)，信號(hào)處理模塊用于計(jì)算電流信號(hào)的交流電流有效值和電壓信號(hào)的交 流電壓有效值，并利用交流電流有效值和交流電壓有效值計(jì)算單體電池的內(nèi)阻。
一些實(shí)施例中，電壓信號(hào)獲取模塊包括選擇輸出多路單體電池電壓信
號(hào)的選通電路，例如固態(tài)繼電器陣列，其選通信號(hào)可來(lái)自CPLD (復(fù)雜可編 程邏輯器件)、DSP (數(shù)字信號(hào)處理器)或單片機(jī)發(fā)出的二進(jìn)制地址信號(hào)， 通過(guò)譯碼生成選通信號(hào)后送至選通電路。
一些實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊包括有效值轉(zhuǎn)換電路和處理單元。有效 值轉(zhuǎn)換電路對(duì)交流波形進(jìn)行有效值計(jì)算并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再將直流信號(hào) 送至處理單元進(jìn)行處理。處理單元可采用DSP或單片機(jī)。優(yōu)選在所測(cè)交流 信號(hào)的頻段為100Hz 300Hz的情形下，有效值轉(zhuǎn)換電路將交流波形轉(zhuǎn)換 為直流信號(hào)，處理單元根據(jù)該直流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，將交流電壓有效值除以 交流電流有效值即得到相應(yīng)的單體電池的內(nèi)阻。
一些實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊包括相差檢測(cè)電路，相差檢測(cè)電路檢測(cè) 電壓信號(hào)和電流信號(hào)的相位差，并提供給處理單元。處理單元將交流電壓 有效值除以交流電流有效值，再乘以相位差的余弦，即進(jìn)行移相角余弦修 正計(jì)算后，得到相應(yīng)的單體電池的內(nèi)阻。
優(yōu)選的實(shí)施例中，信號(hào)處理模塊還包括設(shè)置在有效值轉(zhuǎn)換電路和處理 單元之間的信號(hào)放大電路，信號(hào)放大電路對(duì)所得直流信號(hào)進(jìn)行放大處理。
優(yōu)選的實(shí)施例中，還設(shè)置了用于濾除信號(hào)干擾的濾波電路，例如差模、 共模濾波電路。
另一些實(shí)施例中，還包括信號(hào)調(diào)制模塊，信號(hào)調(diào)制模塊優(yōu)選包括設(shè)置 在充電控制電路上的調(diào)制電路，其可在蓄電池的浮充信號(hào)上疊加含設(shè)定頻 段的信號(hào)的紋波。
一些優(yōu)選的實(shí)施例中，還包括中央監(jiān)控模塊，其通過(guò)如RS485總線與 信號(hào)處理模塊連接，中央監(jiān)控模塊可存儲(chǔ)、分析來(lái)自信號(hào)處理模塊的處理 數(shù)據(jù)，還可包括進(jìn)行告警、輸出數(shù)據(jù)以及顯示數(shù)據(jù)的手段。例如，通過(guò)長(zhǎng) 期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，實(shí)現(xiàn)定期的自動(dòng)數(shù)據(jù)記錄、歷史告警記錄以及根據(jù)告 警觸發(fā)的數(shù)據(jù)記錄。利用這些數(shù)據(jù)能夠方便的實(shí)現(xiàn)對(duì)電池失效問(wèn)題的追溯， 或者可以方便維護(hù)人員根據(jù)歷史數(shù)據(jù)分析判斷電池性能走勢(shì)。又例如，通 過(guò)USB (通用串行接口)或RS232接口可以導(dǎo)出電池?cái)?shù)據(jù)或歷史記錄，通 過(guò)RS485總線或S麗P卡可以實(shí)現(xiàn)與后臺(tái)通訊。又例如，還具備LCD顯示和 操作菜單，可對(duì)上傳的數(shù)據(jù)提供圖形化顯示。
本發(fā)明利用電源設(shè)備自身工作性質(zhì)，通過(guò)實(shí)時(shí)采集交流內(nèi)阻數(shù)據(jù)，可以相對(duì)全面地監(jiān)控電池組中內(nèi)阻狀態(tài)的變化趨勢(shì)以及評(píng)判電池性能的好 壞，從而達(dá)到最佳的電池監(jiān)控效果。
本發(fā)明可適于各種配套特定的電源設(shè)備應(yīng)用。在明確電源設(shè)備滿(mǎn)足相 應(yīng)的測(cè)試條件的前提下，根據(jù)本發(fā)明可以簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)出專(zhuān)用的配套內(nèi)阻測(cè) 試儀。實(shí)際上，對(duì)所有充電電壓中包含交流紋波的設(shè)備，本發(fā)明的交流法 內(nèi)阻檢測(cè)都可以適用，而通常的由整流器、開(kāi)關(guān)電源構(gòu)成的充電器通常都 會(huì)在對(duì)電池充電過(guò)程中產(chǎn)生可以用于內(nèi)阻測(cè)試的紋波。而蓄電池通過(guò)開(kāi)關(guān) 電源、逆變器等進(jìn)行放電的過(guò)程，也通常會(huì)產(chǎn)生可以進(jìn)行內(nèi)阻測(cè)試的紋波， 因此UPS、通訊電源、電力電源等都符合這個(gè)范疇，都可以使用本發(fā)明實(shí) 現(xiàn)蓄電池內(nèi)阻檢測(cè)。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說(shuō)明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若 干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1. 一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟A1. 在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取通過(guò)蓄電池的紋波的設(shè)定頻段電流信號(hào)，并計(jì)算其交流電流有效值；B1. 在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取蓄電池中單體電池上響應(yīng)所述紋波的設(shè)定頻段電壓信號(hào)，并計(jì)算其交流電壓有效值；C1. 利用所述交流電流有效值和所述交流電壓有效值計(jì)算所述單體電池的內(nèi)阻。
2. 如權(quán)利要求1所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，其特征在于， 所述設(shè)定頻段為100Hz 300Hz，所述步驟Cl包括將所述交流電壓有效 值除以所述交流電流有效值得到所述單體電池的內(nèi)阻。
3. 如權(quán)利要求1所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，其特征在于， 所述設(shè)定頻段為100Hz 1000Hz，所述步驟C1之前還包括檢測(cè)所述電壓信 號(hào)和所述電流信號(hào)的相位差的步驟，所述步驟Cl包括將所述交流電壓 有效值除以所述交流電流有效值并乘以所述相位差的余弦得到所述單體 電池的內(nèi)阻。
4. 如權(quán)利要求1所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，其特征在于， 所述步驟A1和B1包括對(duì)所述紋波進(jìn)行濾波，保留所述設(shè)定頻段的信號(hào)。
5. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法， 其特征在于，所述步驟Al和Bl之前還包括調(diào)制產(chǎn)生含所述設(shè)定頻段的信 號(hào)的紋波的步驟。
6. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法， 所述電流信號(hào)幅值為1A 50A。
7. —種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟 A2.在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取蓄電池中單體電池上的設(shè)定頻段電壓信號(hào)，并計(jì)算其交流電壓有效值；B2.對(duì)比所得的單體電池的交流電壓有效值，根據(jù)對(duì)比結(jié)果判斷相 關(guān)單體電池內(nèi)阻的大小。
8. —種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)，用于電源設(shè)備工作過(guò)程中蓄電池的內(nèi)阻檢測(cè)，其特征在于，包括電流信號(hào)獲取模塊，用于從通過(guò)蓄電池的紋波中獲取設(shè)定頻段電流信號(hào)；電壓信號(hào)獲取模塊，用于獲取蓄電池中單體電池上響應(yīng)所述紋波的設(shè) 定頻段電壓信號(hào)；和信號(hào)處理模塊，用于計(jì)算所述電流信號(hào)的交流電流有效值和所述電壓 信號(hào)的交流電壓有效值，并利用所述交流電流有效值和所述交流電壓有效 值計(jì)算所述單體電池的內(nèi)阻。
9. 如權(quán)利要求8所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號(hào)處理模塊包括有效值轉(zhuǎn)換電路和處理單元，所述有效值轉(zhuǎn)換電路 用于對(duì)交流波形進(jìn)行有效值計(jì)算并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，再送至所述處理單 元。
10. 如權(quán)利要求9所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號(hào)處理模塊還包括設(shè)置在所述有效值轉(zhuǎn)換電路和所述處理單元之 間的信號(hào)放大電路。
11. 如權(quán)利要求8所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于， 所述信號(hào)處理模塊包括用于檢測(cè)所述電壓信號(hào)和所述電流信號(hào)相位差的 相差檢測(cè)電路。
12. 如權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)， 其特征在于，所述電流信號(hào)獲取模塊和\或所述電壓信號(hào)獲取模塊包括用 于濾除干擾的濾波電路。
13. 如權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)， 其特征在于，還包括信號(hào)調(diào)制模塊，用于在蓄電池的浮充信號(hào)上疊加含所 述設(shè)定頻段的信號(hào)的紋波。
14. 如權(quán)利要求8至10任一項(xiàng)所述的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)， 其特征在于，還包括中央監(jiān)控模塊，用于存儲(chǔ)、分析來(lái)自所述信號(hào)處理模 塊的處理數(shù)據(jù)，并提供告警、數(shù)據(jù)輸出以及數(shù)據(jù)顯示的手段。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法，包括以下步驟在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取通過(guò)蓄電池的紋波的設(shè)定頻段電流信號(hào)，并計(jì)算其交流電流有效值；在儲(chǔ)能充電時(shí)或在工作放電時(shí)，獲取蓄電池中單體電池上響應(yīng)所述紋波的設(shè)定頻段電壓信號(hào)，并計(jì)算其交流電壓有效值；利用交流電流有效值和交流電壓有效值計(jì)算單體電池的內(nèi)阻。還揭示了采用該交流檢測(cè)方法的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)系統(tǒng)。利用電源設(shè)備自身工作性質(zhì)，本發(fā)明提供檢測(cè)手段簡(jiǎn)單且檢測(cè)精度高的蓄電池內(nèi)阻在線交流檢測(cè)方法和裝置。
文檔編號(hào)G01R31/36GK101477179SQ200910105008
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2009年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月15日
發(fā)明者勇 楊, 龍 趙, 黃杰標(biāo) 申請(qǐng)人:艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司