CN111123126B - 高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统及方法，涉及技术领域蓄电池容量测试技术，其中系统包括由高压直流电源系统供电的蓄电池组；整流器，用于给蓄电池提供充电电压；整流器控制单元，用于控制整流模块调节输出电压；数据采集和监控单元，用于实时监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息；数据分析和处理单元，用于处理分析数据采集和监控单元采集到的蓄电池的数据信息。本发明解决了高压直流+市电直供模式下在线式蓄电池容量试验的问题：数据中心高压直流+市电直供的模式下采用蓄电池在线式放电测试，避免了传统蓄电池容量试验中离线式试验的缺陷，提升了操作的安全性和便利性。

Description

高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试系统及方法

技术领域

本发明涉及一种蓄电池容量测试技术，尤其涉及一种在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统及方法。

背景技术

240VDC(高压直流、HVDC)电源系统是目前通信机房和数据中心主流电源制式之一。针对双电源负载设备，常规的直流系统供电方式一般为单系统双路供电，而240V直流系统还支持“高压直流+市电直供”模式，在进一步提高可用度的同时又节约了能耗。但该模式下电源系统的蓄电池组无法按常规方式进行在线容量试验，需要研究解决，找到创新的方法，以提高蓄电池组维护的及时性、准确性和便捷性。

基于此，做出本申请。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统及方法，以解决高压直流+市电直供模式下在线式蓄电池容量试验的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统，包括

由高压直流电源系统供电的蓄电池组；

整流器，用于给蓄电池提供充电电压；

整流器控制单元，用于控制整流模块调节输出电压；

数据采集和监控单元，用于实时监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息；

数据分析和处理单元，用于处理分析数据采集和监控单元采集到的蓄电池的数据信息；

所述高压直流电源系统的供电模式选用高压直流供电和市电直供模式。

作为优选，所述数据采集和监控单元为现有已普遍使用的动力设备及环境集中监控系统。

作为优选，所述数据信息包括蓄电池组的总电压、总电流、温度和单体电压。

作为优选，所述整流模块设定通过测试系统调整电压低于单组蓄电池的电压。

作为优选，所述数据采集和监控单元的采样频次为5～10秒一次。

一种在线式高压直流与市电直供的蓄电池容量的测试方法，包括以下：

步骤一、调节整流器输出电压：在高压直流和市电直供的模式下，通过整流器控制单元，控制整流模块调节输出电压；

步骤二、蓄电池进行放电测试；

步骤三、数据采集和监控：通过数据采集和监控单元实时监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息；

步骤四、剩余容量计算和放电时长预估；

步骤五、异常蓄电池检测：采用均值曲线作为蓄电池电压标准变化率，结合箱线图分析，筛选出异常蓄电池。

作为优选，所述步骤四，其中放电容量百分比的计算公式如下：

C₁₀＝I*t/η(1+a(T－25))

步骤四放电容量百分比＝C₁₀/(蓄电池容量*组数)*100％

C₁₀：指环境温度为25度电流时10小时率时的容量值。

η：容量系数；a：容量温度系数；

其中放电时长t预估，取80％容量进行预估，

t＝(C_e-C₁₀)*η/I/(1+a(T－25))。

C_e为被测蓄电池组的额定容量。

作为优选，所述步骤五，通过绘制均值曲线图显示蓄电池的电压、电流、温度、单体电压的变化趋势，以及任意一节蓄电池与均值的偏离程度，通过均值差值比较每一个时刻，然后进行汇总。

作为优选，所述步骤五，其中箱线图分析中，对每一个时间点进行比较，结合所有时刻，统计分析出电池出现异常的次数，并设定阈值，超过该阈值则认定为异常蓄电池。

作为优选，还包括测试过程中异常检测步骤：在蓄电池放电测试过程中，设定并监测最低单体电压和总电压值，预估剩余容量，设定和监测测试时长；到达最低单体电压、总电压值、预估的剩余容量和测试时长时中止测试。

本发明的工作原理：本发明应对通信机房和数据中心“高压直流+市电直供”供电模式，解决蓄电池组在线式容量测试，同时在省动环平台升级改造的基础上，将目前正在研究试验阶段的高压直流+市电直供在线蓄电池测试功能，通过功能模块嵌入的方式直接集成到省动环升级平台中，进行蓄电池组维护的及时性、准确性和便捷性验证试验，验证通过后，可以通过省平台开放权限，推广到全省试用。

根据设备电源内部作用特点，目前能做到在线式蓄电池放电一般是有如下2种途径：

途径一(现有方案)，在其中一组中接入直流电压调节装置提升蓄电池母线的电压，让被测蓄电池组放电，给设备进行单独供电，同时给另一组蓄电池充电；市电处于在线工作状态；一旦有蓄电池故障或其它情况，另一组蓄电池可以保证母线电压，确保设备供电安全。此方案最大的劣势是直流电压调节装置购置成本极大，特别是大容量装置500A左右造价达到20万以上，安装空间也不利于项目推广。

途径二(本发明方案)，通过现有动环系统对电压电流的采集和监控，利用目前高压直流设备普遍具有的遥调功能，降低整流模块输出电压，蓄电池通过母线对设备放电，而动环监控系统可以及时通过单节蓄电池电压、电流的测量，直接判断故障蓄电池并生成报表。此方案特点是可以最大限度利用现有资源进行整合，应用成本低极低，利于推广；同时，做到集约化监控，集约化测试和集约化维护，从及时性、有效性和便捷性来讲有很大优势。

本发明通过现有动环网络，直接进线高压直流+市电直供蓄电池组的在线测试，测试系统中数据分析和处理模块主要实现的功能是：分析数据，判断是否正常，智能化启停测试，智能化生成测试报表等，同时现场接线均是通过现成的动环网络来实现，不需要再单独接线。

本发明能实现如下技术效果：

(1)本发明解决了高压直流+市电直供模式下在线式蓄电池容量试验的问题：数据中心高压直流+市电直供的模式下采用蓄电池在线式放电测试，避免了传统蓄电池容量试验中离线式试验的缺陷，提升了操作的安全性和便利性。

(2)本发明大幅提升蓄电池测试的效率：按照传统蓄电池容量试验的模式，1000AH蓄电池组小时率放电80％以上，同一支队伍一天只能最多测试2组，而且操作复杂，测量繁琐；采用高压直流+市电直供供电模式下蓄电池在线式测量方法，理论上一支队伍一天可以同时测量2个机房，不大于100组的蓄电池组测试，而且从测量到报表产生全部由后台自动生成，体现了准确性和及时性要求。

(3)本发明测试更加节能：传统离线式蓄电池组放电测试，基本是假负载来把蓄电池储存的电能通过热能的形式释放到空气中，检测蓄电池组持续放电能力；而采用该模式，则是把蓄电池储存的电能通过给设备供电的形式来进行持续放电。

附图说明

图1为本实施例在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统的模块框图；

图2为本实施例蓄电池放电测试后的箱线图；

图3为本实施例一路市电一路高压直流供电模式的某几家公司的IT设备支持下的负载特性图；

图4为本实施例单路高压直流供电模式的某几家公司的IT设备支持下的负载特性图；

图5为本实施例蓄电池电压标准变化率的均值曲线图。

具体实施方式

为了使本发明的技术手段及其所能达到的技术效果，能够更清楚更完善的披露，兹提供了以下实施例，并结合附图作如下详细说明：

如图1所示，本实施例的一种在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统，包括

由高压直流电源系统供电的蓄电池组；高压直流电源系统的供电模式选用高压直流供电和市电直供模式。

整流器，用于给蓄电池提供充电电压；

整流器控制单元，用于控制整流模块调节输出电压；整流器控制单元是高压直流设备的控制单元，整个测试系统通过动环系统进行充电电压的调控；整流控制单元使目前高压直流设备具有遥调功能，可以降低整流模块输出电压。

数据采集和监控单元，用于实时调控监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息；数据采集和监控单元为现有已普遍使用的动力设备及环境集中监控系统(简称动环系统)。

数据分析和处理单元，用于处理分析数据采集和监控单元采集到的蓄电池的数据信息；

通过现有动环系统对电压电流的监控，利用目前高压直流设备普遍具有的遥调功能，降低整流模块输出电压，(整流模块设定电压高于单节蓄电池1.8×120＝216V，实际根据设备性能测试后作调整)，蓄电池通过母线对设备放电，而监控系统可以及时通过单节蓄电池电压、电流的测量，直接判断故障蓄电池并生成报表。

利用整流器控制模块遥调低浮充电压，需要有硬件直流电压调节设备支持，提供在线控制协议，接入到动环系统中。另外蓄电池放电测试过程中需要监控蓄电池组总电压、单体电压、温度(最好能够监测到单体蓄电池温度)、电流、单体内阻，可选择当前最新的蓄电池测量方法，如AH测量方法和WH测量方法，常规的测试通过安时来完成，本实施例也可以进行瓦时来测量，上述蓄电池的测量方法均系现有技术，不是本发明的技术要点。

本实施例的一种在线式高压直流与市电直供的蓄电池容量的测试方法，包括以下步骤：

1、调节整流器输出电压：在高压直流和市电直供的模式下，通过整流器控制单元，控制整流模块降低输出电压；

2、蓄电池进行放电测试；

3、数据采集和监控：通过数据采集和监控单元实时监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息。蓄电池放电过程中需要对总电压、总电流、温度、单体电压等值进行实时监测，采样频率要足够密集。动环系统现在主要有B接口和C接口2种方式采集数据，B接口的性能更佳，通过硬件FSU能够实现5～10秒一次的采集频次。

4、剩余容量计算和放电时长预估：蓄电池放电容量跟温度、放电率密切相关，蓄电池标称容量(型号规格中标注的容量)是指蓄电池在温度为25度，放电电流为10小时率时的容量，因此必须把蓄电池实际放出容量换算成25度、10小时率时的容量值，再除以蓄电池标称容量才能得到蓄电池容量百分比。

其中放电容量百分比的计算公式如下：

C₁₀＝I*t/η(1+a(T－25))

步骤4放电容量百分比＝C₁₀/(蓄电池容量*组数)*100％

C₁₀：指环境温度为25度电流时10小时率时的容量值。

η：容量系数；a：容量温度系数；

其中放电时长t预估，取80％容量进行预估，

t＝(C_e-C₁₀)*η/I/(1+a(T－25))。

C_e为被测蓄电池组的额定容量。

容量系数、容量温度系数取值见下表：

表1

根据表1，η值与a值的选择与放电速率有关。

放电速率V＝放电电流/标称容量

为方便编程取数，η值、a值选取编制了如下表格：

表2

5、测试过程中异常检测步骤：在蓄电池放电测试过程中，设定并监测最低单体电压和总电压值，预估剩余容量，设定和监测测试时长；到达最低单体电压、总电压值、预估的剩余容量和测试时长时中止测试。中止测试的条件是根据规定的三要素来判定：(1)整组电压达到测试平台初始设定值；(2)单节落后电池电压达到测试平台初始设定值；(3)测试时间达到测试平台初始设定值；满足上述任一要素则中止测试。中止方式是通过动环监控网络将恢复充电电压的命令发给高压直流设备中的控制模块，控制模块控制整流模块恢复充电电压，蓄电池结束放电；同时测试系统中的数据分析和处理模块自动生成测试结果报表。

如图5所示，蓄电池放电测试过程中，需要设置保护措施，避免造成不必要的麻烦。比如最低单体电压的设定和监测，根据相关要求，在1小时率时，终止单体电压值为1.75V，在3小时率时1.8V；总电压值设定和监测，高压直流240V终止总电压为216V；剩余容量预估，对于核对容量测试，一般放电容量在30％～40％之间。

6、异常蓄电池检测：采用均值曲线作为蓄电池电压标准变化率，结合箱线图分析，筛选出异常蓄电池。通过绘制均值曲线图显示蓄电池的电压、电流、温度、单体电压的变化趋势，以及任意一节蓄电池与均值的偏离程度，通过均值差值比较每一个时刻，然后进行汇总。

如图2所示，箱线图是统计学中经常使用的数据异常分析方法，通过找出数据中的中位数以及上四分位和下四分位，给定异常因子来决定异常的筛选大小，这样做就能根据实际情况来设定这个异常因子，箱线图属于高度可控的方法。箱线图分析中，对每一个时间点进行比较，结合所有时刻，统计分析出电池出现异常的次数，并设定阈值，超过该阈值则认定为异常蓄电池，具有较高的灵活性，对环境也有一定得适应性。结合两种方式的结果，综合分析出某一节蓄电池是否异常，如果在同一时刻两种分析方法都认为是异常蓄电池，则通知用户，这一节电池需要检查。通过曲线图来更直观的显示电压、电流、温度、单体电压等变化情况，通过柱状图显示同一时刻所有单体电压的值，可以直观的查看最低和最高单体电压情况，实现数据可视化。在放电测试过程中，对任何一节蓄电池进行实时监测，系统对放电过程中偏差大的进行区分，并生成测试结果报表，动态性能比人工手动测量更及时方便。

本发明通过对某几家公司的品牌设备用高压直流设备进行测试，在高压直流+市电直供模式下，负载特性大致为如图3和图4所示，随着高压直流电压降低，负载总功率基本稳定，随电压下降，电流增加。从中可看出，不同的电压等级下，设备的负荷特性保持稳定，运行正常，适合通过调节充电电压，让蓄电池放电，同时设备工作状态保持稳定的前提条件。

本实施例根据蓄电池在线测试的要求，IT设备在高压直流+市电直供模式下，通过动环系统网络，利用现有的高压直流整流器控制模块调低浮充电压，在确保IT设备正常工作的前提下，实现对蓄电池组的放电；在放电过程中实时监测蓄电池状态，采集蓄电池总电压、电流、温度、内阻等情况；在结束测试后对蓄电池单体电压做分析，找出蓄电池异常或者表现最差的几个蓄电池，最后形成测试报表。

本发明高压直流+市电直供模式下在线式蓄电池容量试验测试平台可以充分利用电信机房监控系统和电源控制模块的遥信、遥测、遥调功能基础上开发，推广成本低，效率高；适用于高压直流+市电直供模式下在线式蓄电池容量试验，同时也适用于双路高压直流供电模式。企业深化改革转型的大环境下，做好设备运维的智能化、集约化，提高运维效率，降低运维成本，具有相当大的推广前景。

以上内容是结合本发明的优选实施方式对所提供技术方案所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施只局限于上述这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试方法，基于一在高压直流与市电直供模式下的在线式蓄电池容量测试系统，所述系统包括

由高压直流电源系统供电的蓄电池组；

整流器，用于给蓄电池提供充电电压；

整流器控制单元，用于控制整流器调节输出电压；

数据采集和监控单元，用于实时调控监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息；

数据分析和处理单元，用于处理分析数据采集和监控单元采集到的蓄电池的数据信息；

所述高压直流电源系统的供电模式选用高压直流供电和市电直供模式；

所述方法包括以下：

步骤一、调节整流器输出电压：在高压直流和市电直供的模式下，通过整流器控制单元，控制整流器调节输出电压；

步骤二、蓄电池进行放电测试；

步骤三、数据采集和监控：通过数据采集和监控单元实时监测蓄电池的状态，以及采集蓄电池组在放电测试时的数据信息；

步骤四、剩余容量计算和放电时长预估；

步骤五、异常蓄电池检测：采用均值曲线作为蓄电池电压标准变化率，结合箱线图分析，筛选出异常蓄电池；

所述步骤四，其中放电容量百分比的计算公式如下：

步骤四中的放电容量百分比＝C₁₀/(蓄电池容量*组数)*100％

C₁₀：指环境温度为25度电流时10小时率时的容量值；η：容量系数；a：容量温度系数；

其中放电时长t预估，取80％容量进行预估，

C_e为被测蓄电池组的额定容量；

所述步骤五，通过绘制均值曲线图显示蓄电池的电压、电流、温度、单体电压的变化趋势，以及任意一节蓄电池与均值的偏离程度，通过均值差值比较每一个时刻，然后进行汇总；

所述步骤五，其中箱线图分析中，对每一个时间点进行比较，结合所有时刻，统计分析出电池出现异常的次数，并设定阈值，超过该阈值则认定为异常蓄电池；

还包括测试过程中异常检测步骤：在蓄电池放电测试过程中，设定并监测最低单体电压和总电压值，预估剩余容量，设定和监测测试时长；到达最低单体电压、总电压值、预估的剩余容量和测试时长时中止测试。

2.如权利要求1所述的高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试方法，其特征在于：所述数据采集和监控单元为现有已普遍使用的动力设备及环境集中监控系统。

3.如权利要求1所述的高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试方法，其特征在于：所述数据信息包括蓄电池组的总电压、总电流、温度和单体电压。

4.如权利要求1所述的高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试方法，其特征在于：所述整流器设定通过测试系统调整电压低于单组蓄电池的电压。

5.如权利要求1所述的高压直流与市电直供的在线式蓄电池容量测试方法，其特征在于：所述数据采集和监控单元的采样频次为5～10秒一次。

Images