蓄電池組在線核對性放電裝置及方法與流程

本發明涉及直流電源技術領域，尤其是涉及一種蓄電池組在線核對性放電裝置及方法。

背景技術：

變電站或通信基站用直流不間斷電源系統是整個變電站或基站所有直流負荷安全運行的供電保障，而蓄電池組又是其中的核心部件，一旦發生交流失壓，蓄電池組就成為所有負荷的供給者，蓄電池組一旦出問題，整個站內供電系統將癱瘓，造成設備停運甚至重大運行事故。當直流系統正常運行時，充電機同時給蓄電池組充電和常規負荷供電，因蓄電池組不能脫離直流母線，故需要處于浮充電狀態，長期浮充電會蓄電池性能劣化。因此需要對蓄電池組進行核對性放電，確定蓄電池是否存在問題。

現有的核對性放電技術，需要先將一組蓄電池組脫離直流母線，如果此時發生交流失電，且另外一組蓄電池組故障，會造成直流母線失壓，存在安全隱患。同時，核對性放電時放電的能量通過放電儀器轉化為熱能消耗，造成極大能源浪費，節能環保性差。

針對現有技術中核對性放電存在安全隱患和能源浪費的問題，目前尚未提出有效解決方案。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種蓄電池組在線核對性放電裝置及方法，以降低放電過程中的安全隱患并節省電能。

第一方面，本發明實施例提供了一種蓄電池組在線核對性放電裝置，包括通信連接的核容模塊和核容管理模塊；核容模塊設置在蓄電池組和直流母線之間，核容模塊與蓄電池組和直流母線分別電連接；核容管理模塊，用于控制核容模塊工作于核容模式或非核容模式；核容模式包括核容放電模式和核容充電模式；核容模塊包括并聯的dc/dc變換器組和旁路單元；dc/dc變換器組用于蓄電池組與直流母線間的充放電變換；在非核容模式時，旁路單元連通，dc/dc變換器組處于非工作模式；在核容放電模式時，旁路單元切斷，dc/dc變換器組處于放電模式；在核容充電模式時，旁路單元切斷，dc/dc變換器組處于充電模式；在充電完成后，關閉dc/dc變換器組并連通旁路單元；在核容模式且直流母線失壓時，旁路單元根據接收到的信號自動連通，以使蓄電池組進行直流輸出。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第一種可能的實施方式，其中，在核容模式且交流失壓時，核容管理模塊判斷蓄電池組與其他未處于核容過程的蓄電池組的電壓差值是否小于并聯閾值；如果小于，則控制旁路單元連通；如果不小于，保持旁路單元切斷且控制dc/dc變換器組切換至非工作模式。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第二種可能的實施方式，其中，dc/dc變換器組包括一個雙向dc/dc變換器或者兩個方向不同的獨立dc/dc變換器。

結合第一方面，本發明實施例提供了第一方面的第三種可能的實施方式，其中，旁路單元包括可控開關和控制電路；控制電路與核容管理模塊連接，用于根據核容管理模塊的命令控制可控開關切斷或連通。

結合第一方面及其第一、二、三種可能的實施方式之一，本發明實施例提供了第一方面的第四種可能的實施方式，其中，上述裝置包括多個核容模塊；每個核容模塊分別與一個蓄電池組連接。

結合第一方面及其第一、二、三種可能的實施方式之一，本發明實施例提供了第一方面的第五種可能的實施方式，還包括：巡檢模塊；巡檢模塊與核容管理模塊通信連接，用于向核容管理模塊發送核容指令。

第二方面，本發明實施例還提供一種蓄電池組在線核對性放電方法，方法應用于第一方面及其各可能實施方式任一項提供的蓄電池組在線核對性放電裝置，包括：當接收到核容指令時，控制旁路單元切斷，并且控制dc/dc變換器組切換至放電模式；在達到終止條件時，控制dc/dc變換器組切換至充電模式；在充電完成后，控制關閉dc/dc變換器組并連通旁路單元。

結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第一種可能的實施方式，還包括：在充電過程中，控制dc/dc變換器組以恒流放電。

結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第二種可能的實施方式，還包括：在核容過程中直流母線失壓時，控制旁路單元連通，以使蓄電池組進行直流輸出；在核容過程中交流失壓時，判斷蓄電池組與其他未處于核容過程的蓄電池組的電壓差值是否小于并聯閾值；如果小于，則控制旁路單元連通；如果不小于，保持旁路單元切斷且控制dc/dc變換器組切換至非工作模式。

結合第二方面，本發明實施例提供了第二方面的第三種可能的實施方式，還包括：計算并保存蓄電池組的容量。

本發明實施例帶來了以下有益效果：本發明實施例提供的蓄電池組在線核對性放電裝置及方法，通過在現有直流電源系統的基礎上增加核容模塊和核容管理模塊，其中核容模塊包括并聯的dc/dc變換器組和旁路單元，在非核容模式時，旁路單元連通，dc/dc變換器組處于非工作模式；在核容放電模式時，旁路單元切斷，dc/dc變換器組處于放電模式；在核容充電模式時，旁路單元切斷，dc/dc變換器組處于充電模式；在充電完成后，關閉dc/dc變換器組并連通旁路單元；在核容模式且直流系統發生供電故障時，旁路單元根據接收到的信號自動連通；低成本實現直流系統的蓄電池組全核對性放電全自動化控制和管理，降低了生產和管理成本；實現蓄電池在線核對性放電，并且可以精確控制充放電電流，降低核對性放電試驗風險；實現遠程或近端自動對蓄電池全核對性放電和充電，蓄電池放電時不需要脫離直流母線，放電能量回饋給系統直流負荷供電，節能環保。

本發明的其他特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其他優點在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。

為使本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發明實施例提供的一種蓄電池組在線核對性放電裝置的結構框圖；

圖2為本發明實施例提供的一種蓄電池組在線核對性放電裝置的連接示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種蓄電池組在線核對性放電方法的流程圖；

圖4為本發明實施例提供的另一種蓄電池組在線核對性放電方法的流程圖。

圖標：

10-核容模塊；11-核容管理模塊；21-蓄電池組；22-直流母線；23-dc/dc變換器組；24-旁路單元；25-巡檢模塊；26-ac/dc充電模塊；27-直流負荷。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

隨著國民經濟的快速發展及人民生活水平的不斷提高，人們對電力的需求越來越多，對供電的持續可靠性要求越來越高。當直流系統正常運行時，充電機同時給蓄電池組充電和常規負荷供電，因蓄電池組不能脫離直流母線，故需要處于浮充電狀態，但長期浮充電會造成極板硫化、失水，進一步加劇電池劣化、壽命縮短。只有通過核對性放電，才能找出蓄電池存在的問題。依據檢驗規程，新電池投運以后每2～3年進行核對性放電，運行6年后宜每年進行一次，目前變電站或基站的蓄電池品牌、質量等參差不齊，運行2～3年后可能需要每半年進行一次核對性放電，全國110kv等級以上的變電站有兩萬座以上，每個省的移動基站數量都在3萬個以上。按兩組蓄電池設計的電站或基站對電池進行核對性放電，標準作業至少需要兩名運維人員耗時4個工作日才能完成，還需要將放電儀等設備運到現場，維護工作量相當大。

目前對蓄電池核對性放電的技術十分落后，主要有以下幾個缺點：

1.采取的人工作業方式，自動化程度太低，工作效率極低；

2.放電測試儀器笨重，現場接線復雜耗時也容易出錯，需要人工把守實時監控蓄電池單體電壓，容易造成單體過放，可靠性低；

3.被核容的一組蓄電池需要脫離直流母線，如果在核對性放電過程中發生交流失電，且另外一組蓄電池故障，會造成直流母線失壓，存在安全隱患。

4.放電的能量通過放電儀器轉化為熱能消耗，兩組104只2v/300ah的鉛酸蓄電池放電消耗的電能為132kwh，相當于一個普通家庭兩個月的用電量，全國電站或基站每年因電池核對性放電損失的電能在百萬度電以上，節能環保性差。

基于此，本發明實施例提供的一種蓄電池組在線核對性放電裝置及方法，以降低放電過程中的安全隱患并節省電能。為便于對本實施例進行理解，首先對本發明實施例所公開的一種蓄電池組在線核對性放電裝置進行詳細介紹。

實施例1

本發明實施例1提供了一種蓄電池組在線核對性放電裝置，該蓄電池組在線核對性放電裝置應用于直流不間斷電源系統。參見圖1所示的蓄電池組在線核對性放電裝置的結構框圖，包括：核容模塊10和核容管理模塊11。核容模塊10和核容管理模塊11互相通信連接。

參見圖2所示的蓄電池組在線核對性放電裝置的連接示意圖，其中示出了核容模塊設置在蓄電池組21和直流母線22之間，核容模塊與蓄電池組21和直流母線22分別電連接。其中，核容管理模塊11，用于控制核容模塊工作于核容模式或非核容模式；具體地，核容模式包括核容放電模式和核容充電模式兩種。上述非核容模式指的是蓄電池組處于正常工作模式。

參見圖2所示，核容模塊包括并聯的dc/dc變換器組23和旁路單元24；dc/dc變換器組23用于蓄電池組與直流母線間的充放電變換。該dc/dc變換器組既可以是一個雙向dc/dc變換器或者兩個方向不同的獨立dc/dc變換器(分別用于充電和放電)。

在非核容模式時，旁路單元24連通，dc/dc變換器組23處于非工作模式；在核容放電模式時，旁路單元24切斷，dc/dc變換器組23處于放電模式；在核容充電模式時，旁路單元24切斷，dc/dc變換器組23處于充電模式；在充電完成后，關閉dc/dc變換器組23并連通旁路單元24；在核容模式且直流母線失壓時，旁路單元24根據接收到的信號自動連通，以使蓄電池組進行直流輸出。

根據供電系統發生的故障位置的不同，可以包括直流母線失壓和交流失壓。由于不間斷電源系統通常包括至少兩個蓄電池組，在一個蓄電池組進行核容時，如果出現直流母線失壓，表示不但交流供電部分故障，且其他未核容的蓄電池組均出現故障，此時急需當前核容的蓄電池組供電，因此不論該蓄電池組處于放電還是充電過程，需要立即連通旁路單元使其進行直流輸出。

如果出現交流失壓(此時直流母線未失壓)，表示交流供電部分故障，但其他未核容的蓄電池組可以提供直流輸出，此時連通當前核容的蓄電池組旁路單元使該蓄電池組與其他蓄電池組并聯，會出現兩種可能情況：當前核容的蓄電池組放電輸出或者被其他蓄電池組充電。為了避免出現被充電的情況，核容管理模塊需要判斷當前核容蓄電池組與其他未處于核容過程的蓄電池組的電壓差值是否小于并聯閾值(是系統多個蓄電池組之間發生充電情況的閾值，小于該閾值不會發生充電)，如果小于，則控制旁路單元連通；如果不小于，保持旁路單元切斷且控制dc/dc變換器組切換至非工作模式(即停止核容過程)。

可以理解的是，核容管理模塊可以持續監測蓄電池組之間的電壓差值，隨著蓄電池組放電的進行，上述電壓差值會不斷減小直至小于上述并聯閾值，此時控制旁路單元連通使該蓄電池組加入并聯供電。

在圖2中僅示出了兩個蓄電池組，分別連接有核容模塊，可以根據系統中實際包括的蓄電池組數量設置多個核容模塊，每個核容模塊分別與一個蓄電池組連接。核容模塊的旁路單元包括可控開關和控制電路；控制電路與核容管理模塊連接，用于根據核容管理模塊的命令控制可控開關切斷或連通。

如圖2所示，在原有的直流電源系統的基礎上增加了核容模塊和核容管理模塊。在本實施例中以核容裝置包括雙向dc/dc變換器和旁路單元為例進行說明，該旁路單元由可控開關及控制電路組成，該可控開關包括直流接觸器或其它可控器件。上述雙向dc/dc變換可以實現蓄電池到直流母線間的充放電電能變換，可以由基本的buck/boost或其它變換拓撲構成。

核容管理模塊接收后臺監控系統的指令以確定是否對蓄電池組進行核容，用戶可以根據實際情況進行手動核容控制，也可以設定自動定時核容計劃。在蓄電池組不進行核容時(即正常工作狀態)，核容管理模塊控制核容模塊工作在旁路模式：合旁路開關，雙向dc/dc變換不工作，由電源系統主監控對電池組進行充電管理。

當核容管理模塊接收到核容指令時，輪流對蓄電池組ⅰ、ⅱ進行核容，以提高整個系統的安全性，降低核對性放電試驗風險。在對蓄電池組進行核容時，采用在線放電方式，蓄電池組與直流母線保持連接，放電能量回饋給系統直流負荷供電，節能環保。

例如首先對蓄電池組ⅰ進行核容，先切斷旁路開關，啟動雙向dc/dc變換器，雙向dc/dc變換器工作在放電模式，蓄電池組ⅰ對應的核容裝置對直流母線放電，此時蓄電池組的電能供給了直流負荷，避免了不必要的能源浪費。在此需要強調的是，可以通過控制其內部dc/dc的輸出功率來精確控制蓄電池組的放電電流，使蓄電池組以恒流放電，自動根據設定的終止條件，停止放電。一般而言，終止條件有四個：單體電壓低于1.8v、整組電壓低于n×1.8v、放電時間達到設定值、放出容量達到設定值。

在滿足終止條件后，確定放電結束，此時核容模塊轉為充電模式，從直流母線取電給蓄電池組ⅰ充電。在充電完成后關閉雙向dc/dc變換器，合旁路開關，核容模塊ⅰ重新轉為旁路工作模式，蓄電池組ⅰ核容結束。同時計算出蓄電池組容量，可以根據現有的計算方式進行，得到蓄電池組容量后可以判斷該蓄電池組是否出現老化問題，再確定是否進行維護。核容管理單元可接收并保存蓄電池組核容數據及結果。在蓄電池組ⅰ核容完成后，再按上述過程對蓄電池組ⅱ進行核容。

蓄電池組在線核對性放電過程中如發生交流或直流母線欠壓等供電故障時，核容裝置自動切換為旁路工作模式，系統直流輸出安全可靠性高。其中監測系統是否發生供電故障采用現有技術中的方式，在此不再贅述。通過上述裝置可以實現蓄電池組在線全自動化核對性放電，可以完全取代直流系統現有的蓄電池人工核容工作，大幅降低直流系統的運維成本，提高生產效率和安全性；有效回饋利用蓄電池放電的能量，全國電站及基站每年可節省電能數千萬千瓦時，同時節省電能也是在減緩能源的消耗，節能環保性好。

在圖2中還示出了巡檢模塊25，巡檢模塊與核容管理模塊通信連接，用于向核容管理模塊發送核容指令。同時該巡檢模塊還可以接收蓄電池組的狀態信息。在圖2中還示出了ac/dc充電模塊26，該ac/dc充電模塊也與直流母線連接，該直流母線的另一端連接有直流負荷27。

本發明實施例提供的蓄電池組在線核對性放電裝置，通過在現有直流電源系統的基礎上增加核容模塊和核容管理模塊，其中核容模塊包括并聯的dc/dc變換器組和旁路單元，在非核容模式時，旁路單元連通，dc/dc變換器組處于非工作模式；在核容放電模式時，旁路單元切斷，dc/dc變換器組處于放電模式；在核容充電模式時，旁路單元切斷，dc/dc變換器組處于充電模式；在充電完成后，關閉dc/dc變換器組并連通旁路單元；在核容模式且直流系統發生供電故障時，旁路單元根據接收到的信號自動連通；低成本實現直流系統的蓄電池組全核對性放電全自動化控制和管理，降低了生產和管理成本；實現蓄電池在線核對性放電，并且可以精確控制充放電電流，降低核對性放電試驗風險；實現遠程或近端自動對蓄電池全核對性放電和充電，蓄電池放電時不需要脫離直流母線，放電能量回饋給系統直流負荷供電，節能環保。

實施例2

本發明實施例2提供了一種蓄電池組在線核對性放電方法，參見圖3所示的蓄電池組在線核對性放電方法的流程圖，應用于上述實施例1提供的蓄電池組在線核對性放電裝置，該方法包括如下步驟：

步驟s31，當接收到核容指令時，控制旁路單元切斷，并且控制dc/dc變換器組切換至放電模式。

步驟s32，在達到終止條件時，控制dc/dc變換器組切換至充電模式。

具體終止條件可以參考上述實施例1的內容。

步驟s33，在充電完成后，控制關閉dc/dc變換器組并連通旁路單元。

在充電完成后，核容模塊重新轉為旁路工作模式。

進一步，參見圖4所示的蓄電池組在線核對性放電方法的流程圖，上述方法還包括：步驟s41，在核容過程中直流母線失壓時，控制旁路單元連通，以使蓄電池組進行直流輸出；在核容過程中交流失壓時，判斷蓄電池組與其他未處于核容過程的蓄電池組的電壓差值是否小于并聯閾值；如果小于，則控制旁路單元連通；如果不小于，保持旁路單元切斷且控制dc/dc變換器組切換至非工作模式。

進一步，上述方法還包括：在充電過程中，控制dc/dc變換器組以恒流放電。進一步，上述方法還包括：計算并保存蓄電池組的容量。

本發明實施例提供的蓄電池組在線核對性放電方法，在接收到核容指令時，控制旁路單元切斷，并且控制dc/dc變換器組切換至放電模式；在達到終止條件時，控制dc/dc變換器組切換至充電模式；在充電完成后，控制關閉dc/dc變換器組并連通旁路單元；可以在自動化控制和管理蓄電池組全核對性放電，實現在線核對性放電，并且可以精確控制充放電電流，降低核對性放電試驗風險；同時在放電時不需要脫離直流母線，放電能量回饋給系統直流負荷供電，節能環保。

本發明實施例提供的蓄電池組在線核對性放電方法，與上述實施例提供的蓄電池組在線核對性放電裝置具有相同的技術特征，所以也能解決相同的技術問題，達到相同的技術效果。

本發明實施例所提供的蓄電池組在線核對性放電裝置及方法的計算機程序產品，包括存儲了程序代碼的計算機可讀存儲介質，程序代碼包括的指令可用于執行前面方法實施例中的方法，具體實現可參見方法實施例，在此不再贅述。

另外，在本發明實施例的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

上述功能如果以軟件功能單元的形式實現并作為獨立的產品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中。基于這樣的理解，本發明的技術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的部分可以以軟件產品的形式體現出來，該計算機軟件產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可以是個人計算機，服務器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例的方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：u盤、移動硬盤、只讀存儲器(rom，read-onlymemory)、隨機存取存儲器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

最后應說明的是：以上實施例，僅為本發明的具體實施方式，用以說明本發明的技術方案，而非對其限制，本發明的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域技術人員應當理解：任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明實施例技術方案的精神和范圍，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應以權利要求的保護范圍為準。