一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法及装置
阅读说明：本技术 一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法及装置 (Online detection method and device for leakage of storage battery of power supply system ) 是由 吕雪元 范冬兴 赵劲 王红坡 马雪雷 申艳军 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法及装置,首先对电池进行状态数据的巡检采集,再将采集到的汇总数据进行处理,以实现蓄电池组电池组电池漏液的在线检测,并根据巡检出的数据判断出漏液电池位置,其中,所述状态参数的采集是指采集到的电池电压,及电池的漏电流,该电池的漏电流是指电池组的正、负极对大地的漏电电流。其装置包含界面显示单元、采集电池单体电压模块、采样电池电流模块、控制模块输出单元及控制放电负载输出模块,采集电池单体电压模块、采样电池电流模块与电池连接,控制模块输出单元与充电机的电力电源模块连接,控制放电负载输出模块与放电负载连接,该采样电池电流模块检测电池组的正、负极对大地之间的漏电电流。(A method and a device for online detection of leakage of a storage battery of a power supply system are provided, which comprises the steps of firstly carrying out polling collection on state data of the battery, then processing the collected summarized data to realize online detection of the leakage of the battery of a storage battery pack, and judging the position of the leakage battery according to the data which is patrolled, wherein the collection of state parameters refers to the collected voltage of the battery and the leakage current of the battery, and the leakage current of the battery refers to the leakage current of a positive electrode and a negative electrode of the battery pack to the ground. The device comprises an interface display unit, a single battery voltage acquisition module, a battery current sampling module, a control module output unit and a discharge load control output module, wherein the single battery voltage acquisition module and the battery current sampling module are connected with a battery, the control module output unit is connected with an electric power supply module of a charger, the discharge load control output module is connected with a discharge load, and the battery current sampling module detects the leakage current between the positive pole and the negative pole of a battery pack to the ground.)
技术领域
本发明涉及电池领域，尤指一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法及装置。
背景技术
蓄电池是电力电源系统中直流供电系统的重要组成部分，它作为直流供电电源，主要担负着为电力系统中二次系统负载提供安全、稳定、可靠的电力保障，确保继电保护、通信设备的正常运行。因此，蓄电池的稳定性和在放电过程中能提供给负载的实际容量对确保电力设备的安全运行具有着十分重要的意义。
在直流用电力系统中最为关键的部件—蓄电池组，当交流失电或AC/DC模块异常时，蓄电池组能够更好的为控制回路、信号回路、保护回路和自动装置回路提供所需的电源，保证直流用电力系统正常工作。目前有关直流电源系统的技术标准、操作规程、维修标准、技术法规等等已经日渐成熟，但是，在实际的变电运行中，还是有很多绝缘问题造成意外事故。另外，通常蓄电池是以电池组的形式使用，而且每个电力电源系统蓄电池组的电池数量非常庞大，其中十几节甚至几十节串联的电池，只要一节过早损坏，如不及时发现，则时间一长，其他电池跟着报废，而电池电解液渗漏是一种常见故障，对其快速定位是现场更换维护必不可少的需求。但是现有技术通常是单独设置传感器例如申请号为CN97105580.7，发明名称为《电池漏液感测系统》的专利。其存在成本高及实现方法复杂的缺陷，因此如何利用通用设备对电池组的检测是一种较为经济的选择。
本发明的目的就是为了检测蓄电池组是否有绝缘降低或者接地情况，并且能够准确定位接地节点。发明人利用其研制的一种安装方便的在线快速检测电池内阻设备，研发了一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法，不需要设置专用设备即可实现电力电源系统蓄电池漏液的在线检测。
发明内容
为解决上述问题，本发明主要目的在于，提供电力电源系统蓄电池组电池漏液的在线检测方法，其可实现电力电源系统蓄电池组单体电池漏液的检测。本发明的另一目的在于提供一种蓄电池绝缘异常的检测方法，能够准确的判断出蓄电池是否有绝缘异常或接地情况，并且准确定位蓄电池绝缘接地节点。
为解决上述问题，本发明公开了一种电力电源系统蓄电池组电池漏液的在线检测方法，包含如下步骤：首先进行电池电压和传感器信号的采集，再经过数据处理，实现蓄电池组电池组电池漏液的在线检测，其中所述方法是借助高精度的漏电流传感器，采集到的电池电压，电池的漏电流。本发明可使现场维护电池人员，可以更块地找到漏液的单体电池。
电池漏液定位：
1、原理
考虑到电池漏液时，将会使漏液处的绝缘下降，因而找到先下降的点位就会定位出漏液的节数。
2、逻辑方法
1)判断漏液电池的负极对地电压是否不平衡，如果有漏电流超过预警值继而能确认电池绝缘下降；
2)通过电池负极对地的电压V负，漏电的节数N
假设电池节数为M，其中第N节漏电，
电池单体电压为V1至VM，通过电池巡检可以采集到：
V1+V2.....VN＝V负，
其中V负为负极对地电压。借此,从负极开始计算即可算出漏液的电池节数。
其中，本发明为上述方法所提供的测试系统可包含：一个内阻测试监控系统(1)，该内阻测试监控系统(1)主要包含：界面显示单元(15)、采集电池单体电压模块(14)、采样电池电流模块(13)、控制模块输出单元(12)及控制放电负载输出模块(11)，其中：采集电池单体电压模块(14)、采样电池电流模块(13)与电池连接，控制模块输出单元(12)与充电机的电力电源模块(2)连接，控制放电负载输出模块(11)与放电负载(3)连接，该采样电池电流模块检测电池组的正、负极对大地之间的漏电电流。借此使该内阻测试监控系统(1)构成一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备。
进一步的，较佳的方案是，漏电检测方法是将蓄电池充电的正、负两根线HM+、HM-同时穿过漏电流传感器(31)，当蓄电池组发生漏电时，正、负两根线HM+、HM-的电流I-、I+会产生差异，漏电流传感器测量出漏电流方向、漏电流幅值，测量出的此漏电流为模拟量，经过AD采样电路到MCU，解析成数字量，即可得到准确得漏电流值。
其可采用如下检测步骤：
(1)在MCU上设定电池节数：number；
(2)在MCU采样总电池电压：voltage；
(3)由MCU采样电池漏电流：leakagecurrent；
(4)当MCU测量出漏电流传感器值，判定蓄电池组发生绝缘异常，MCU报警；
(5)记录此时母线负对地电压值：VF[0]，电池漏电流值：leakagecurrent[0]；
(6)闭合母线负对地不平衡电阻；
(7)状态稳定后，记录此时母线负对地电压值：VF[1]，电池漏电流值：leakagecurrent[1]；
(8)计算。
较佳的是，其计算方法为：
设定绝缘电阻为RX，蓄电池绝缘节点为adder；
(leakagecurrent[0]*RX)-(voltage/number)*addr＝VF[0]
(leakagecurrent[1]*RX)-(voltage/number)*addr＝VF[1]
解上次方程得到：
addr＝(number*(leakagecurrent[0]*VF[1]-leakagecurrent[1]*VF[0]))/((leakagecurrent[1]-leakagecurrent[0])*voltage)
addr即为第几节蓄电池绝缘异常。
进一步的，较佳的方案是，该内阻测试监控系统(1)与底层模块之间可采用通信接口RS485进行连接，这些底层模块可为但不限于充电机的电力电源模块及电池巡检模块，该电池巡检模块可以单独检测每个电池的参数。
较佳的所述界面显示单元(15)能分别显示被测电池的单体电压、漏电电流及内阻以及其他所需的参数。
所述系统包含：控母、合母、平衡电阻、控母的检测电阻、电池的漏电传感器、及电池漏电电流AD采集电路构成的模块。
本发明有益效果在于，借助本发明的方案，可在不需要设置专用设备的情况下，即可实现电力电源系统蓄电池漏液的在线检测，该装置以在电源系统中不增加成本地实现漏液电池单体位置的在线监测，从而可实现使直流屏的布线更为简单的目的。该种关于蓄电池绝缘异常的检测方法，能够准确的判断出蓄电池是否有绝缘异常或接地情况，并且准确定位蓄电池绝缘接地节点。
附图说明
图1本发明的一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法采用的蓄电池组单体漏液在线检测系统结构示意图；
图2本发明采用的一种便于安装的在线快速检测电池漏液设备结构示意图；
图3本发明采用的漏电传感器示意图；
图4仿真电路示意图一；
图5仿真电路示意图二；
图6本发明的一具体实施例控母的检测电阻电路示意图；
图7本发明的电池的一具体实施例的漏电流传感器示意图；
其中：
1 内阻测试监控系统
11 控制放电负载输出模块
12 控制模块输出单元
13 采样电池电流模块
14 采集电池单体电压模块
15 界面显示单元
2 电力电源模块
3 放电负载
4 电池。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
本发明的一种电力电源系统蓄电池组电池漏液的在线检测方法，其核心构思在于，考虑到电池组中的任何一节电池在漏液时都将会使该处的绝缘值下降，因而找到最先下降的点位就可以定位漏液的节数，因此首先对电池进行状态数据的采集，再将采集到的数据进行处理，即可实现蓄电池组电池组电池漏液的在线检测，其中所述状态参数的采集是指采集电池电压，电池的漏电流。该方法可使现场维护电池人员，可以更快地找到漏液的电池单体。
请参见图1、2为本发明的一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法的一个具体实施例采用的系统结构示意图。在该具体实施例中，是采用了发明人研制的一种电力用直流电源监控系统，首先将其组建成如图1所示的测试系统。
该方法的实现逻辑如下：
1、监测出现电池漏的电池的负极对地电压是否不平衡，如果有漏电流超过预警值从而确认电池绝缘下降；
2、通过检测电池负极对地的电压V负极漏电的节数N
假设电池节数为108，是第N节漏电，
通过对电池单体电压V1至V108的电池巡检可以采集到
V1+V2.....VN＝V负，
其中V负为负极对地电压。借此,从负极开始计算即可算出漏液的电池所在的节数。
如图1所示，为将本发明一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备配合各底层模块构成的应用装置。其底层模块主要包含有电池巡检模块，可检测单块电池的数据。
该系统的监控模块采用的是一种电力用直流电源监控装置，其可在线快速检测电池漏液设备，其电路原理如图6所示，是由控母、合母、平衡电阻、控母的检测电阻、电池的漏电传感器、及电池漏电电流AD采集电路等模块构成。
其中AC30F为光MOS继电器，具有优良的输入输出电压隔离特性和抗干扰性能。
平衡电阻由6个10K 2W的金属膜电阻组成。不平衡电阻由10个30K 1206贴片电阻组成。(考虑压降、功耗)
电池漏电流传感器为检测±10mA输出±5V的漏电流传感器。
AD采样电路采样经典的差分放大电路+跟随器组成。
请参见图2，为本发明一种电力电源系统蓄电池漏液在线检测方法采用的一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备的模块结构示意图。其主要是包含有一个内阻测试监控系统1，该内阻测试监控系统1主要包含：界面显示单元15(可显示单体电压、内阻)、采集电池单体电压模块14、采样电池电流模块13、控制模块输出单元12及控制放电负载输出模块11。借助该内阻测试监控系统1构成的种便于安装的在线快速检测电池内阻设备，借助接线端子可快速地实现在线实现电池内阻测试，且该设备接线方便。
该内阻测试监控系统1配合电力电源模块2、放电负载3可检测电池4的内阻，其中控制模块输出单元12能与电力电源模块2连接，采集电池单体电压模块14、采样电池电流模块13与电池4连接，控制放电负载输出模块11可与放电负载3连接。
另请参见图3，为本发明采用的漏电流传感器原理示意图，该漏电流传感器能够准确得测量出漏电流方向、漏电流幅值。
如图3所示，蓄电池充电的正、负两根线(HM+、HM-)同时穿过漏电流传感器31，当蓄电池组发生漏电时(绝缘降低或接地)，正、负两根线(HM+、HM-)的电流I-、I+会产生差异，漏电流传感器能够准确得测量出漏电流方向、漏电流幅值。测量出的此漏电流为模拟量，经过AD采样电路到MCU，解析成数字量，即可得到准确得漏电流值。此时，MCU报警--蓄电池组绝缘异常。
MCU知道蓄电池组绝缘异常后，能记录此时的控母负对地电压值和漏电流值，然后闭合不平衡桥的负开关，状态稳定后，记录此时的控母负对地电压值和漏电流值。通过二次方程计算即可得出蓄电池的漏电节点。
对该工作过程，发明人建立了仿真电路，其中，蓄电池组由18个12V电池模拟组成，每个电池电压都为12V。
三个电压表分别测量：母线电压、母线负对地电压、母线正对地电压。电流表测量：电池漏电流。
模拟绝缘电阻选用100K(国标要求0-100K)。
如图4所示，该仿真电路示意图一是表示：在平衡桥电阻情况下，第一节电池发生绝缘异常状态。
如图5所示，该仿真电路示意图二表示：在平衡桥电阻和负对地不平衡桥电阻情况下，第一节电池发生绝缘异常状态。
现就具体实现步骤简述如下：
先进行阶段性电池组放电控制，然后采集单体电压和电流信号，再经过数据处理，实现蓄电池组单体内阻的在线检测，其中所述方法是以控制充电模块的输出电压来进行阶段性电池放电。其对蓄电池组的放电控制不需要额外的装置，对蓄电池组的容量和性能没有任何额外的影响；不同于其他的测量方法只对蓄电池组在静态下进行测量，本发明中测量结果反映的是蓄电池组的每节电池的单体内阻情况，对电池组带载能力更具有指导意义。
本发明一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备与底层模块(包含充电机的电力电源模块及电池巡检模块)之间可采用通信接口RS485进行连接。
在本具体实施例应用中，采用以下步骤实现电池内阻的测量：
1、放电控制
在本具体的实施中，采用按照图2所示的原理图构成测量装置，在图2中标注电池电压、电池电流的位置对应连接本发明的一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备所对应的电压、电流测量等电路模块或单元。
然后，本发明的一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备可利用通用的电源系统中输出电压可调的充电机和负载(或者外部放电负载)即可实现阶段性放电控制，其整体等效电路结构如图2所示。
所述采集单体电压和电流信号电路模块，具体工作方式为：在电源系统正常运行期间，所述电路模块对每个蓄电池两端的电压、电流进行测量，取2个不同阶段的单体电压、电流作为需要检测的量，得到每个蓄电池电压的序列V1、V2和电流的序列I1、I2。
所述数据处理，
本实施例中，被测对象为18节12V100AH的阀控式密封免维护铅酸蓄电池组。其中，所用监控主机(在线快速检测电池内阻设备)为THJK005G-ZL-NZ12V具有4.3寸彩色触摸屏，其配置电池巡检模块检测单体电池电压，可检测1组108节电池。
可配置如下集成数据采集功能模块：
电池巡检模块：DCXJ-19检测19节电池电压，1路温度；
电池巡检模块：DCXJ-55检测55节电池电压，2路温度；
支路监测模块：ZLJC-64检测64路开关量输入；
双电源控制器：SDYKZQ可以控制2路交流接触器，可采集2组交流电压。
通用的电源系统是包含充电模块110V/220V系类AC/DC转换，或DC/DC转换。
在该具体实施例中的软件实现流程如下：
1、需要在MCU上设定电池节数—number。
2、需要MCU采样总电池电压—voltage。
3、需要MCU采样电池漏电流—leakagecurrent。
4、蓄电池组发生绝缘异常，MCU测量出漏电流传感器值，MCU已报警。
5、记录此时母线负对地电压值—VF[0]，电池漏电流值—leakagecurrent[0]。
6、闭合母线负对地不平衡电阻。
7、状态稳定后，记录此时母线负对地电压值—VF[1]，电池漏电流值—leakagecurrent[1]。
8、计算。
在本发明的一具体实施中，是选择高精度的漏电流传感器，以能准确的采集电池组的正负极对大地的漏电电流。
其采用的软件类代码如下：
设定绝缘电阻为RX，蓄电池绝缘节点为adder。
①(leakagecurrent[0]*RX)-(voltage/number)*addr＝VF[0]
②(leakagecurrent[1]*RX)-(voltage/number)*addr＝VF[1]
解上次方程得到：
addr＝(number*(leakagecurrent[0]*VF[1]-leakagecurrent[1]*VF[0]))/((leakagecurrent[1]-leakagecurrent[0])*voltage)
addr即为第几节蓄电池绝缘异常。
程序代码：
综上所述，本发明的一种电力电源系统蓄电池组电池漏液的在线检测方法，是一种用于检测蓄电池绝缘降低或接地的设计思想，可以实现蓄电池绝缘异常告警及定位接地的蓄电池节点。此发明的硬件电路是基于平衡桥电阻和不平衡桥电阻电路，其中平衡桥电阻为30K，不平衡电阻为150K。电池漏电流传感器能检测±10mA漏电流。此功能检测电池绝缘电阻的范围：0～100K。
采用本发明一种便于安装的在线快速检测电池内阻设备，使用时对蓄电池组的充放电控制不需要额外的装置，对蓄电池组的容量和性能没有任何额外的影响；不同于其他的测量方法只对蓄电池组在静态下进行测量，本发明的测量结果反映的是蓄电池组单体电池在运行中反映出的内阻的综合情况，因此对电池带载能力更具有指导意义。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。