本發(fā)明涉及一種屬于電氣設備領域，具體涉及一種用于對變電站蓄電池組進行自動核容測試的智能電阻箱。

背景技術：

蓄電池組作為變電站備用電源在系統(tǒng)中起著極其重要的作用，在交流電失電或其他事故狀態(tài)下，蓄電池組是負荷的唯一能源供給者，一旦出現(xiàn)問題，供電系統(tǒng)將面臨癱瘓，造成設備停運及其他重大運行事故。蓄電池組正常處于浮充電狀態(tài)，長期浮充電將造成極板硫化、失水等，導致性能下降。蓄電池核容試驗是判斷蓄電池性能最準確、最權威的方法。運行規(guī)程規(guī)定：運行超過5年的直流蓄電池組需要每年進行一次核容放電測試，不滿5年的直流蓄電池組需要每2年進行一次核容放電測試。

目前，針對蓄電池核容放電測試的設備方案主要有基于純電阻放電技術和基于電力電子技術的電子負載放電技術?，F(xiàn)場應用結果表明，基于電力電子技術的電子負載放電技術方案雖具有人工參與度低，勞動強度低的優(yōu)點，但是由于高頻開關電子負載在放電過程中會產(chǎn)生諧波和尖峰，無法實現(xiàn)嚴格意義上的恒定直流放電；而傳統(tǒng)的基于純電阻放電技術則需要人工不斷調節(jié)回路電阻值才能維持恒定直流放電，人工參與度高，控制精度較差，但其最大的優(yōu)點就是放電過程中不存在諧波和電流尖峰，理論上的數(shù)據(jù)更可靠。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種人工參與度低、數(shù)據(jù)可靠且精度高的用于對蓄電池組進行核容測試的智能電阻箱。

為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是：

一種變電站蓄電池組核容用智能電阻箱，用于連接變電站內(nèi)的蓄電池組并對其進行核容測試，所述變電站蓄電池組核容用智能電阻箱包括能夠與所述蓄電池組相串聯(lián)而構成核容回路且接入阻值可調的可變電阻箱、在核容過程中檢測所述核容回路中的電流值的電流檢測單元、與所述電流檢測單元和所述可變電阻箱相連接且能夠在核容過程中根據(jù)所述核容回路中的電流值控制調整所述可變電阻箱的接入阻值并記錄核容過程中各項參數(shù)而計算所述蓄電池組容量的控制器以及電源模塊，所述電源模塊分別與所述控制器、所述電流檢測單元、所述可變電阻箱相連接并供電。

優(yōu)選的，所述可變電阻箱包括若干個串聯(lián)的電阻單元；每個電阻單元包括兩條并接的支路、與所述控制器相連接并在所述控制器輸出的控制信號的控制下選擇接入任一條所述支路的可控開關，一條所述支路中連接有電阻，另一條所述支路中包括導線。

優(yōu)選的，所述電阻單元分為兩組，一組所述電阻單元中采用阻值為整數(shù)且各不相同的電阻，另一組所述電阻單元中采用阻值為小于1的小數(shù)且各不相同的電阻。

優(yōu)選的，所述可控開關采用繼電器。

優(yōu)選的，每個所述電阻單元還包括與所述可控開關相連接并將所述控制器輸出的控制信號放大的控制電路。

優(yōu)選的，所述控制電路包括三極管Q1和二極管D1，所述三極管Q1的基極與所述控制器相連接，所述三極管Q1的發(fā)射極接地，所述電源模塊一路接至所述可控開關的正極，一路經(jīng)所述二極管D1接入所述可控開關的負極，所述三極管Q1的集電極與所述可控開關的負極相連接。

優(yōu)選的，所述電流檢測單元包括串聯(lián)于所述核容回路中的電流傳感器、連接于所述電流傳感器與所述控制器之間并與所述電流傳感器配合的輸出電路。

優(yōu)選的，所述輸出電路包括二極管D2、電容C1、電容C2、電容C3、電阻R1、電阻R2；

所述電源模塊與所述電流傳感器的電源端相連接，所述電流傳感器的電源端與地之間連接所述電容C1，所述電阻R1和所述二極管D2串聯(lián)并連接在所述電流傳感器的第一個輸出端與所述控制器之間，所述電流傳感器的第二個輸出端經(jīng)所述電容C2接地，所述電流傳感器的第三個輸出端接地，所述電阻R1和所述二極管D2的共同端經(jīng)所述電阻R2接地，所述二極管D2與所述控制器的共同端經(jīng)所述電容C3接地。

優(yōu)選的，所述控制器包括單片機及其外圍電路。

一種上述變電站蓄電池組核容用智能電阻箱采用的核容方法，包括以下步驟：

步驟一：將所述蓄電池與所述變電站蓄電池組核容用智能電阻箱連接而構成所述核容回路；所述控制器控制所述可變電阻箱調節(jié)其接入阻值為最大值，所述電流檢測單元測量所述核容回路的電流值，所述控制器根據(jù)所述可變電阻箱的接入阻值和所述核容回路中的電流值計算所述蓄電池組的端電壓；

步驟二：所述控制器根據(jù)所述蓄電池組當前的端電壓和核容測試所需的測試電流計算所述可變電阻箱當前所需的接入阻值；

步驟三：所述控制器控制所述可變電阻箱調節(jié)其接入阻值為計算出的當前所需的接入阻值，開始核容測試，所述控制器記錄所述蓄電池組的核容開始時刻，所述電流檢測單元實時檢測所述核容回路中的實際電流值，當所述核容回路中的實際電流值超出所述核容測試所需的測試電流的允許誤差范圍時，所述控制器重新根據(jù)此時所述核容回路中的實際電流值和所述可變電阻箱的接入阻值計算所述蓄電池組當前的端電壓；若計算出的所述蓄電池組當前的端電壓降低至所述蓄電池組的放電電壓下限，則核容測試結束，所述控制器記錄所述蓄電池組的核容結束時刻并進行步驟四，若計算出的所述蓄電池組當前的端電壓未降低至所述蓄電池組的放電電壓下限，則返回步驟二；

步驟四：所述控制器根據(jù)所述蓄電池組的核容開始時刻和核容結束時刻計算所述蓄電池組的累計放電時間，并根據(jù)所述蓄電池組的累計放電時間和所述核容回路中的實際電流值計算所述蓄電池組的容量。

由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點：本發(fā)明能夠自動化地調節(jié)核容回路中的接入阻值而對蓄電池組進行自動核容測試，測試全程人工參與度低，且電阻調節(jié)精確，使得測試結果也更加精確可靠。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明的智能電阻箱的拓撲結構圖。

附圖2為本發(fā)明的智能電阻箱中可變電阻箱的電路圖。

附圖3為本發(fā)明的智能電阻箱中控制電路的電路圖。

附圖4為本發(fā)明的智能電阻箱中電流檢測模塊的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖所示的實施例對本發(fā)明作進一步描述。

實施例一：

參見附圖1所示，一種變電站蓄電池組核容用智能電阻箱，它能夠與變電站內(nèi)的蓄電池組相連接。它包括接入阻值可調的可變電阻箱、電流檢測模塊、控制器以及電源模塊。控制器分別與電流檢測模塊和可變電阻箱相連接。電源模塊分別與控制器、電流檢測模塊、可變電阻箱相連接并供電。

控制器包括單片機及其外圍電路。變電站直流電源系統(tǒng)電壓等級一般為直流110V或直流220V，通常是由9節(jié)或18節(jié)蓄電池串聯(lián)組成，為了測量每節(jié)蓄電池的電壓及核容回路放電電流等參數(shù)，主控制器至少需要10或19個ADC采樣接口。本實施例中，單片機選用意法半導體公司的STM32F103ZET6單片機。STM32F103ZET6單片機是基于ARM Cortex內(nèi)核開發(fā)的，集成了32位數(shù)字信號處理核，芯片外圍支持21路16位ADC采樣通道，采樣頻率最高可達6MHz，同時片上集成了512K’B的Flash以及高達64K’B的SRAM，具有112路的可編程I/O。

在進行核容測試時，蓄電池組與可變電阻箱相串聯(lián)而構成核容回路。如附圖2所示，可變電阻箱包括若干個串聯(lián)的電阻單元，每個電阻單元包括兩條并接的支路、與控制器相連接并在控制器輸出的控制信號的控制下選擇接入任一條支路的可控開關K’；一條支路中連接有電阻，另一條支路中包括導線。其中，可控開關K’采用單刀雙擲的繼電器，本實施例中選擇施耐德公司的RXM2AB2BD 12A直流中間繼電器，用于實現(xiàn)電阻的投切?？刂破魍ㄟ^對可控開關K’的開閉進行控制而實現(xiàn)將不同的電阻接入核容回路中，并實現(xiàn)對接入阻值的調節(jié)。通常，可變電阻箱中的各個電阻單元分為兩組，一組電阻單元中采用阻值為整數(shù)且各不相同的電阻，另一組電阻單元中采用阻值為小于1的小數(shù)且各不相同的電阻。本實施例中，阻值為整數(shù)的電阻分別為1Ω、2Ω、4Ω、8Ω及10Ω的電阻，使得可變電阻箱所接入電阻的整數(shù)部分在0~25Ω的范圍變換；而阻值為小數(shù)的電阻分別為0.1Ω、0.2Ω、0.4Ω、0.8Ω的電阻，使得可變電阻箱所接入電阻的小數(shù)部分在0.0~0.9Ω的范圍變換。兩組電阻單元串聯(lián)，則可以實現(xiàn)可變電阻箱的接入阻值在0.0~25.9Ω之間變換?？紤]到單片機I/O一般輸出電流很小，無法驅動大電流繼電器，設計了與每個可控開關K’相連接的基于三極管的單片機繼電器控制電路，來將控制器輸出的控制信號放大。如附圖3所示，控制電路包括三極管Q1和二極管D1，三極管Q1的基極與控制器相連接，三極管Q1的發(fā)射極接地，電源模塊一路接至控制開關K’的正極，一路經(jīng)二極管D1接入控制開關K’的負極，三極管Q1的集電極與控制開關K’的負極相連接。

如附圖4所示，電流檢測模塊包括串聯(lián)于核容回路中的電流傳感器U1、連接于電流傳感器U1與控制器之間并與電流傳感器配合的輸出電路。電流傳感器采用ACS712線性電流傳感器芯片，該芯片內(nèi)置有精確的低偏置線性霍爾傳感器電路，能夠輸出與檢測的直流信號呈線性的電壓信號，具有噪聲低、反應時間快、高輸出靈敏度等特點，其輸入電流范圍為±5A~±20A，可以通過V_IN和V_OUT兩端口直接串聯(lián)在10A的電流放電回路中，實現(xiàn)電流實時監(jiān)測。輸出電路包括二極管D2、電容C1、電容C2、電容C3、電阻R1、電阻R2。電源模塊與電流傳感器U1的電源端相連接，電流傳感器U1的電源端與地之間連接電容C1，電阻R1和二極管D2串聯(lián)并連接在電流傳感器U1的第一個輸出端與控制器之間，電流傳感器U1的第二個輸出端經(jīng)電容C2接地，電流傳感器U1的第三個輸出端接地，電阻R1和二極管D2的共同端經(jīng)電阻R2接地，二極管D2的負極形成IO_OUT接口而與控制器通訊，二極管D2與控制器的共同端經(jīng)電容C3接地。

上述核容單元中，可變電阻箱用于調節(jié)接入核容回路的電阻值，電流檢測模塊用于檢測核容回路中的電流值，控制器則用于在核容過程中根據(jù)核容回路中的電流值控制調整可變電阻箱的接入阻值、記錄核容過程中各項參數(shù)而計算蓄電池組容量。

上述變電站蓄電池組核容用智能電阻箱采用的核容方法，包括以下步驟：

步驟一：將蓄電池與變電站蓄電池組核容用智能電阻箱連接而構成核容回路。控制器控制可變電阻箱調節(jié)其接入阻值為最大值R₀，電流檢測單元測量核容回路的電流值I₀，控制器根據(jù)可變電阻箱的接入阻值R₀和核容回路中的電流值I₀計算蓄電池組的端電壓U₀= I₀R₀。

步驟二：控制器根據(jù)蓄電池組當前的端電壓U_t和核容測試所需的測試電流值10A計算可變電阻箱當前所需的接入阻值R_t，R_t=U_t/10。在首次調整可變電阻箱的接入阻值時，U_t=U₀。

步驟三：控制器控制可變電阻箱調節(jié)其接入阻值為計算出的當前所需的接入阻值R_t，開始核容測試，控制器記錄蓄電池組的核容開始時刻，電流檢測單元實時檢測核容回路中的實際電流值I_t，當核容回路中的實際電流值I_t超出核容測試所需的測試電流10A的允許誤差范圍時，控制器重新根據(jù)此時核容回路中的實際電流值I_t和可變電阻箱的接入阻值R_t計算蓄電池組當前的端電壓U_t’；若計算出的蓄電池組當前的端電壓U_t’降低至蓄電池組的放電電壓下限U_N，則核容測試結束，控制器記錄蓄電池組的核容結束時刻并進行步驟四，若計算出的蓄電池組當前的端電壓U_t’未降低至蓄電池組的放電電壓下限U_N，則返回步驟二，此時，用于計算可變電阻箱當前所需的接入阻值R_t采用的蓄電池組當前的端電壓U_t=U_t’，

步驟四：控制器根據(jù)蓄電池組的核容開始時刻和核容結束時刻計算蓄電池組的累計放電時間，并根據(jù)蓄電池組的累計放電時間和核容回路中的實際電流值計算蓄電池組的容量。上述蓄電池組需要在累計10小時內(nèi)放電完畢。

以上在執(zhí)行步驟二中計算可變電阻箱當前所需的接入阻值R_t時，若計算出的接入阻值不能由可變電阻箱中的電阻實際串接得到，則需要對計算出的接入阻值進行整定，將其整定為能夠由可變電阻箱中的電阻實際串接得到的值。具體整定方法為：對于小數(shù)點后兩位的阻值的整定，采用四舍五入的處理方式，將其整定為小數(shù)點后具有一位的阻值。例如，理論計算出的可變電阻箱的接入阻值為10.46Ω，則實際采用可變電阻箱接入阻值10.5Ω；當理論計算可變電阻箱的接入阻值為10.43Ω時，則實際接入阻值采用10.4Ω。按上述投切策略可以實現(xiàn)電流值1%的精度，阻值調節(jié)范圍滿足實際工程需求。

上述智能電阻箱還可以設置電壓檢測模塊來檢測蓄電池組的端電壓以簡化計算流程。

上述實施例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。