一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法，該裝置包括一恒流放電單元及多個(gè)電池檢測(cè)單元，其中：多個(gè)電池通過(guò)電池間的連接線依次串聯(lián)連接在恒流放電單元的兩個(gè)端子之間，且每一電池檢測(cè)單元通過(guò)電流測(cè)試線和電壓測(cè)試線對(duì)應(yīng)連接在每一電池的兩端以獲取該電池的性能參數(shù)，并將所述性能參數(shù)發(fā)送給恒流放電單元；恒流放電單元用于以恒定的直流電流對(duì)充滿(mǎn)電的多個(gè)電池進(jìn)行恒流放電，同時(shí)接收由每一電池檢測(cè)單元發(fā)送的與其對(duì)應(yīng)的電池的包括極化電容的性能參數(shù)，并根據(jù)該電池極化電容變化率-時(shí)間曲線預(yù)估電池的實(shí)際容量。實(shí)施本發(fā)明的有益效果是，可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地估算每一電池的實(shí)際容量，顯著縮短了測(cè)試時(shí)間，提高了工作效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)變電站操作電源、通信基站電源、機(jī)房UPS，以及儲(chǔ)能電站、光伏電站、通訊基站、電動(dòng)汽車(chē)，都大量使用蓄電池作為工作電源或后備電源系統(tǒng)。但蓄電池在使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，隨著蓄電池的老化，蓄電池的實(shí)際容量會(huì)越來(lái)越小，直接危及供電系統(tǒng)的安全，為確保電源系統(tǒng)安全可靠，實(shí)時(shí)掌握蓄電池實(shí)際容量尤為必要。
[0003]目前，蓄電池容量預(yù)估主要有以下兩種方法:
[0004]I)恒流放電法:將電池充滿(mǎn)電后，采用專(zhuān)用設(shè)備對(duì)蓄電池進(jìn)行恒流放電，放電過(guò)程中監(jiān)測(cè)電池電壓，當(dāng)電壓到截止電壓時(shí)，停止放電，則:
[0005]蓄電池容量=放電電流X放電時(shí)長(zhǎng)。
[0006]通常放電電流的數(shù)值為蓄電池額定容量的1/10，例如額定容量為300Ah的蓄電池，其放電電流為30A ;額定電流為500Ah的蓄電池，放電電流為50A。對(duì)于電壓等級(jí)為2V的鉛酸電池，其截止電壓為1.8V ;電壓等級(jí)為12V的鉛酸電池，其截止電壓為10.8V。
[0007]2)電池內(nèi)阻法:對(duì)充滿(mǎn)電的蓄電池，采用專(zhuān)用設(shè)備測(cè)試蓄電池的內(nèi)阻，根據(jù)電池內(nèi)阻與容量的關(guān)系，預(yù)估蓄電池的容量。而隨著蓄電池的老化，蓄電池內(nèi)阻也會(huì)變大，但在電池老化的前期，內(nèi)阻變化不大，甚至沒(méi)有變化，在電池老化的后期，內(nèi)阻才會(huì)明顯變大。電力系統(tǒng)規(guī)定，電池容量低于80%是不合格的電池，因而內(nèi)阻明顯偏大的電池，其容量一定不合格，而內(nèi)阻正常的電池，容量卻不一定合格。
[0008]但上述兩電池容量預(yù)估方法存在如下缺陷:1)采用恒流放電法測(cè)試蓄電池容量雖然比較準(zhǔn)確，但測(cè)試過(guò)程復(fù)雜、成本高、時(shí)間長(zhǎng)，一般很少采用，例如電力變電站蓄電池放電試驗(yàn)，準(zhǔn)備時(shí)間+放電時(shí)間+恢復(fù)時(shí)間+充電時(shí)間，一般需要20小時(shí)以上；2)采用電池內(nèi)阻法預(yù)估蓄電池容量，雖然較簡(jiǎn)單快捷，但誤差很大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述預(yù)估蓄電池容量要么時(shí)間長(zhǎng)、成本高，要么誤差大的缺陷，提供一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，所述蓄電池包括多個(gè)電池，該裝置包括一恒流放電單元及多個(gè)電池檢測(cè)單元，其中:所述多個(gè)電池通過(guò)電池間的連接線依次串聯(lián)連接在所述恒流放電單元的兩個(gè)端子之間，且每一電池檢測(cè)單元通過(guò)電流測(cè)試線和電壓測(cè)試線對(duì)應(yīng)連接在每一電池的兩端以獲取該電池的性能參數(shù)，并將所述性能參數(shù)發(fā)送給所述恒流放電單元；
[0011]所述恒流放電單元用于以恒定的直流電流對(duì)充滿(mǎn)電的所述多個(gè)電池進(jìn)行恒流放電，并接收由每一電池檢測(cè)單元發(fā)送的對(duì)應(yīng)電池的性能參數(shù)；所述電池的性能參數(shù)包括該電池的極化電容,所述恒流放電單元記錄每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，并根據(jù)如下公式預(yù)估所述電池的實(shí)際容量；
[0012]Q = 2*I*tl ;
[0013]其中:Q為預(yù)估的該電池的實(shí)際容量；1為由所述恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，tl為所述電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)。
[0014]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，所述每一電池檢測(cè)單元包括一通過(guò)電流測(cè)試線連接在對(duì)應(yīng)電池兩端的內(nèi)部放電單元以及與所述內(nèi)部放電單元連接的控制單元，所述控制單元用于控制所述內(nèi)部放電單元產(chǎn)生不同頻率的放電電流信號(hào)，并采集不同頻率下對(duì)應(yīng)的放電電流信號(hào)和電壓信號(hào)以獲取所述電池的性能參數(shù)。
[0015]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，所述內(nèi)部放電單元包括開(kāi)關(guān)管、分流器以及限流電阻，其中:所述分流器的一端與所述電池的正極連接，所述分流器的另一端與所述開(kāi)關(guān)管的漏極連接；所述限流電阻的一端與所述電池的負(fù)極連接，所述限流電阻的另一端與所述開(kāi)關(guān)管的源極連接，所述開(kāi)關(guān)管的柵極與所述控制單元連接。
[0016]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，每一所述電池檢測(cè)單元還包括連接在所述控制單元和所述開(kāi)關(guān)管的柵極之間的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將控制單元輸出的不同頻率的正弦波或方波、三角波數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并發(fā)送至所述開(kāi)關(guān)管的柵極，以產(chǎn)生不同頻率的正弦波或方波、三角波放電電流信號(hào)。
[0017]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，每一所述電池檢測(cè)單元還包括第一運(yùn)算放大器、第一帶通濾波器以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中:所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述開(kāi)關(guān)管漏極和分流器的連接點(diǎn)連接，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述分流器和電池正極的連接點(diǎn)連接，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端依次與所述第一帶通濾波器和所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出端與所述控制單元連接。
[0018]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，每一所述電池檢測(cè)單元還包括連接在所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端和所述分流器與開(kāi)關(guān)管漏極的連接點(diǎn)之間的第一電流耦合電容以及連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述分流器與電池正極的連接點(diǎn)之間的第二電流耦合電容。
[0019]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，每一所述電池檢測(cè)單元還包括第二運(yùn)算放大器、第二帶通濾波器以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中:所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端通過(guò)電壓測(cè)試線與所述電池正極連接，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)電壓測(cè)試線與所述電池負(fù)極連接，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端依次與所述第二帶通濾波器和所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出端與所述控制單元連接，所述控制單元還用于控制所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率。
[0020]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置中，所述每一電池檢測(cè)單元還包括連接在所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端和所述電池正極之間的第一電壓耦合電容以及連接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述電池負(fù)極之間的第二電壓耦合電容。
[0021]還提供一種快速預(yù)估蓄電池容量的方法，所述方法包括:
[0022]S1:以恒定的直流電流對(duì)已充滿(mǎn)電的多個(gè)電池進(jìn)行恒流放電；
[0023]S2:在對(duì)電池恒流放電的過(guò)程中，通過(guò)電流測(cè)試線和電壓測(cè)試線獲取每一電池的性能參數(shù)，所述電池的性能參數(shù)包括該電池的極化電容；
[0024]S3:記錄每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,并根據(jù)如下公式預(yù)估所述電池的實(shí)際容量；
[0025]Q = 2*I*tl ；
[0026]其中:Q為預(yù)估的該電池的實(shí)際容量；1為由所述恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，tl為所述電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)。
[0027]在上述快速預(yù)估蓄電池容量的方法中，所述步驟S3具體包括:
[0028]對(duì)每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線分別采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到擬合直線方程；dC/dt = k*t+b ；
[0029]令dC/dt = O,記錄所述擬合直線方程過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tl,所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)，計(jì)算tl時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的恒流放電單元所放出的電量:Q1 = I*tl ；
[0030]預(yù)估每一電池的實(shí)際容量:Q = 2*Q1。
[0031]實(shí)施本發(fā)明的一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法，具有以下有益效果:可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地估算每一電池的實(shí)際容量，從而顯著縮短電池實(shí)際容量的測(cè)試時(shí)間，提高了工作效率。本發(fā)明的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法可廣泛應(yīng)用于電力變電站操作電源、控制電源蓄電池、機(jī)房UPS蓄電池，以及諸能電站、光伏電站、通訊基站、電動(dòng)汽車(chē)等各類(lèi)蓄電池的快速容量預(yù)估。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0033]圖1是本發(fā)明一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置實(shí)施例的示意圖；
[0034]圖2是圖1中每一電池檢測(cè)單元實(shí)施例的示意圖；
[0035]圖3是圖1中每一電池檢測(cè)單元產(chǎn)生的放電電流的示意圖；
[0036]圖4是圖1中每一電池的電路模型；
[0037]圖5是實(shí)際容量等于其額定容量的電池放電過(guò)程中極化電容(C2)——時(shí)間曲線示意圖；
[0038]圖6是實(shí)際容量等于其額定容量的電池放電過(guò)程中極化電容變化率(AC/At)-時(shí)間曲線；
[0039]圖7是實(shí)際容量為其額定容量80%的電池放電過(guò)程中極化電容(C2)——時(shí)間曲線示意圖；
[0040]圖8是實(shí)際容量為其額定容量80%的電池放電過(guò)程中極化電容變化率(AC/At)-時(shí)間曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0041]為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。
[0042]如圖1所示，是本發(fā)明一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置實(shí)施例的示意圖，在本實(shí)施例中蓄電池包括多個(gè)電池3，該裝置還包括一恒流放電單元I以及多個(gè)電池檢測(cè)單元2，其中:多個(gè)電池3通過(guò)電池間的連接線4依次串聯(lián)，并連接在恒流放電單元I的兩個(gè)端子之間，且每一電池檢測(cè)單元2通過(guò)電流測(cè)試線5和電壓測(cè)試線6對(duì)應(yīng)連接在每一電池3的兩端。恒流放電單元I用于以恒定的直流電流I對(duì)每一電池進(jìn)行恒流放電,在對(duì)電池恒流放電的過(guò)程中，每一電池檢測(cè)單元2通過(guò)電流測(cè)試線5和電壓測(cè)試線6檢測(cè)在不同頻率下對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)和電壓信號(hào)以獲取與對(duì)應(yīng)電池的性能參數(shù)，同時(shí)將獲取到的電池的性能參數(shù)以無(wú)線或有線方式發(fā)送給恒流放電單元I，恒流放電單元I再根據(jù)接收到的由每一電池檢測(cè)單元2發(fā)送的對(duì)應(yīng)電池的性能參數(shù)即可預(yù)估該電池的實(shí)際容量。
[0043]具體地，上述每一電池的性能參數(shù)包括該電池的電壓、歐姆電阻、極化電阻以及極化電容，恒流放電單元I接收并記錄每一電池檢測(cè)單元檢測(cè)的對(duì)應(yīng)電池的電壓、歐姆電阻、極化電阻以及極化電容，并記錄恒流放電電流I，以及對(duì)應(yīng)的時(shí)刻t(以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn))，故可獲取每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線，記錄該曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻U，根據(jù)如下公式便可預(yù)估該電池的實(shí)際容量:
[0044]Q = 2*I*tl ；
[0045]其中:Q為預(yù)估的該電池的實(shí)際容量；1為由恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，tl為該電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。
[0046]如圖2所示，為圖1中每一電池檢測(cè)單元實(shí)施例的示意圖，電池檢測(cè)單元的一對(duì)電流測(cè)試線5分別與對(duì)應(yīng)電池的正、負(fù)極相連，一對(duì)電壓測(cè)試線6也分別與對(duì)應(yīng)電池的正、負(fù)極相連。在本實(shí)施例中，每一電池檢測(cè)單元包括一控制單元20、數(shù)模轉(zhuǎn)換器21Φ/Α)以及通過(guò)電流測(cè)試線5連接在電池3兩端的內(nèi)部放電單元22，該控制單元20與數(shù)模轉(zhuǎn)換器21、內(nèi)部放電單元22依次連接，該控制單元20 (例如CPU)發(fā)送不同頻率的正弦波或方波、三角波數(shù)字信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)換器21。
[0047]具體地，上述內(nèi)部放電單元22包括開(kāi)關(guān)管Q1、分流器R21以及限流電阻R22，開(kāi)關(guān)管Ql為MOS管，其中:分流器R21的一端與電池的正極連接，分流器R21的另一端與開(kāi)關(guān)管Ql的漏極連接；限流電阻R22的一端與電池的負(fù)極連接，限流電阻R22的另一端與開(kāi)關(guān)管Ql的源極連接，開(kāi)關(guān)管Ql的柵極與數(shù)模轉(zhuǎn)換器21連接。在該電池檢測(cè)單元內(nèi)部，開(kāi)關(guān)管Q1、分流器R21、限流電阻R22與一對(duì)電流測(cè)試線5構(gòu)成內(nèi)部放電回路。
[0048]上述電池檢測(cè)單元還包括第一運(yùn)算放大器第一帶通濾波器23以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器25，其中:第一運(yùn)算放大器化的同相輸入端與開(kāi)關(guān)管Ql的漏極和分流器R21的連接點(diǎn)連接，第一運(yùn)算放大器Ai的反相輸入端與分流器R21和電池正極的連接點(diǎn)連接，第一運(yùn)算放大器Ai的輸出端依次與第一帶通濾波器23和第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器25連接，第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器25的數(shù)字信號(hào)輸出端與控制單元20連接。
[0049]上述電池檢測(cè)單元還包括第二運(yùn)算放大器Av、第二帶通濾波器24以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器26，其中:第二運(yùn)算放大器Av的同相輸入端、反相輸入端通過(guò)電壓測(cè)試線6分別與電池的正極、負(fù)極相連，第二運(yùn)算放大器Av的輸出端依次與第二帶通濾波器24和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器26連接，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器26的數(shù)字信號(hào)輸出端與控制單元20連接。
[0050]上述電池檢測(cè)單元還包括連接在第一運(yùn)算放大器Ai的同相輸入端和分流器R21與開(kāi)關(guān)管Ql漏極的連接點(diǎn)之間的第一電流耦合電容Cil和連接在第一運(yùn)算放大器Ai的反相輸入端和分流器R21與電池正極的連接點(diǎn)之間的第二電流耦合電容Ci2，以及連接在第二運(yùn)算放大器Av的同相輸入端和電池正極之間的第一電壓耦合電容Cvl以及連接在第二運(yùn)算放大器Av的反相輸入端和電池負(fù)極之間的第二電壓稱(chēng)合電容Cv2。
[0051]在本實(shí)施例中，在數(shù)模轉(zhuǎn)換器21接收到由控制單元20輸出的不同頻率的正弦波或方波、三角波數(shù)字信號(hào)后，將其轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)至開(kāi)關(guān)管Ql的柵極，從而控制內(nèi)部放電單元22產(chǎn)生不同頻率的正弦波或方波、三角波放電電流信號(hào)，如圖3所示，為電池對(duì)內(nèi)部放電單元22放電，產(chǎn)生的某一頻率下的正弦波放電電流信號(hào)。由于電池的歐姆電阻Rl、極化電阻R2、極化電容C2的存在，如圖4所示，為每一電池的電路模型，內(nèi)部放電單元22產(chǎn)生的不同頻率的正弦波或方波、三角波放電電流(激勵(lì)信號(hào))在不同電池正、負(fù)極間將產(chǎn)生頻率相同，但幅值和相位不同的電壓信號(hào)(響應(yīng)信號(hào))?？刂茊卧?0通過(guò)第一運(yùn)算放大器A1、第一帶通濾波器23、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器25，以及第二運(yùn)算放大器Av、第二帶通濾波器24、第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器26獲取多個(gè)頻率下對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)和電壓信號(hào)，并根據(jù)如圖4所示的電路模型，便可計(jì)算出該電池的歐姆電阻R1、極化電阻R2以及極化電容C2的具體數(shù)值，此外，控制單元20還用于控制第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器25和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器26的采樣頻率。之后控制單元20再以有線或無(wú)線通信方式將該電池性能參數(shù)(包括電壓、歐姆電阻R1、極化電阻R2以及極化電容C2)發(fā)送給恒流放電單元I。恒流放電單元不斷接收電池的性能參數(shù)，即可獲取該電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線，計(jì)算并記錄該曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，根據(jù)公式Q =2*I*t I，便可預(yù)估該電池的實(shí)際容量，從而在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地預(yù)估該電池的實(shí)際容量。
[0052]結(jié)合圖1和圖2，恒流放電單元I和每一電池檢測(cè)單元2都將在對(duì)應(yīng)電池上產(chǎn)生電流信號(hào)，但是恒流放電單元I產(chǎn)生的是直流電流信號(hào)，電池檢測(cè)單元2產(chǎn)生的是交流電流信號(hào)，如圖3所示，相應(yīng)地，恒流放電單元I和電池檢測(cè)單元2產(chǎn)生的電壓信號(hào)也分別是直流電壓信號(hào)和交流電壓信號(hào)，通過(guò)圖2中電池檢測(cè)單元的第一帶通濾波器23和第二帶通濾波器24可以濾除恒流放電單元產(chǎn)生的直流信號(hào)。同樣地，控制單元20在對(duì)檢測(cè)到的不同頻率下對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行分析時(shí)，采用傅立葉分析方法來(lái)濾除直流信號(hào)，從而使電流檢測(cè)單元在恒流放電單元對(duì)電池進(jìn)行恒流放電的同時(shí)，提取對(duì)應(yīng)的其中交流成分進(jìn)行進(jìn)一步的計(jì)算，準(zhǔn)確地測(cè)量出對(duì)應(yīng)電池的歐姆電阻R1、極化電阻R2以及極化電容C2。另外，恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流較大，一般為幾十安培，而電池檢測(cè)單元產(chǎn)生的放電電流較小，一般小于兩安培，并且持續(xù)時(shí)間很短，一般小于I秒，因而在計(jì)算恒流放電單元所放出的電量時(shí)，可以忽略電池檢測(cè)單元產(chǎn)生的放電電流,并不會(huì)對(duì)放電電量的數(shù)值產(chǎn)生影響。
[0053]圖5是實(shí)際容量等于其額定容量的電池放電過(guò)程中極化電容(C2)—時(shí)間曲線示意圖，從圖中可以看出，在恒流放電單元對(duì)該電池的放電過(guò)程中，極化電容C2先是增加至最大值，然后逐漸減小。圖中豎直虛線表示極化電容C2取得最大值時(shí)所對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間，該時(shí)間為傳統(tǒng)放電時(shí)間(電池電壓下降到截止電壓)的一半。
[0054]為了方便示意，如圖6所示，是實(shí)際容量等于其額定容量的電池放電過(guò)程中極化電容變化率(AC/At)—時(shí)間曲線。圖中豎直虛線表示極化電容變化率(AC/At)—時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間，它與圖5中在極化電容C2取得最大值所對(duì)應(yīng)的放電時(shí)間是一致的，該時(shí)間也為傳統(tǒng)放電時(shí)間(電池電壓下降到截止電壓)的一半。
[0055]通過(guò)采用最小二乘法對(duì)圖6的極化電容變化率(Λ C/ Λ t)—時(shí)間曲線進(jìn)行線性似合，得到擬合直線方程:dC/dt = k*t+b，k為擬合直線方程的斜率，b為該擬合直線方程的截距，令dC/dt = 0，得到與該擬合直線方程過(guò)零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的放電時(shí)刻tl，該時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的恒流放電單元所放出的電量為:Q1 = I*tl，其中:1為由恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，以恒流放電單元開(kāi)始放電時(shí)刻為時(shí)間t的零點(diǎn)，由于該時(shí)間為傳統(tǒng)放電時(shí)間(電池電壓下降到截止電壓)的一半，因而電池的實(shí)際容量為:Q = 2*Q1。
[0056]因此，在本發(fā)明中，通過(guò)恒流放電單元在對(duì)電池實(shí)際放電時(shí)可以不必等到電池電壓下降到截止電壓，只需在放電過(guò)程中不斷監(jiān)測(cè)極化電容的變化，用最小二乘法對(duì)圖6的極化電容變化率(△(:/△ t)一時(shí)間曲線進(jìn)行線性似合，得到擬合直線方程過(guò)零點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tl，通過(guò)公式Q = 2*I*tl來(lái)預(yù)估電池的實(shí)際容量，只需傳統(tǒng)電池容量測(cè)試時(shí)間的一半，即可準(zhǔn)確預(yù)估每一電池的容量。
[0057]圖7是實(shí)際容量為其額定容量80%的電池放電過(guò)程中極化電容(C2)——時(shí)間曲線示意圖。圖8是實(shí)際容量為其額定容量80%的電池放電過(guò)程中極化電容變化率(AC/Δ t)——時(shí)間曲線。圖中可以看出，極化電容變化率(Λ C/ Λ t) —時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)的時(shí)間也為傳統(tǒng)放電時(shí)間(電池電壓下降到截止電壓)的一半，從而預(yù)估電池的實(shí)際容量，只需傳統(tǒng)電池容量測(cè)試時(shí)間的一半，即可準(zhǔn)確預(yù)估蓄電池的容量。
[0058]本發(fā)明還提供了一種快速預(yù)估蓄電池容量的方法，基于上述快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，該方法包括:
[0059]恒流放電單元以恒定的直流電流對(duì)已充滿(mǎn)電的多個(gè)電池進(jìn)行恒流放電；
[0060]在恒流放電單元對(duì)電池恒流放電的過(guò)程中，每一電池檢測(cè)單元通過(guò)電流測(cè)試線和電壓測(cè)試線獲取對(duì)應(yīng)電池的性能參數(shù)，并將該電池的性能數(shù)發(fā)送給恒流放電單元，電池的性能參數(shù)包括該電池的極化電容；
[0061]恒流放電單元記錄每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)亥|J，所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)，并根據(jù)如下公式預(yù)估該電池的實(shí)際容量；
[0062]Q = 2*I*tl ；
[0063]其中:Q為預(yù)估的該電池的實(shí)際容量；1為由恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，tl為該電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻。
[0064]上述預(yù)估電池的實(shí)際容量的方法還具體包括:
[0065]恒流放電單元對(duì)每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線分別采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到擬合直線方程；dC/dt = k*t+b ；
[0066]令dC/dt = O,記錄所述擬合直線方程過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tl,所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)，計(jì)算tl時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的恒流放電單元所放出的電量:Q1 = I*tl ；
[0067]預(yù)估每一電池的實(shí)際容量:Q = 2*Q1。
[0068]上述方法還包括:預(yù)估每一電池的實(shí)際容量后,恒流放電單元停止對(duì)電池放電。
[0069]因此實(shí)施本發(fā)明的一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法，可以在較短的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確地估算每一電池的實(shí)際容量，從而顯著縮短電池實(shí)際容量的測(cè)試時(shí)間，提高工作效率。本發(fā)明的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置及方法可應(yīng)用于電力變電站操作電源、控制電源蓄電池、機(jī)房UPS蓄電池，以及儲(chǔ)能電站、光伏電站、通訊基站、電動(dòng)汽車(chē)等各類(lèi)蓄電池的快速容量預(yù)估。
[0070] 上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的【具體實(shí)施方式】，上述的【具體實(shí)施方式】?jī)H僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，所述蓄電池包括多個(gè)電池，其特征在于:該裝置包括一恒流放電單元及多個(gè)電池檢測(cè)單元，其中:所述多個(gè)電池通過(guò)電池間的連接線依次串聯(lián)連接在所述恒流放電單元的兩個(gè)端子之間，且每一電池檢測(cè)單元通過(guò)電流測(cè)試線和電壓測(cè)試線對(duì)應(yīng)連接在每一電池的兩端以獲取該電池的性能參數(shù)，并將所述性能參數(shù)發(fā)送給所述恒流放電單元； 所述恒流放電單元用于以恒定的直流電流對(duì)充滿(mǎn)電的所述多個(gè)電池進(jìn)行恒流放電，并接收由每一電池檢測(cè)單元發(fā)送的對(duì)應(yīng)電池的性能參數(shù)；所述電池的性能參數(shù)包括該電池的極化電容，所述恒流放電單元記錄每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，并根據(jù)如下公式預(yù)估所述電池的實(shí)際容量；
Q = 2*I*tl ； 其中:Q為預(yù)估的該電池的實(shí)際容量；1為由所述恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，tl為所述電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，所述每一電池檢測(cè)單元包括一通過(guò)電流測(cè)試線連接在對(duì)應(yīng)電池兩端的內(nèi)部放電單元以及與所述內(nèi)部放電單元連接的控制單元，所述控制單元用于控制所述內(nèi)部放電單元產(chǎn)生不同頻率的放電電流信號(hào)，并采集不同頻率下對(duì)應(yīng)的放電電流信號(hào)和電壓信號(hào)以獲取所述電池的性能參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，所述內(nèi)部放電單元包括開(kāi)關(guān)管、分流器以及限流電阻，其中:所述分流器的一端與所述電池的正極連接，所述分流器的另一端與所述開(kāi)關(guān)管的漏極連接；所述限流電阻的一端與所述電池的負(fù)極連接，所述限流電阻的另一端與所述開(kāi)關(guān)管的源極連接，所述開(kāi)關(guān)管的柵極與所述控制單元連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，每一所述電池檢測(cè)單元還包括連接在所述控制單元和所述開(kāi)關(guān)管的柵極之間的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器用于將控制單元輸出的不同頻率的正弦波或方波、三角波數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)并發(fā)送至所述開(kāi)關(guān)管的柵極，以產(chǎn)生不同頻率的正弦波或方波、三角波放電電流信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，每一所述電池檢測(cè)單元還包括第一運(yùn)算放大器、第一帶通濾波器以及第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中:所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述開(kāi)關(guān)管漏極和分流器的連接點(diǎn)連接，所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述分流器和電池正極的連接點(diǎn)連接，所述第一運(yùn)算放大器的輸出端依次與所述第一帶通濾波器和所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出端與所述控制單元連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，每一所述電池檢測(cè)單元還包括連接在所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端和所述分流器與開(kāi)關(guān)管漏極的連接點(diǎn)之間的第一電流耦合電容以及連接在所述第一運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述分流器與電池正極的連接點(diǎn)之間的第二電流耦合電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，每一所述電池檢測(cè)單元還包括第二運(yùn)算放大器、第二帶通濾波器以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其中:所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端通過(guò)電壓測(cè)試線與所述電池正極連接，所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端通過(guò)電壓測(cè)試線與所述電池負(fù)極連接，所述第二運(yùn)算放大器的輸出端依次與所述第二帶通濾波器和所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接，所述第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號(hào)輸出端與所述控制單元連接，所述控制單元還用于控制所述第一模數(shù)轉(zhuǎn)換器和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣頻率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的快速預(yù)估蓄電池容量的裝置，其特征在于，所述每一電池檢測(cè)單元還包括連接在所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端和所述電池正極之間的第一電壓耦合電容以及連接在所述第二運(yùn)算放大器的反相輸入端和所述電池負(fù)極之間的第二電壓耦合電容。
9.一種快速預(yù)估蓄電池容量的方法，其特征在于，所述方法包括: S1:以恒定的直流電流對(duì)已充滿(mǎn)電的多個(gè)電池進(jìn)行恒流放電； S2:在對(duì)電池恒流放電的過(guò)程中，通過(guò)電流測(cè)試線和電壓測(cè)試線獲取每一電池的性能參數(shù)，所述電池的性能參數(shù)包括該電池的極化電容； S3:記錄每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，并根據(jù)如下公式預(yù)估所述電池的實(shí)際容量；
Q = 2*I*tl ； 其中:Q為預(yù)估的該電池的實(shí)際容量；1為由所述恒流放電單元產(chǎn)生的放電電流，tl為所述電池的極化電容 變化率-時(shí)間曲線過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻，所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的快速預(yù)估蓄電池容量的方法，其特征在于，所述步驟S3具體包括: 對(duì)每一電池的極化電容變化率-時(shí)間曲線分別采用最小二乘法進(jìn)行線性擬合，得到擬合直線方程；dC/dt = k*t+b ； 令dC/dt = O,記錄所述擬合直線方程過(guò)零點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻tl,所述時(shí)刻以開(kāi)始恒流放電時(shí)刻為零點(diǎn)，計(jì)算tl時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的恒流放電單元所放出的電量:Q1 = I*tl ； 預(yù)估每一電池的實(shí)際容量:Q = 2*Q1。
【文檔編號(hào)】G01R31/36GK104035039SQ201410239928
【公開(kāi)日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月30日
【發(fā)明者】王汝鋼 申請(qǐng)人:深圳市普祿科智能檢測(cè)設(shè)備有限公司