一种不间断电源的电池容量测试方法及装置与流程

1.本发明涉及电力技术领域，更具体地，涉及一种不间断电源的电池容量测试方法及装置。


背景技术：

2.在数据中心领域，往往会配置后备发电机作为市电故障时候的后备电力来源，而在市电和后备发电机的切换过程中，则采用不间断电源(uninterruptible power system，ups)来确保整个切换过程是不间断供电的。ups是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，ups将市电稳压后供应给负载使用，此时的ups就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电输入失效(事故停电)时，ups则会运行电池放电模式，将机内电池的电能通过逆变转换的方法向负载继续供应380v/220v交流电，主要解决在市电恢复前或切换到后备电源(例如柴油发电机)这个输入中断时间，确保ups的输出不中断，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。
3.在运营中供电可靠性与电池的可靠性密切相关，而且随着电池的损耗，电池容量会逐渐衰减，因此，需要定期让电池进行放电，以测试得到电池的实际容量，确定电池有足够的后备容量满足业务需求。目前，现有针对ups电池容量测试一般都是对ups的所有电池同时放电，对电池电阻和容量一致性要求较高，否则会出现内阻大的电池提前结束放电。在这种情况下，较难准确检测出电池的实际容量。但是，该方案在电池容量测试结束后，电池电量尚未充满时，一旦出现市电输入异常，则电池因为非充满状态容易导致后备时间大打折扣，可能会出现后备时间不满足使用需求的情况，带来供电安全隐患。
4.基于此，华为公司提出一种方案，如在中国申请的专利“不间断电源ups、电源系统和电池容量测试的方法”(公开日2019.08.23，公开号cn110165774a)所公开的技术方案，通过逐一对每个电池进行容量测试，然后根据每个电池的电池容量确定系统的电池总容量，当任一电池在进行容量测试时，除当前正在被测试的电池之外的其他电池不进行放电且具有备电，如此能够保证在容量测试及市电异常时系统的备电时间充足，降低供电风险。
5.但是，该方案下，每次单独对一个电池进行容量测试之后，得等这个电池重新充满电再进行下一个电池的容量测试，导致电池容量测试的效率过低。


技术实现要素：

6.本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，提供一种不间断电源的电池容量测试方法及装置，能够提高电池容量测试效率。
7.为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
8.本发明实施例第一方面公开一种不间断电源的电池容量测试方法，包括：
9.s1：若所述不间断电源的输入正常，控制所述不间断电源进入输入限流模式，并控制所述不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包
括一个或多个电池串联而成；
10.s2：控制所述不间断电源退出所述输入限流模式；
11.s3：关闭所述不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启所述不间断电源的总充放电器，使所述上一组电池彻底充满；
12.s4：对所述下一组电池重复执行步骤s3，直至所有电池放电完毕，重新开启所述不间断电源的总充放电器，使所有电池彻底充满。
13.进一步地，步骤s1之前，所述方法还包括：
14.获取电池管理系统检测到的所述不间断电源所有电池的当前总容量；
15.获取所述不间断电源的输出负载容量；
16.根据所述所有电池的当前总容量和所述输出负载容量，确定出冗余电池数量，将其设定为允许最大同时放电的电池数量阈值；
17.以及，同时放电的任意一组电池的数量不超过所述允许最大同时放电的电池数量阈值。
18.进一步地，所述允许最大同时放电的电池数量阈值z通过以下公式表示：
19.z＝(c
1-c2)/c1/y
20.式中，c1为所有电池的当前总容量，c2为输出负载容量，y为所有电池的数量。
21.进一步地，所述不间断电源的每一个电池连接有一个充放电器，所有充放电器以并联方式连接于所述总充放电器；在任意一组电池放电过程中，关闭无需放电或充电的其它电池各自对应的充放电器。
22.进一步地，在反向充电的过程中，由于上一组电池经过放电完成后，电压低于正常电池电压，具体通过充放电器调高下一组电池的电压，使下一组电池的电压高于上一组电池的电压，以使下一组电池同时放电并对上一组电池进行反向充电。
23.进一步地，在任意一组电池放电过程中，若该组每一个电池的电压均低至预设截止电压，判定该组电池放电完毕。
24.进一步地，所述充放电器包括dc/dc电源模块。
25.进一步地，步骤s1中，具体是在所述不间断电源的输入正常、当前时刻属于预设的电池容量测试时段、且所述不间断电源的所有电池属于充满电状态时，控制不间断电源进入输入限流模式；所述输入限流模式包括削峰模式。
26.本发明实施例第二方面公开一种不间断电源的电池容量测试装置，包括：
27.第一控制单元，用于在所述不间断电源的输入正常时，控制所述不间断电源进入输入限流模式，并控制所述不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包括一个或多个电池串联而成；
28.第二控制单元，用于控制所述不间断电源退出所述输入限流模式；
29.第三控制单元，用于关闭所述不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启所述不间断电源的总充放电器，使所述上一组电池彻底充满；以及，对所述下一组电池重复执行以上操作，直至所有电池放电完毕，重新开启所述不间断电源的总充放电器，使所有电池彻底充满。
30.进一步地，第二方面公开的不间断电源的电池容量测试装置还包括：
31.设定单元，用于在所述第一控制单元控制所述不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电之前，获取电池管理系统检测到的所述不间断电源所有电池的当前总容量；并获取所述不间断电源的输出负载容量；并根据所述所有电池的当前总容量和所述输出负载容量，确定出冗余电池数量，将其设定为允许最大同时放电的电池数量阈值；以及，同时放电的任意一组电池的数量不超过所述允许最大同时放电的电池数量阈值。
32.进一步地，所述允许最大同时放电的电池数量阈值z通过以下公式表示：
33.z＝(c
1-c2)/c1/y
34.式中，c1为所有电池的当前总容量，c2为输出负载容量，y为所有电池的数量。
35.进一步地，所述不间断电源的每一个电池连接有一个充放电器，所有充放电器以并联方式连接于所述总充放电器；在任意一组电池放电过程中，关闭无需放电或充电的其它电池各自对应的充放电器。
36.进一步地，在反向充电的过程中，由于上一组电池经过放电完成后，电压低于正常电池电压，具体通过充放电器调高下一组电池的电压，使下一组电池的电压高于上一组电池的电压，以使下一组电池同时放电并对上一组电池进行反向充电。
37.进一步地，在任意一组电池放电过程中，若该组每一个电池的电压均低至预设截止电压，判定该组电池放电完毕。
38.进一步地，所述充放电器包括dc/dc电源模块。
39.进一步地，第一控制单元用于控制所述不间断电源进入输入限流模式的方式具体是在所述不间断电源的输入正常、当前时刻属于预设的电池容量测试时段、且所述不间断电源的所有电池属于充满电状态时，控制不间断电源进入输入限流模式；所述输入限流模式包括削峰模式。
40.与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：本发明公开一种不间断电源的电池容量测试方法及装置，通过在不间断电源的输入正常时控制不间断电源进入输入限流模式，并控制不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包括一个或多个电池串联而成；然后控制不间断电源退出输入限流模式；继而关闭不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使上一组电池彻底充满；对下一组电池重复执行关闭总充放电器、同时放电并对上一组电池进行反向充电、再重新开启总充放电器使上一组电池彻底充满的步骤，直至所有电池放电完毕，开启总充放电器，使所有电池彻底充满，从而可以在进行电池容量测试时通过电池之间循环进行反向充放电，在对下一组电池进行放电测试的同时对上一组电池进行充电，因此加快电池容量测试进度，进而提高电池容量测试效率。
附图说明
41.图1为本发明实施例公开的一种不间断电源的电池容量测试方法的流程图。
42.图2是本发明实施例提供的一种电池容量测试的时序示意图。
43.图3是本发明实施例公开的一种ups电池间反向充电的结构示意图。
44.图4是本发明实施例公开的一种ups电池间反向充电的方法流程图。
45.图5为本发明实施例公开的一种不间断电源的电池容量测试装置的示意图。
46.其中：1、ups；11、总充放电器；12、控制器；21、电池；22、充放电器；501、第一控制单元；502、第二控制单元；503、第三控制单元。
具体实施方式
47.附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
48.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
49.实施例1
50.如图1所示，本实施例提供一种不间断电源的电池容量测试方法，包括：
51.s1：若不间断电源的输入正常，控制不间断电源进入输入限流模式，并控制不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包括一个或多个电池串联而成。
52.需要说明的是，可选地，本实施例的执行主体可以是继电器或可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)或其它执行装置，如ups电池容量测试设备或ups控制设备等，在此不作具体限定。
53.其中，输入限流模式包括削峰模式。
54.可选地，在步骤s1之前，可以先判断不间断电源的输入是否正常。若是，开始执行步骤s1；否则，控制不间断电源的所有电池同时放电，与输入联合为负载供电，其中，不间断电源的输入为市电。
55.进一步可选地，步骤s1中，若不间断电源的输入正常，且当前时刻属于预设的电池容量测试时段，比如预先设定每个月的某一天或者每周的某一时间段，进一步判断不间断电源的所有电池是否属于充满电状态，若属于充满电状态，控制不间断电源进入输入限流模式，并控制不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕，以使不间断电源进入智能电池容量测试模式，从而避免在不间断电源的电池不属于充满电状态时启动电池容量测试而导致测试结果不够准确的情况，同时利用输入正常时控制不间断电源进入输入限流模式，再进行电池容量测试，可以降低供电风险。
56.可选地，在ups处于智能电池容量测试模式的过程中，若ups的输入不正常，控制ups退出智能电池容量测试模式。
57.可选地，ups的每一个电池连接有一个充放电器，所有充放电器以并联方式连接于ups的总充放电器，每一个电池的充放电器用于调整该电池的输入端电压，实现对单个电池的充放电进行独立控制，实现单个电池充电/放电。比如，每当任意一个电池单独进行放电测试后，该电池的电压会比较低，不能直接和其它电池并联，因此需要通过充放电器保持不同的充电器在并联的母线上电压一样。具体地，每个电池对应的充放电器以及ups的总充放电器可以通过plc进行控制。而在任意一组电池放电过程中，关闭无需放电或充电的其它电池各自对应的充放电器。
58.需要说明的是，当ups的输入正常且处于输入限流模式时，ups的总充放电器均处于开启状态，因此，步骤s1中，具体通过开启任意一组充放电器，以及关闭除了该组充放电器之外的无需放电的其它充放电器，从而使得该组充放电器对应的一组电池同时与ups的输入联合对输出负载供电。
59.其中，ups的输出负载可以是电力电子设备、计算机设备或数据中心的服务器等一个或多个(information technology，it)设备。
60.作为一种优选的实施方式，步骤s1之前，可以先获取电池管理系统检测到的不间断电源所有电池的当前总容量；然后获取不间断电源的输出负载容量；最后根据所有电池的当前总容量和输出负载容量，确定出冗余电池数量，将其设定为允许最大同时放电的电池数量阈值；以及，同时放电的任意一组电池的数量不超过该允许最大同时放电的电池数量阈值。
61.其中，电池管理系统(battery management system，bms)俗称为电池保姆或电池管家，bms主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的容量状态。
62.需要说明的是，随着电池的使用时间越长，电池容量的衰减程度也会发生变化，因此通过bms监控出的电池当前容量仅为参考值，若想要知道电池的真实实际容量，仍需要采用本发明实施例公开的容量测试方法，即让电池放电，通过检测电池的实际放电能力对其容量进行测试。
63.举例来说，假设ups总共有4个电池，通过bms可以监控到每个电池的当前容量满足15kw负载放电时间；而输出负载容量具体根据输出负载的实际功率来确定，例如ups的输出负载是10个5kw的it机架，但机架不是满载，例如平均60％，所以ups的输出负载容量是30kw，那么只需要2组电池放电可满足，即冗余电池数量为2。
64.可选地，允许最大同时放电的电池数量阈值z通过以下公式表示：
65.z＝(c
1-c2)/c1/y
66.式中，c1为所有电池的当前总容量，c2为输出负载容量，y为所有电池的数量。
67.通过以上实施方式，能够在提高电池容量测试效率的基础上，进一步优化实际运营方式，根据电池的当前容量和输出负载容量确定出冗余电池数量，再将其设定为允许最大同时放电的电池数量阈值，能够进一步保证电时间更加充分。
68.可选地，在任意一组电池放电过程中，若该组每一个电池的电压均低至预设截止电压，判定该组电池放电完毕。
69.s2：控制不间断电源退出输入限流模式。
70.需要说明的是，只有第一组电池放电是以与市电联合为输出负载供电的方式进行放电，其他循环执行的下一组在放电时并不对输出负载供电，而是对上一组进行反向充电。因此，步骤s2中，在第一组放电完毕时，则控制ups退出输入限流模式，使ups输入100％为输出负载供电。
71.s3：关闭不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使上一组电池彻底充满。
72.其中，关闭不间断电源的总充放电器，另通过各组电池的充放电器对各组电池进行单独控制充电/放电。
73.s4：对下一组电池重复执行步骤s3，直至所有电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使所有电池彻底充满。
74.请一并参阅图2，图2是本发明实施例提供的一种电池容量测试的时序示意图，如
图2所示，在t0时间段，所有电池处于充电或静置状态，在t0时间段结束时所有电池均处于充满电的状态，以确保在t1时间段对第1组电池进行放电做容量测试时第1组电池是充满的状态，同时可保证ups的备电时间是充足的。在t1时间段对第1组电池做放电和容量测试，并计算第1组电池的实际容量，此时其它电池不对ups供电。在t2时间段对第2组电池做放电和容量测试并计算第2组电池的实际容量的同时，利用第2组电池放出的电能为第1组电池进行反向充电，以此类推，最后一组第a组电池做放电和容量测试时，并计算第a组电池的实际容量的同时，利用第a组电池放出的电能为第(a-1)组电池进行反向充电，从而在容量测试的过程中无需为了保证备电时间充足对电池充电而多次暂停，可以加快电池容量测试进度，进而提高电池容量测试效率。
75.请一并参阅图3，图3是本发明实施例提供的一种ups电池间反向充电的结构示意图，如图3所示，不间断电源1包括总充放电器11、控制器12和其它未标注的基础部件，不间断电源1通过总充放电器11和4个电池a、b、c和d各自对应的充放电器22连接，4个充放电器22与总充放电器11分别与控制器12连接，控制器12用于控制各个充放电器22与总充放电器11的开/关，此时，在利用电池b放电并向电池a反向充电的过程中，关闭总充放电器11以及关闭无需充电或放电的其它电池c和d的充放电器22。
76.请一并参阅图4，图4是本发明实施例提供的一种ups电池间反向充电的方法流程图，如图4所示，步骤s3～s4可以包括以下步骤：
77.s41：判断所有电池中剩余未放电的电池数量是否大于上一组同时放电的电池数量。若是，执行步骤s42；否则，执行步骤s43。
78.s42：关闭不间断电源的总充放电器，并控制剩余未放电的电池中任意下一组电池同时放电并对上一组电池进行反向充电；关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使上一组电池彻底充满，转向步骤s41。
79.其中，由于考虑到每个电池所连接的充放电器具有细微的损耗，因此在下一组电池放电完毕时，上一组电池不一定被反向充电充满，因此需要开启ups的总充放电器对上一组电池彻底充满。
80.s43：关闭不间断电源的总充放电器，并控制剩余未放电的所有电池同时放电并对上一组电池进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至剩余未放电的所有电池放电完毕，重新开启总充放电器，使所有电池彻底充满。
81.可选地，步骤s43中，对上一组电池进行反向充电包括对上一组电池中任意同等数量的电池进行反向充电，或者对上一组电池所有电池进行反向充电。
82.其中，剩余未放电的所有电池放电完毕，也即ups的所有电池都放电完毕时，判定电池容量测试完毕，此时开启总充放电器，对ups的所有电池彻底充满，包括最后一次进行放电的电池、上一组电池中未被反向充电的电池以及上一组电池中由于充放电器损耗而被反向充电未充满的电池。
83.举例来说，如图3所示，假设总共有4个电池a、b、c和d，其中确定出1个冗余的电池，那么可以控制任意1个电池(如a)放电，a放电完毕时，剩余未放电的电池数量为3，3大于1，则控制未放电的3个电池中的任意1个电池(如b)进行放电并对上1个已放电完毕的电池a进行反向充电，以此循环直至4个电池均完成放电。
84.再举例来说，假设总共有5个电池a、b、c、d和e，其中确定出2个冗余的电池，那么可
控制5个电池中任意1或2个进行放电。当控制任意2个电池(如a和b)同时放电，放电完毕时，剩余未放电的电池数量为3，3大于2，则控制未放电的3个电池中的任意2个电池(如c和d)同时放电并对电池a和b进行反向充电，等电池c和d放电完毕时，开启总充放电器对电池a和b彻底充满，此时剩余未放电的电池数量为1，1小于2，则控制剩余的电池e对电池c和/或d进行反向充电，直至电池e放电完毕时，开启总充放电器对c、d和e彻底充满。
85.又举例来说，假设总共有5个电池a、b、c、d和e，控制其中3个电池(如a、b和c)同时放电，放电完毕时，剩余未放电的电池数量为2，2小于3，则控制未放电的2个电池d和e同时放电并对电池a、b和c中任意两个或三个进行反向充电，直至电池d和e放电完毕时，开启总充放电器对a、b、c、d和e彻底充满。
86.作为一种可选的实施方式，在反向充电的过程中，在反向充电的过程中，由于上一组电池经过放电完成后，电压低于正常电池电压，具体通过充放电器调高下一组电池的电压，使下一组电池的电压高于上一组电池的电压，以使下一组电池同时放电并对上一组电池进行反向充电。
87.可选地，充放电器包括dc/dc电源模块，该dc/dc电源模块是可以直接贴装在印刷电路板上的电源供应器，有降压和升压两种，其特点是可为专用集成电路、数字信号处理器、微处理器、存储器、现场可编程门阵列及其他数字或模拟负载提供供电。
88.本实施例提供一种不间断电源的电池容量测试方法，通过在不间断电源的输入正常时控制不间断电源进入输入限流模式，并控制不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包括一个或多个电池串联而成；然后控制不间断电源退出输入限流模式；继而关闭不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使上一组电池彻底充满；对下一组电池重复执行关闭总充放电器、同时放电并对上一组电池进行反向充电、再重新开启总充放电器使上一组电池彻底充满的步骤，直至所有电池放电完毕，开启总充放电器，使所有电池彻底充满，从而可以在进行电池容量测试时通过电池之间循环进行反向充放电，在对下一组电池进行放电测试的同时对上一组电池进行充电，因此加快电池容量测试进度，进而提高电池容量测试效率。
89.实施例2
90.如图5所示，本实施例提供一种不间断电源的电池容量测试装置，包括第一控制单元501、第二控制单元502和第三控制单元503，其中：
91.第一控制单元501，用于在不间断电源的输入正常时，控制不间断电源进入输入限流模式，并控制不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包括一个或多个电池串联而成；
92.第二控制单元502，用于控制不间断电源退出输入限流模式；
93.第三控制单元503，用于关闭不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使上一组电池彻底充满；以及，对下一组电池重复执行以上操作，直至所有电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使所有电池彻底充满。
94.可选地，还包括未图示的设定单元，用于在第一控制单元501控制不间断电源的所
有电池中任意一组电池同时放电之前，获取电池管理系统检测到的不间断电源所有电池的当前总容量；并获取不间断电源的输出负载容量；并根据所有电池的当前总容量和输出负载容量，确定出冗余电池数量，将其设定为允许最大同时放电的电池数量阈值；以及，同时放电的任意一组电池的数量不超过该允许最大同时放电的电池数量阈值。
95.可选地，允许最大同时放电的电池数量阈值z通过以下公式表示：
96.z＝(c
1-c2)/c1/y
97.式中，c1为所有电池的当前总容量，c2为输出负载容量，y为所有电池的数量。
98.可选地，不间断电源的每一个电池连接有一个充放电器，所有充放电器以并联方式连接于总充放电器；在任意一组电池放电过程中，关闭无需放电或充电的其它电池各自对应的充放电器。
99.可选地，在反向充电的过程中，由于上一组电池经过放电完成后，电压低于正常电池电压，具体通过充放电器调高下一组电池的电压，使下一组电池的电压高于上一组电池的电压，以使下一组电池同时放电并对上一组电池进行反向充电。
100.可选地，在任意一组电池放电过程中，若该组每一个电池的电压均低至预设截止电压，判定该组电池放电完毕。
101.可选地，充放电器包括dc/dc电源模块。
102.可选地，第一控制单元501用于控制不间断电源进入输入限流模式的方式具体是在不间断电源的输入正常、当前时刻属于预设的电池容量测试时段、且不间断电源的所有电池属于充满电状态时，控制不间断电源进入输入限流模式；输入限流模式包括削峰模式。
103.本实施例提供一种不间断电源的电池容量测试装置，通过在不间断电源的输入正常时控制不间断电源进入输入限流模式，并控制不间断电源的所有电池中任意一组电池同时放电直至放电完毕；其中，一组电池包括一个或多个电池串联而成；然后控制不间断电源退出输入限流模式；继而关闭不间断电源的总充放电器，并控制下一组电池同时放电并对上一组电池同时进行反向充电，关闭其它电池的充放电器，直至下一组电池放电完毕，重新开启不间断电源的总充放电器，使上一组电池彻底充满；对下一组电池重复执行关闭总充放电器、同时放电并对上一组电池进行反向充电、再重新开启总充放电器使上一组电池彻底充满的步骤，直至所有电池放电完毕，开启总充放电器，使所有电池彻底充满，从而可以在进行电池容量测试时通过电池之间循环进行反向充放电，在对下一组电池进行放电测试的同时对上一组电池进行充电，因此加快电池容量测试进度，进而提高电池容量测试效率。
104.显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。