本發(fā)明涉及蓄電池的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有去硫修復功能的變電站蓄電池核容裝置及方法。

背景技術(shù)：

蓄電池組是變電站直流系統(tǒng)的重要組成部分，當變電站站用交流系統(tǒng)失壓時，全站二次設(shè)備如繼電保護、故障錄波等將通過蓄電池組供電，因此蓄電池是直流系統(tǒng)的最后一道防線。目前變電站普遍采用閥控式鉛酸蓄電池，蓄電池組中各電池單體的壽命、容量及運行性能一直是變電站重點關(guān)注對象，是變電站事故處理中的制約短板，在長久運行中存在以下問題：

1、蓄電池單體在出廠時無法保證每個單體參數(shù)均一致，因此單體差異決定各蓄電池單體在串聯(lián)運行過程中存在充放電不均衡、部分單體欠充電、部分單體長時間過放電等問題，將導致蓄電池極板上生成一種堅硬且導電不良的硫酸鉛粗晶粒，增大蓄電池內(nèi)阻，降低容量，這種現(xiàn)象就是蓄電池形成“硫化”。

2、變電站站用蓄電池或通信用蓄電池均是將若干蓄電池單體串聯(lián)成組，通過基于高頻開關(guān)的直流充電機直接對整組蓄電池進行充放電控制，并通過蓄電池狀態(tài)在線監(jiān)測儀對每組蓄電池的端電壓、溫度等參數(shù)進行測量和監(jiān)視，然而缺乏對蓄電池硫化的修復功能，蓄電池硫化問題一直得不到有效解決。

3、蓄電池組作為重要的直流系統(tǒng)設(shè)備，所有電池單體長期處于浮充電狀態(tài)，只有根據(jù)管理規(guī)定對蓄電池開展核容試驗，核容試驗往往側(cè)重于測試檢查蓄電池組容量，放電和充電過程對蓄電池去硫程度有限。

4、蓄電池硫化現(xiàn)象將減少蓄電池正負極板上活性物質(zhì)與電解液的接觸面積，長期將不斷增厚晶粒，蓄電池容量將大幅降低，現(xiàn)狀中蓄電池因硫化問題而提前報廢的案例愈加增多。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

供電企業(yè)現(xiàn)有的將整組蓄電池以整組控制的充放電運行方式下，蓄電池在浮充電時將無可避免地存在這種現(xiàn)象（供電企業(yè)的蓄電池99%以上的工作時間均處于浮充狀態(tài)）：大部分單體處在浮充狀態(tài)，而某個單體處在過充狀態(tài)，某個單體處在欠充狀態(tài)。而這種現(xiàn)象亦會無可避免地導致蓄電池組的電池容量降低，減少蓄電池使用壽命，甚至會導致核容試驗不合格（實際容量<80%*額定容量時即判斷為核容不合格，此時需要對蓄電池進行更換）。就蓄電池單體而言，這勢必引起硫化現(xiàn)象。

學術(shù)領(lǐng)域?qū)α蚧瘑栴}的研究較少，主要因為蓄電池硫化問題難以數(shù)學定量描述，因個體差異的問題，蓄電池的電阻特性本身存在差異，而在充放電的化學反應(yīng)過程中內(nèi)阻也時刻變化，硫化程度難以通過測量蓄電池內(nèi)阻以精準確定。

另一方面，硫化問題是個長期性的運維積累問題，與蓄電池過去使用情況有關(guān)，不確定性因素導致目前缺乏有效的、針對性的解決方法。

現(xiàn)階段蓄電池的去硫方法主要有以下幾種：分別是水療法、大電流充電法、化學法以及脈沖法。

水療法就是稀釋蓄電池中電解液，以提高硫酸鉛晶體在電解液中的溶解度。該方法對可加水式結(jié)構(gòu)的蓄電池十分有效，然而變電站大多采用閥控免維護式的鉛酸蓄電池，該方法不可行，不利于保持蓄電池免維護封閉的安全特性。

大電流充電法就是對采用大電流充電讓蓄電池處于微析氣狀態(tài)，利用析出氣體沖刷極板表面的硫酸鉛晶體，該方法析出氣體容易把極板上的活性物質(zhì)一起沖刷，因此只適用于輕微的硫化現(xiàn)象，同時大電流充電的控制要求高，一有不慎將導致蓄電池嚴重過充，不利于蓄電池穩(wěn)定運行。

化學法與水療法原理相近，區(qū)別在于要替換原電解液，并采用特定的化學溶劑專門溶解硫化晶體，去硫效果明顯，然而與水療法一樣過程復雜，不適用于目前變電站采用的蓄電池類型。

脈沖法是目前市場上大多裝置采用的去硫方法，通過瞬間高壓產(chǎn)生的電脈沖對晶體進行放電擊穿，以此電解硫化晶體。該方法操作簡單，效果明顯，然而脈沖一般為固定性脈沖，并沒有根據(jù)蓄電池硫化程度而相應(yīng)調(diào)整，控制失誤同樣容易導致析氣問題。此外，目前市面裝置仍然對整體蓄電池組進行脈沖充電，個體硫化解決效果仍然有限。

另外，核容試驗是對整體蓄電池組開展，因此對單體蓄電池去硫功能缺乏針對性，蓄電池硫化差異問題得不到真正解決，核容過程中充電過程依然導致個體蓄電池過充電或欠充電。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種具有去硫修復功能的變電站蓄電池核容裝置，包括：采樣及巡檢模塊、可控放電模塊、去硫活化執(zhí)行模塊、控制決策模塊、狀態(tài)切換模塊、人機交互模塊；

采樣及巡檢模塊包括：電壓測量儀、電流測量儀、溫度傳感儀，電流測量儀串接于電池正極輸出端，電壓測量儀并接電池兩端，溫度傳感儀安裝在蓄電池外殼，由此可遍歷獲得蓄電池組的供電狀態(tài)，電池組端電壓，各蓄電池單體端電壓，電池充\放電電流，電池溫度；

可控放電模塊根據(jù)控制決策模塊的輸出命令，調(diào)整放電模塊各執(zhí)行單體的放電電阻，對蓄電池組的蓄電池單體進行目標可控放電，并反饋執(zhí)行結(jié)果到控制決策模塊；可控放電模塊由多個放電執(zhí)行單體組成，每個放電執(zhí)行單體通過接線連接到蓄電池對應(yīng)編號的單體，與去硫活化執(zhí)行模塊的去硫充電執(zhí)行單體共路輸出；

去硫活化執(zhí)行模塊根據(jù)控制決策模塊的輸出命令，靈活實現(xiàn)均充和脈沖充電兩種方式，在脈沖充放電過程中調(diào)整脈沖幅值和寬度，對蓄電池組的目標蓄電池單體輸出除硫脈沖，并反饋執(zhí)行結(jié)果到控制決策模塊；去硫活化執(zhí)行模塊由多個去硫充電執(zhí)行單體組成，每個去硫充電執(zhí)行單體通過接線連接到蓄電池對應(yīng)編號的單體，與可控放電模塊的執(zhí)行單體共路輸出；

狀態(tài)切換模塊包括：可控式的直流斷路器，安裝在蓄電池組總體接線口，根據(jù)控制決策模塊命令實現(xiàn)蓄電池組的狀態(tài)切換，執(zhí)行完畢后反饋信息到控制決策模塊；

決策控制模塊接收采樣及巡檢模塊、狀態(tài)切換模塊、人機交互模塊、可控充放電模塊和去硫活化執(zhí)行模塊的輸入反饋，通過決策算法輸出響應(yīng)的控制命令到采樣及巡檢模塊、狀態(tài)切換模塊、人機交互模塊、可控充放電模塊和去硫活化執(zhí)行模塊；

人機交互模塊通過人機交互模塊實現(xiàn)用戶對裝置功能的參數(shù)設(shè)定和控制啟動，接收決策控制模塊輸出的遙測信息，顯示蓄電池狀態(tài)量并實現(xiàn)異常告警功能。

優(yōu)選地，所述一種具有去硫修復功能的變電站蓄電池核容裝置還包括：電源供應(yīng)模塊、通信接口、自檢模塊。

優(yōu)選地，所述人機交互模塊還包括：屏幕、音響、按鈕、燈光。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：

1、實現(xiàn)差異去硫修復功能，解決蓄電池硫化程度不一的問題；

2、計算去硫后的蓄電池容量，有效檢測蓄電池真實儲能能力。

一種蓄電池核容方法，包括以下步驟：

s1，開始，轉(zhuǎn)入步驟s2；

s2，檢測蓄電池狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟s3；

s3，檢查蓄電池組狀態(tài)是否正常，正常狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s4，不正常狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s7；

s4，確定是否進入修復核容狀態(tài)，進入修復核容狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s5，不進入修復核容狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s9；

s5，修復核容，得出核容結(jié)果，若異常轉(zhuǎn)入步驟s7，不異常轉(zhuǎn)入步驟s6；

s6，蓄電池組狀態(tài)切換控制，轉(zhuǎn)入步驟s9；

s7，告警輸出，轉(zhuǎn)入步驟s8；

s8，檢修處理，轉(zhuǎn)入步驟s10；

s9，確定是否退出裝置，退出轉(zhuǎn)入s10，不退出退回s2；

s10，結(jié)束。

其中，步驟s5的修復核容，得出核容結(jié)果包括以下步驟：

步驟1：蓄電池整組恒流放電至終止條件1，根據(jù)放電終止電壓形成目標電池組t1；

步驟2：蓄電池整組恒流充電至終止條件2，根據(jù)電壓上升速率形成目標電池組t2；

步驟3：確定硫化目標電池單體組合t3，針對t3執(zhí)行自循環(huán)調(diào)整的去硫活化充電；

步驟4：蓄電池整組恒壓充電至終止條件3；

步驟5：執(zhí)行步驟1，記錄放電容量1；

步驟6：執(zhí)行步驟2和4，再執(zhí)行步驟1，記錄放電容量2；

步驟7：核算分析兩次放量容量是否符合最低標準，信號反饋。

進一步，步驟1中蓄電池組恒流放電采用以下方法：對目標蓄電池組進行放電率的整組恒流放電，記錄放電時間，當檢測存在單體電壓下降達到預設(shè)終止電壓或整組電壓下降到整體預設(shè)終止電壓時停止恒流放電，記錄放電時間以及各蓄電池單體放電后的電壓值，同時記錄整組蓄電池組的放電電量q1。

進一步，步驟2中蓄電池組恒流放電采用以下方法：對目標蓄電池組以進行恒流充電，各電池單體電壓將升高，當存在單體電壓達到時停止恒壓充電，記錄充電持續(xù)時間,計此次充電過程中任一電池電壓變化速率為v。

進一步，針對t3執(zhí)行自循環(huán)調(diào)整的去硫活化充電采用以下方法：對目標電池單體輸出連續(xù)k個周期的正向脈沖充電，占空比為tz,充電電量為qc,之后對目標單體輸出反向電壓對單體放電，放電電量為qd,控制放電時間使qd等于整組蓄電池組的放電電量q1，整個過程為一次去硫活化充放電過程；循環(huán)執(zhí)行去硫活化充放電過程，記錄第k次目標單體電壓為uki,其中i∈t3，當uki小于u（k-1）i時，表示去硫活化有效，根據(jù)uki與u（k-1）i相差值調(diào)整增大正向脈沖幅值，減小脈沖占空比，直至循環(huán)執(zhí)行去硫活化充放電后前后兩次電壓相差滿足最小設(shè)定要求或達到設(shè)定的最高循環(huán)次數(shù)，去硫活化充電過程停止。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，有益效果是：

1、提出目標硫化單體的確認方法，有效發(fā)現(xiàn)問題電池；

2、提出去硫修復的智能控制方法，融入蓄電池核容過程中。

附圖說明

圖1是本發(fā)明核容裝置安裝示意圖。

圖2是本發(fā)明核容裝置工作流程圖。

圖3是本發(fā)明蓄電池修復核容步驟簡圖。

附圖標記說明：

1—#1蓄電池組；11—#1dc；12—直流斷路器k1；13—#1溫度、電壓、傳感器信號線；2—#2蓄電池組；21—#2dc；22—直流斷路器k2；23—#2溫度、電壓、傳感器信號線；3—放電執(zhí)行單體；31—放電控制；4—去硫充電執(zhí)行單體；41—去硫充電控制；5—決策控制模塊；6—人機交互模塊；7—充電機。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。附圖中描述位置關(guān)系僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制。

如圖1所示，本發(fā)明設(shè)計了一種具有去硫修復功能的變電站蓄電池核容裝置及方法，其不僅可以實現(xiàn)蓄電池自動核容，并且利用核容試驗的充放電過程實現(xiàn)個體去硫活化功能，令蓄電池單體處于最佳狀態(tài)，解決硫化問題，確保蓄電池有效使用容量。

如圖1所示，一種具有去硫修復功能的變電站蓄電池核容裝置，包括：采樣及巡檢模塊、可控放電模塊、去硫活化執(zhí)行模塊、控制決策模塊、狀態(tài)切換模塊、人機交互模塊，以及其他必須的裝置供應(yīng)模塊。

采樣及巡檢模塊：采樣及巡檢模塊由電壓測量儀、電流測量儀、溫度傳感儀及相應(yīng)的線路構(gòu)成，電流測量儀串接于電池正極輸出端，電壓測量儀并接電池兩端，溫度傳感儀安裝在蓄電池外殼，由此可遍歷獲得蓄電池組的供電狀態(tài)，電池組端電壓，各蓄電池單體端電壓，電池充\放電電流，電池溫度等。

可控放電模塊：根據(jù)控制決策模塊的輸出命令，調(diào)整放電模塊各執(zhí)行單體的放電電阻，對#1或#2組蓄電池組的蓄電池單體進行目標可控放電，并反饋執(zhí)行結(jié)果到控制決策模塊。可控放電模塊由多個放電執(zhí)行單體3組成，每個放電執(zhí)行單體3通過接線連接到蓄電池對應(yīng)編號的單體，與去硫活化執(zhí)行模塊的執(zhí)行單體共路輸出。

去硫活化執(zhí)行模塊：根據(jù)控制決策模塊的輸出命令，靈活實現(xiàn)均充和脈沖充電兩種方式，在脈沖充放電過程中調(diào)整脈沖幅值和寬度，對#1或#2組蓄電池組的目標蓄電池單體輸出除硫脈沖，并反饋執(zhí)行結(jié)果到控制決策模塊。去硫活化執(zhí)行模塊的電源取自直流系統(tǒng)原有的充電機7，輸出由多個去硫充電執(zhí)行單體4組成，每個去硫充電執(zhí)行單體4通過接線連接到蓄電池對應(yīng)編號的單體，與可控放電模塊的執(zhí)行單體共路輸出。

狀態(tài)切換模塊：主要由可控式的直流斷路器k1、k2構(gòu)成，安裝在蓄電池組總體接線口，根據(jù)控制決策模塊命令實現(xiàn)蓄電池組的狀態(tài)切換，進入核容去硫狀態(tài)時斷開與蓄電池組對應(yīng)的直流斷路器，完成核容去硫后恢復進入在線運行及監(jiān)控狀態(tài)時需合上與蓄電池組對應(yīng)的直流斷路器，執(zhí)行完畢后反饋信息到控制決策模塊。

決策控制模塊：接收采樣及巡檢模塊、狀態(tài)切換模塊、人機交互模塊、可控充放電模塊和去硫活化執(zhí)行模塊的輸入反饋，通過決策算法輸出響應(yīng)的控制命令到其他模塊，主要實現(xiàn)以下兩大功能：

1）在線監(jiān)控。非核容時段實現(xiàn)全時刻在線監(jiān)控蓄電池各單體的運行狀況，蓄電池單體電壓過低或過高、溫度異常時發(fā)出指令控制人機交互模塊告警，并提醒相應(yīng)超標值，實現(xiàn)目前蓄電池電能管理的正常功能；

2）核容修復。通過人工或定期啟動方式控制狀態(tài)切換模塊將蓄電池組轉(zhuǎn)變?yōu)楹巳菪迯蜖顟B(tài)，根據(jù)核容充放電過程中的電池反應(yīng)結(jié)果確定去硫修復目標電池，執(zhí)行決策算法逐次控制可控放電模塊和去硫活化執(zhí)行模塊以執(zhí)行對蓄電池去硫修復，并最終得到修復后的蓄電池組有效容量。

人機交互模塊：通過人機交互模塊實現(xiàn)用戶對裝置功能的參數(shù)設(shè)定和控制啟動，接收決策控制模塊輸出的遙測信息，有效顯示蓄電池狀態(tài)量并實現(xiàn)異常告警功能。主要包括屏幕、音響、按鈕、燈光等。

其他必須的裝置供應(yīng)模塊：包括電源供應(yīng)、通信接口、自檢模塊等。

變電站蓄電池核容裝置有效安裝在兩組蓄電池中（大多變電站采用雙蓄電池組供電，如無則需設(shè)定由人工命令啟動核容修復功能）。

正常運行時通過裝置的采樣及巡檢模塊實時收集蓄電池組各單體電壓、溫度狀態(tài)，并由決策控制模塊判定電壓或溫度值是否超過預設(shè)閥值時，異常時通過人機交互模塊發(fā)出告警信息。

根據(jù)人工命令和預設(shè)時間啟動蓄電池核容修復功能，工作流程圖見圖2。

s1，開始，轉(zhuǎn)入步驟s2；

s2，檢測蓄電池狀態(tài)，轉(zhuǎn)入步驟s3；

s3，檢查蓄電池組狀態(tài)是否正常，正常狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s4，不正常狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s9；

s4，確定是否進入修復核容狀態(tài)，進入修復核容狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s5，不進入修復核容狀態(tài)轉(zhuǎn)入步驟s11；

s5，蓄電池組狀態(tài)切換控制；

s6，執(zhí)行去硫修復的放電-充電過程；

s7，檢查核容結(jié)果是否異常，異常轉(zhuǎn)入步驟s9，不異常轉(zhuǎn)入步驟s8；

s8，蓄電池組狀態(tài)切換控制；

s9，告警輸出；

s10，檢修處理；

s11，確定是否退出裝置，退出轉(zhuǎn)入s12，不退出轉(zhuǎn)入s2；

s12，結(jié)束。

核容修復方法步驟詳見圖3，具體描述如下：

（1）檢測目標蓄電池組（如#1蓄電池組）各單體狀態(tài)量正常（電壓及溫度），檢測確定在運另一組蓄電池組各單體狀態(tài)量正常，檢測確定控制狀態(tài)切換模塊中的直流斷路器k1在合上位置，斷開直流斷路器k1，完成目標蓄電池組脫離運行狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)楹巳菪迯蜖顟B(tài)。

（2）對目標蓄電池組進行i10放電率的整組恒流放電，記錄放電時間，當檢測存在單體電壓下降達到預設(shè)終止電壓ud1或整組電壓下降到ud1*n時停止恒流放電，記錄放電時間t1y以及各蓄電池單體放電后的電壓值，即n個電池單體的放電完成電壓值分別為u1i,i=1、2、3、…、n，分別對應(yīng)編號為1、2、3…n的蓄電池單體，同時記錄整組蓄電池組的放電電量q1。當有單體電池電壓下降速率滿足過快判定條件時，確定該單體蓄電池為去硫修復目標電池，對所有單體放電后電壓進行評定計算后可得所有去硫修復目標電池組t1。

（3）對目標蓄電池組以i10進行恒流充電，各電池單體電壓將升高，當存在單體電壓達到uh時停止恒壓充電，記錄充電持續(xù)時間t2,停止充電后n個電池單體的電壓值分別為u2i,i=1、2、3、…、n，計此次充電過程中任一電池電壓變化速率為v，則有v2i=u2i-u1i/t2,i=1,2,…,n,當存在單體電壓的升壓速率過快判定條件時，確定該單體蓄電池為去硫修復目標電池，對所有單體放電后電壓進行評定測算后可得所有硫修復目標電池組t2。

（4）對去硫修復目標電池組t1和t2取共集，得到去硫修復目標電池組t3，對電池組t3中的單體電池執(zhí)行去硫活化充電，方法為首先對目標電池單體輸出連續(xù)k個周期的正向脈沖充電，占空比為tz,充電電量為qc,之后對目標單體輸出反向電壓對單體放電，放電電量為qd,控制放電時間使qd等于ql，整個過程為一次去硫活化充放電過程。循環(huán)執(zhí)行去硫活化充放電過程，記錄第k次目標單體電壓為uki,其中i∈t3，當uki小于u（k-1）i時，表示去硫活化有效，根據(jù)uki與u（k-1）i相差值調(diào)整增大正向脈沖幅值，減小脈沖占空比，直至循環(huán)執(zhí)行去硫活化充放電后前后兩次電壓相差滿足最小設(shè)定要求或達到設(shè)定的最高循環(huán)次數(shù)，去硫活化充電過程停止。

（5）對所有單體電池進行電壓大小為uh的恒壓充電，直至所有單體電壓大于等于預設(shè)終止電壓ud2時，停止恒壓充電，完成一次具有去硫修復功能的放電-充電過程。

（6）對整組蓄電池組第二次i10放電率的整組恒流放電，當檢測存在單體電壓下降達到預設(shè)終止電壓ud1或整組電壓下降到ud1*n時停止放電，記錄整組蓄電池組的放電電量q2，為目標蓄電池組經(jīng)過去硫修復過程后的有效放電容量，并記錄各單體電池電壓，對整組蓄電池組依次執(zhí)行步驟3到5，再對整組蓄電池組開展第三次恒流放電并記錄整個過程的放電電量q3,取min（q2、q3）為核容裝置的檢測容量，小于預設(shè)要求值時決策控制模塊發(fā)出告警信號到人機交互模塊。

（7）恢復目標蓄電池組的工作狀態(tài)，監(jiān)測確定目標蓄電池組各單體電池的電壓、溫度符合要求后，合上直流斷路器k1，完成目標蓄電池組脫離核容修復狀態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)檫\行狀態(tài)。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。