专利名称：电池测试装置、方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电池测试技术，具体涉及利用例如充放电仪等测试仪器对例如液流电池等电池单体或电池堆进行测试的电池测试装置、方法和系统。
背景技术：
全钒液流储能电池(all vanadium redox flow battery,VRB)以溶解于一定浓度硫酸溶液中的不同价态的钒离子为电池充放电时正负极电极反应的活性物质。全钒液流储能电池除具有液流储能电池的普遍优点外，由于电解质金属离子只有钒离子一种，还能够避免充放电时因为离子互串而导致的电解液污染问题，并且钒电解质溶液可循环使用和再生利用，节约资源。电池测试是电化学能源研发和生产过程中的关键环节。目前在全钒液流电池单体测试中，并没有一套标准化的产品出现，最主要的方式有三种第一，应用电化学测试设备测试；第二种是利用充放电电仪，例如，铅酸蓄电池充放电电仪进行测试；第三种测试方法是利用恒流或恒压电源进行充电，以恒电阻或用电器(即恒功率)进行放电。使用电化学测试设备多为高校或科研院所，如使用电化学工作站，或电化学综合测试仪，这类设备一般提供较多的电化学测试功能，但是通常提供的电流强度较低，而且价格较高。以Princeton allpled reserch (PAR)PARSTAT 2273型电化学工作站为例，一台的价格约在30万元人民币，但只能提供2A的电流输出，要增大电流值，须购置另外的配件。在大功率全钒液流电池测试时不适用，或测试成本较为昂贵。使用恒流电源充电、使用恒电阻或用电器恒功率放电的方法虽然比较直观，在一般示范项目、展览中或一些物理学实验室也比较常用，但这种测试方法充放电的电压、电流很难自由调节，故在电化学测试中较为不便。充放电仪是目前企业最常用的测试手段，价格便宜，可以实现简单的编程，这种充放电仪，为防止电池电压过低，一般采用电压、电流双闭环控制。即在设定充放电电流时，同时设定电压下限值为U0O当电池两端电压值U大于U0时，则按照设定的电流值进行充放电测试，当电池两端电压值U小于U0时，则不符合启动条件，充放电仪不启动。一般充放电仪是针对铅酸蓄电池设计的，铅酸蓄电池单体额定电压为2V，一个电池组由6片单体电池组成，额定电压是12V。对于全钒液流电池来说，电池单体充满时开路电压OCV值一般不超过 1. 65V，放完时一般不超过1. 3V，放电后的工作电压会更低，有时会小于IV，故不完全适用。 因此经常做法是要求厂家定做设备，增加摩斯电路，因此，使用一台充放电仪就需要定做一台，由此带来较高的技术改造费用和较长的周期。此外，电化学测试设备及充放电仪只能记录电池的电压、电流以及单体电池(或电堆，即，由电池单体通过串联或并联组成的电池组)温度的变化特征，对于钒电池运行的其他工艺参数状态(如电解液流速或流量，电解液温度、储液罐内电解液液位变化等)无法记录。即，在测试过程中无法耦合电池性能与电池运行状态的对应关系。另外，液流电池在运行过程中电解液是在电池内外循环的，且对温度较为敏感，已发生过电解质析出而阻塞管路、碳毡电极表面杂质堵塞管路、电解液泄漏或副反应(如发生水电解反应)等问题。又由于全钒液流电池容量与功率相对独立，有些情况下连续测试时间要远远长于其他种类的电池，因此对测试的便捷性和安全性有非常高的要求。

发明内容
针对现有技术中的一个或多个问题，本发明的一个目的是提供一种电池测试装置、方法和系统，其利用例如充放电仪等测试仪器对例如液流电池等电池单体或电池堆进行测试。根据本发明一方面，提供了一种电池测试装置，包括测试仪器，与待测试的电池相连，用于执行电池测试；以及电压补偿装置，连接在电池与测试仪器之间，用于对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试。 根据本发明实施例，当电池两端电压不小于测试仪器启动电压时，电压补偿装置不提供补偿电压；当电池两端电压小于测试仪器启动电压时，电压补偿装置提供补偿电压。根据本发明实施例，电压补偿装置包括补偿电源、电流限制器和补偿控制器，电流限制器与测试仪器、补偿控制器、补偿电源以及电池相连，补偿电源用于提供补偿电压，所述补偿电压对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿；电流限制器用于将通过电压补偿装置的电流限制到零或接近零；以及补偿控制器用于根据测试仪器启动电压和电池两端电压来控制所述补偿电源，并根据电池两端电压和补偿电压来控制电流限制器。根据本发明实施例，电池包括液流电池单体或电池堆，测试仪器包括充放电仪。备选地，电池包括全钒液流电池。根据本发明另一方面，提供了一种电池测试方法，包括如下步骤在利用测试仪器测试电池的情况下，当电池两端电压小于测试仪器启动电压时，提供补偿电压，对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试。根据本发明实施例，测试方法还包括当电池两端电压与补偿电压不相等时，进行电流限制，以将通过电压补偿装置的电流限制到零或接近零。根据本发明又一方面，提供了一种电池测试系统，包括测试仪器，用于执行电池测试；电池监测装置，用于监测电池测试过程中电池的状态，并提供有关电池状态的信息， 其中，有关电池状态的信息包括电池两端电压；电压补偿装置，连接在电池与测试仪器之间，电压补偿装置从电池监测装置获得电池两端电压，并对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试；以及分析控制装置，与测试仪器和电池监测装置相连，用于从电池监测装置获得有关电池状态的信息以及从测试仪器获得测试结果，分析有关电池状态的信息以及测试结果，并根据分析结果控制测试仪器和电池监测装置的操作。根据本发明实施例，当有关电池状态的信息的分析结果显示了电池状态异常、或者测试仪器发生故障时，分析控制装置向测试仪器和电池监测装置发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，测试系统还包括一个或多个渗漏检测器，安装在测试系统中易于发生电池电解液渗漏的一个或多个位置处，并连接至分析控制装置，每个渗漏检测器用于检测电池电解液的渗漏，并在检测到渗漏发生时向分析控制装置通知发生了渗漏。根据本发明实施例，当有关电池状态的信息的分析结果显示了电池状态异常时， 或者测试仪器发生故障时，或者当渗漏检测器向分析控制装置通知发生了渗漏时，分析控制装置向测试仪器和电池监测装置发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，测试仪器包括充放电仪。电池监测装置包括电压检测器、电流检测器、以及电池温度检测器。有关电池状态的信息包括电压检测器检测到的电压、电流检测器检测到的电流或电池温度检测器检测到的电池温度。当电压、电流和电池温度之一超过预定值范围时，分析结果显示电池状态异常，分析控制装置发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，测试系统还包括正极电解液储液罐和负极电解液储液罐，用于存储要提供给电池的电解液。根据本发明实施例，电池监测装置还包括如下中的一个或多个正极气压检测器、负极气压检测器、正极电解液流量测试器、负极电解液流量测试器、正极进液计量泵、负极进液计量泵、正极电解液温度检测器、负极电解液温度检测器。有关电池状态的信息还包括正极气压、负极气压、正极电解液流量、负极电解液流量、正极计量泵泵速、负极计量泵泵速、正极电解液温度、负极电解液温度中的一个或多个。当上述有关电池状态的信息之一超过预定值范围时，分析结果显示电池状态异常，分析控制装置发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，利用电压补偿装置，可提供补偿电压用于充放电仪的启动，从而解决了例如铅酸蓄电池充放电仪等测试仪器在液流电池电压较低不能启动的问题，提供了成本低、操作方便的电池测试。此外，针对液流电池，提供了渗漏检测槽与渗漏测试器结合而成的渗漏检测器，能够及时、方便地检测到电解液渗漏。此外，测试系统能够进行连锁控制，确保在电池状态异常、测试仪器发生故障或者电解液渗漏情况下自动进行连锁控制， 停止系统运行，保证无人值守状态下的安全性。


下面的附图表明了本发明的实施方式。这些附图和实施方式以非限制性、非穷举性的方式提供了本发明的一些实施例。图1是根据本发明实施例的电池测试装置的示意框图；图2是图1中电压补偿装置的补偿控制器的示意框图；图3是图1中电压补偿装置的电流限制器的示例；图4是根据本发明实施例的电池测试方法的流程图；图5是根据本发明实施例的电池测试系统的示意框图；图6是根据本发明另一实施例的电池测试系统的示意框图；图7是图6中渗漏检测器的示例；图8示出了根据本发明实施例的电池测试系统的示例。图9示出了图8示例中电压补偿模块的示例构成。
具体实施例方式下面详细说明本发明实施例的电池测试装置、方法和系统。在接下来的说明中，一些具体的细节，例如实施例中的具体电路结构和这些电路元件的具体参数，都用于对本发明的实施例提供更好的理解。本技术领域的技术人员可以理解，即使在缺少一些细节或者其他方法、元件、材料等结合的情况下，本发明的实施例也可以被实现。下面的描述以液流电池单体或电池堆，例如全钒液流电池单体或电池堆为例，但是，本发明实施例不限于此，而是还可以应用于其他多种电池及其组合形式。在接下来的详细说明中，将以充放电电仪，例如铅酸蓄电池充放电电仪，作为测试仪器，对本发明实施例进行阐述，以使本领域技术人员能够更好的理解本发明实施例。然而本领域的技术人员应该理解，这些说明只是示例性的，并不用于限定本发明的范围，而是还可以采用其他任意适合的电池测试仪器。图1是根据本发明实施例的电池测试装置的示意框图，图中还示出了表示电池的方框，以使本领域技术人员能够更好的理解本发明实施例。电池测试装置总体示为10，包括测试仪器14，与待测试的电池相连，用于执行电池12测试；以及电压补偿装置16，连接在电池12与测试仪器14之间，用于对测试仪器14启动电压与电池12两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器14执行测试。例如，电池12是液流电池单体或电池堆，例如全钒液流储能电池VRB，测试仪器14是充放电电仪，例如常用的铅酸蓄电池充放电电仪。如背景技术中所述，一般的充放电仪具有设定的电压下限值UciQ卩，启动电压)，当待测试的电池两端电压值U大于Utl时，则进行充放电测试，当电池两端电压值U小于Utl时， 则不符合启动条件，充放电仪不启动。由于充放电仪通常是针对铅酸蓄电池设计的，全钒液流电池两端的电压通常低于充放电仪的启动电压，导致充放电仪无法启动。为了解决该问题并且为了能够以低成本方便地利用常用的充放电仪测试全钒液流电池，本发明实施例提供了连接在电池12与测试仪器14之间的电压补偿装置16，当电池12两端电压U小于测试仪器14启动电压Utl，导致无法启动充放电仪时，电压补偿装置16提供补偿电压U1,对测试仪器14启动电压与电池12两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器14执行测试。 例如，补偿电压仏可以是电压补偿装置16根据测试仪器14启动电压与电池12两端电压之差获得的。此外，补偿电压仏可以是在考虑到电池12的本身内阻等特性，通过理论计算或实验确定在测试仪器14与电池12之间的电流(以下称为电池电流)不为零时电池12两端电压U的最小值情况下预先设定的，从而保证在充放电电流不等于0时，电池12两端电压U始终大于补偿电压U1。如图1所示，电压补偿装置16包括补偿电源160、电流限制器162和补偿控制器 164，电流限制器162与测试仪器14、补偿控制器164、补偿电源160以及电池12相连。补偿电源160用于提供补偿电压仏。例如，补偿电源160可以是直流-直流(DC-DC)电源。 电流限制器162将通过电压补偿装置16的电流限制到零或接近零，即，将由于补偿电压U1 与电池两端电压U不相等而导致的电流流动限制到零或接近零，以防止或减小电压补偿装置16对电池测试造成的影响。补偿控制器164根据测试仪器启动电压U0和电池两端电压 U来控制补偿电源160，并根据电池两端电压U和补偿电压U1来控制电流限制器162。具体而言，当电池两端电压U不小于测试仪器启动电压U0时，补偿控制器164不进行操作，或者控制补偿电源160不提供补偿电压仏当电池两端电压U小于测试仪器启动电压Utl时，补偿控制器164控制补偿电源160提供补偿电压仏。测试启动后，即电池电流不为零时，电池两端电压U—般不等于补偿电压U1，补偿控制器164控制电流限制器162进行电流限制，以将通过电压补偿装置16的电流限制到零或接近零。图2是图1中电压补偿装置16的补偿控制器164的示意框图，补偿控制器164包括电压输入模块210，用于输入电池两端电压U ；控制模块212，连接至电压输入模块210，用于从电压输入模块210接收电池两端电压U，将电池两端电压U与测试仪器启动电压U0相比较，根据比较结果产生补偿控制指令，以及将电池两端电压U与提供的补偿电压U1进行比较，根据比较结果产生电流限制指令；以及指令输出模块214，从控制模块212接收补偿控制指令和电流限制指令，并分别输出至补偿电源160和电流限制器162。补偿电源160和电流限制器162分别接收补偿控制指令和电流限制指令，并根据补偿控制指令和电流限制指令进行相应的操作。根据本发明实施例，电压输入模块210可以连接至例如电压检测器(未示出)等用于测量电池12两端电压U的装置，以输入电池12两端电压U。根据本发明实施例，当电池两端电压U小于测试仪器启动电压U0时，控制模块212 产生补偿控制指令，该补偿控制指令指示了需要提供补偿电压以及/或者需要提供的补偿电压的值。当电池两端电压U不等于补偿电压U1时，控制模块212产生电流限制指令，该电流限制指令指示了需要进行电流限制。根据本发明实施例，控制模块212可以是例如单片机、微控制器、微处理器等可编程器件。图3是图1中电压补偿装置16的电流限制器162的示例。根据该示例，电流限制器162包括电流截止器件310和可变电阻312。电流截止器件310的一端连接至补偿电源 160，另一端连接至电池12和测试仪器14，使得在补偿电压U1小于电池两端电压U时截止通过电压补偿装置16的电流。根据本发明实施例，电流截止器件310可以是例如二极管等器件，其阳极与补偿电源160相连，阴极与电池12和测试仪器14相连，从而在U1 < U时被截止，以截断补偿电源160与电池12和测试仪器14之间的电流流动，从而使得通过电压补偿装置16的电流为零。可变电阻312的一端连接至补偿控制器164，另一端连接至电池12和测试仪器 14，从而在补偿电压U1大于电池两端电压U时，在补偿控制器164的控制下，增大可变电阻 312的电阻值，使得通过电压补偿装置16的电流接近零。如上所述，根据本发明实施例，可以预先设定在电池电流不为零时的电池12两端电压U始终大于补偿电压仏，确保将通过电压补偿装置16的电流截止，防止了电压补偿装置16的操作对电池测试造成的影响。以上参照图1-3具体描述了根据本发明实施例的电池测试装置10，其中加入了电压补偿装置16。虽然图中示出电压补偿装置16与测试仪器14结合在电池测试装置10中， 但是本领域技术人员可以理解，电压补偿装置16与测试仪器14可以是分立的，可以根据需要将电压补偿装置16应用于其他测试仪器。本领域技术人员可以理解，在本发明实施例中，利用价格相对低廉且技术相对成熟的铅酸蓄电池充放电仪为基础设备，以及全钒液流电池的技术需求为指导，加入电压补偿装置，解决了由于全钒液流电池电压低而导致的充放电仪无法启动问题，使得铅酸蓄电
8池充放电仪能够灵活地适用于不同情况的全钒液流电池充放电测试。由于铅酸蓄电池充放电仪为市场成熟产品，产品资源丰富，可以减少全钒液流电池测试系统的研发周期。相对于现有技术中为测试液流电池而定做充放电仪的方法，本发明具有成本低、操作方便、系统开发周期短等优点。下面参照图4描述根据本发明实施例的电池测试方法，图4示出了电池测试方法 400的具体流程图，例如，可以利用图1示出的电池测试装置10进行图4所示方法。在利用测试仪器14测试电池12的情况下，当电池两端电压U小于测试仪器启动电压U0时，电压补偿装置16提供补偿电压仏，对测试仪器启动电压Utl与电池两端电压U之差进行补偿，使得能够启动测试仪器14执行测试。此外，当电池两端电压U与补偿电压U1不相等时，电压补偿装置16进行电流限制，以将由于电池两端电压U与补偿电压U1不相等而引起的电流流动限制到零或接近零。如图4所示，在开始进行利用测试仪器14测试电池12时，在步骤402，比较电池两端电压U与测试仪器启动电压U。。在步骤404，如果电池两端电压U小于测试仪器启动电压U0,则在步骤406产生如上所述的补偿控制指令，在步骤408根据补偿控制指令提供补偿电压U”并在步骤410启动测试仪器14进行测试。在步骤404，如果电池两端电压U不小于测试仪器启动电压U0,则电压补偿装置16不进行补偿操作，在步骤410测试仪器14直接启动进行测试。在步骤412，比较电池两端电压U与补偿电压Up在步骤414，如果电池两端电压U与补偿电压U1不相等，则在步骤416产生如上所述的电流限制指令，在步骤418 根据电流限制指令进行电流限制。根据本发明实施例，测试方法400还可以包括如下初始步骤设定补偿电压U1，使得补偿电压U1始终小于电池两端电压U,以便将电流限制到零。虽然顺序地示出了上述步骤，但是本领域技术人员可以理解，上述步骤的顺序可以改变或者可以并行地执行，例如提供补偿电压的步骤与电流限制步骤是可以并行执行的。下面参照图5描述根据本发明一个实施例的电池测试系统50。图中还示出了表示电池12的方框，以使本领域技术人员能够更好的理解本发明实施例。为了清楚起见，仅仅简单示出了各个组件及其之间的连接关系，甚至省略了一些连接关系。但是，本领域技术人员基于以上针对本发明实施例的详细描述，结合本领域的电池测试技术，能够理解图5所示示例仅仅是为了阐述和示意目的，而非限制性的。图中电池测试系统50可以包括测试仪器52，用于执行电池测试；电池监测装置M，用于监测电池测试过程中电池12的状态，并提供有关电池状态的信息，其中，有关电池状态的信息包括电池两端电压U;电压补偿装置 56，连接在电池12与测试仪器52之间，电压补偿装置56从电池监测装置M获得电池两端电压U,并对测试仪器52启动电压U0与电池两端电压U之差进行补偿，使得能够启动测试仪器52执行测试；以及分析控制装置58，与测试仪器52和电池监测装置M相连，用于从电池监测装置M获得有关电池状态的信息以及从测试仪器52获得测试结果，分析有关电池状态的信息以及测试结果，并根据分析结果控制测试仪器52和电池监测装置M的操作。根据本发明实施例，测试仪器52可以是如上参照图1描述的测试仪器14，电压补偿装置56可以是如上参照图1-3描述的电压补偿装置16。测试仪器52和电压补偿装置 56可以结合在一起作为上述电压测试装置10，也可以作为分立的部件。为避免赘述，这里不再对电压补偿装置56的构成和操作进行详细描述。根据本发明实施例，分析控制装置58还可以启用针对电池测试系统50的安全功能，例如连锁功能。具体而言，当分析控制装置58分析有关电池状态的信息，并且确定出现了电池状态异常时、或者发现测试仪器发生故障时，分析控制装置58向测试仪器52和电池监测装置M发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，分析控制装置58 还可以发出报警。根据本发明实施例，电池监测装置M可以包括电压检测器、电流检测器、以及电池温度检测器，用于对电池两端电压、流过电池的电流强度以及电池的温度进行检测，并提供相应的检测值作为电池状态信息。电池监测装置M将这些检测值提供给分析控制装置 58，分析控制装置58分析这些检测值中的一个或多个是否超出预定值范围，并且在这些检测值之一超过预定值范围时，确定出现了电池状态异常，并向测试仪器52和电池监测装置 54发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，可以为检测值设定两个预定值范围安全值范围与连锁值范围。当这些检测值之一超过安全值范围而在连锁值范围内时，分析控制装置58发出报警， 并且可以向用户通知报警原因。当这些检测值之一超过连锁值预定值范围时，分析控制装置58发出连锁指令，以停止测试系统的运行。例如，分析控制装置58可以通过连锁指令首先切断电池充电或放电的电流，再中止测试仪器52和电池监测装置M的操作，最后切断总电源。由于具有连锁安全功能，测试系统50能够进行连锁控制，确保在电池状态异常、 或测试仪器发生故障时自动进行连锁控制，停止系统运行，保证无人值守状态下的安全性。下面参照图6描述根据本发明另一个实施例的电池测试系统60。图中还示出了表示电池12的方框，以使本领域技术人员能够更好的理解本发明实施例。为了清楚起见， 仅仅简单示出了各个组件及其之间的连接关系，甚至省略了一些连接关系。但是，本领域技术人员基于以上针对本发明实施例的详细描述，结合本领域的电池测试技术，能够理解图6 所示示例仅仅是为了阐述和示意目的，而非限制性的。电池测试系统60与图5所示测试系统50相比，增添了一个或多个渗漏检测器62 (为示出方便，仅示出了一个渗漏检测器62)， 安装在测试系统60中易于发生电池电解液渗漏的一个或多个位置处，并连接至分析控制装置58，每个渗漏检测器62用于检测电池电解液的渗漏，并在检测到渗漏发生时向分析控制装置58通知发生了渗漏。此外，针对液流电池，测试系统60还包括正极电解液储液罐64 和负极电解液储液罐66，用于存储要提供给电池12的电解液。如上所述，电池12可以是例如全钒液流电池，液流电池在运行过程中电解液是在电池内外循环的，且对温度较为敏感，容易发生过电解质析出而阻塞管路、碳毡电极表面杂质堵塞管路、电解液泄漏或副反应(如发生水电解反应)等问题，导致系统内电解液流动阻力增加，乃至发生局部或全部密封失效，造成电解液泄露。对此，提供了上述渗漏检测器62， 渗漏检测器62可以具有不同的尺寸，分别安装在水泵、接口、电池堆等电解液易于渗漏处。在测试系统10中，渗漏检测器62在检测到渗漏发生时向分析控制装置58通知发生了泄漏，继而分析控制装置58发出连锁指令，以停止测试系统的运行。由此，可以及时、 方便地检测到电解液渗漏并采取相应的安全措施。此外，对于液流电池，除了电池的电压、电流以及单体电池(或电池堆，即，由电池单体通过串联或并联组成的电池组)温度的变化特征之外，在进行测试时还有必要关注电池运行的其他工艺参数状态(如电解液流速或流量，电解液温度、储液罐内电解液液位变化等)。对此，根据本发明实施例，电池监测装置M还包括如下中的一个或多个正极气压检测器、负极气压检测器、正极电解液流量测试器、负极电解液流量测试器、正极进液计量泵、负极进液计量泵、正极电解液温度检测器、负极电解液温度检测器。这些组件的功能是检测相应的数值，均可使用现有技术或成熟产品来实现。例如，正极电解液温度检测器、负极电解液温度检测器分别与正极电解液储液罐64和负极电解液储液罐66相连，分别检测正极电解液温度、负极电解液温度。正极气压检测器和负极气压检测器可以分别与正极电解液储液罐64和负极电解液储液罐66相连，对电解液循环内部气压的检测。本领域技术人员可以理解，在电池充放电过程当中，不免会发生副反应，其中一个反应就是电解液主要溶剂(水)发生电解，变为氢气和氧气，使得正负极储罐内压力上升。另外负极要通入惰性保护气体，负极气压检测器也是控制惰性保护气体压力的一个手段。此外，根据本发明实施例，在电池运行过程当中，由于电路、仪器、电池内阻在通电过程中产生焦耳热，或由于泵传输零部件摩擦也会产生热量，电池发生反应也会伴随着热效应等，热量通过电解液循环而积聚，最终导致电解液或电池温度上升。因此，还可以提供正极散热器和正极散热器，对电解液向周围环境进行换热控制，以控制电解液及电池温度。在测试系统60中，除了电池两端电压、流过电池的电流强度以及电池的温度之外，电池监测装置M将上述部件提供的例如正极气压、负极气压、正极电解液流量、负极电解液流量、正极计量泵泵速、负极计量泵泵速、正极电解液温度、负极电解液温度中的一个或多个检测值提供给分析控制装置58，分析控制装置58分析这些检测值中的一个或多个是否超出预定值范围，并且在这些检测值之一超过预定值范围时，确定出现了电池状态异常，并发出连锁指令，以停止测试系统的运行。根据本发明实施例，分析控制装置58可以与电池监测装置M所包括的每一个检测或测试部件相连，并在确定出现了电池状态异常，发出连锁指令，停止所有部件的运行。图7示出了图6中渗漏检测器62的示例，为清楚起见，图7仅仅示出了渗漏检测器62的主体功能部分。如图7所示，渗漏检测器62包括渗漏检测槽70、以及在槽底位置放置的渗漏测试器72。在发生电解液渗漏时，渗漏的电解液沿渗漏检测槽70的槽壁下流到渗漏测试器72，激活渗漏测试器72，从而检测到渗漏发生。同时，该渗漏检测器槽壁面积远大于泄漏点的面积，当泄露出发生非竖直方向的电解液泄漏时(如内部压力过高造成的电解液喷射)，槽壁可以收集并检测非竖直方向泄漏的电解液，亦可防止部分或全部电解液喷射到人或地面，起到一定的安全保护作用。本领域技术人员可以理解，渗漏检测槽70可以根据安装的位置，具有不同的尺寸、结构和形状，以便于将渗漏的电解液引导至渗漏测试器72。例如，渗漏检测槽70的弯折角度可以发生改变。如图所示，角度θ取值可以为0° 至180°，一般取值为10°至45°，最佳取值区间为10°至30°。可以在槽内最下端安装渗漏测试器72，但是也可以根据渗漏检测槽70的形状、结构和尺寸，安装在渗漏测试器72 上不同的位置处。渗漏测试器72可以是能够由电解液导通的检测电路。在电解液无渗漏过程中，渗漏测试器72始终保持断路。当有电解液渗漏时，电解液沿槽壁下流至渗漏测试器72安装处，由于电解液中的自由离子，使得液渗漏测试器72的正负电极导通，由此激活了渗漏测试器72，产生相应的信号，提供给分析控制装置58，以通知发生了电解液渗漏。根据本发明实施例，渗漏检测器62可以包括信号采集器(未示出)，将产生的信号上传至分析控制装置58。以上对根据本发明实施例的电池测试系统进行了详细描述。根据本发明实施例的电池测试系统利用电压补偿装置，可提供补偿电压用于充放电仪的启动，从而解决了例如铅酸蓄电池充放电仪等测试仪器在液流电池电压较低不能启动的问题，提供了成本低、操作方便的电池测试。此外，针对液流电池，提供了渗漏检测槽与渗漏测试器结合而成的渗漏检测器，能够及时、方便地检测到电解液渗漏。此外，测试系统能够进行连锁控制，确保在电池状态异常、测试仪器发生故障或者电解液渗漏情况下自动进行连锁控制，停止系统运行， 保证无人值守状态下的安全性。下面参照图8，描述根据本发明实施例的电池测试系统60的示例。图8所示的示例中，为了清楚起见，仅仅简单示出了各个组件及其之间的连接关系，甚至省略了一些连接关系。但是，本领域技术人员基于以上针对本发明实施例的电池测试系统的详细描述，结合本领域的电池测试技术，能够理解图8所示示例仅仅是为了阐述和示意目的，而非限制性的。图8所示示例是利用充放电仪测试全钒液流电池的电池测试系统，如图8所示，该测试系统包括钒电池单体(或钒电池堆)1，电压补偿模块2，充放电仪3，电压检测器5， 电流检测器5，正极气压检测器6，负极气压检测器7，上位机8，正极换热器Cl，负极换热器 C2，正极电解液流量测试器F1，负极电解液流量测试器F2，正极进液计量泵P1，负极进液计量泵P2，正极电解液温度检测器Rl，负极电解液温度检测器R2，电池单体温度检测器R3，电解液渗漏测试器R4，正极电解液储液罐Tl，负极电解液储液罐T2。电压补偿模块2可以对应于上述电压补偿装置，上位机8可以对应于上述分析控制装置。上位机8可以是个人计算机PC。上位机8还可以包括或连接至可以实现连锁等安全功能的控制器，该控制器分别连接至上述组件，包括充放电仪3，电压检测器5，电流检测器5，正极气压检测器6，负极气压检测器7，正极电解液流量测试器F1，负极电解液流量测试器F2，正极进液计量泵P1，负极进液计量泵P2，正极电解液温度检测器R1，负极电解液温度检测器R2，电池单体温度检测器R3和电解液渗漏测试器R4，以接收来自这些组件的检测值或测试值。可以针对各个检测值或测试值设定安全值范围和连锁值范围。当上位机8确定所有检测值或测试值处于安全值范围时，系统正常运行；当上位机8确定检测值或测试值之一超出安全值范围而在连锁值范围内时，上位机8报警和/或显示报警原因。当上位机 8确定检测值超出连锁值范围时，上位机8报警和/或显示报警原因，并对安全控制器发出连锁指令，安全控制器进行连锁控制，一般顺序是先断电(指电池充电或者放电的电流)， 再终止电解液注入，最终切断系统电源。例如，正极电解液温度安全值范围是15 38°C，连锁值范围是10 45°C，当正极电解液温度检测器Rl检测值为25°C时，系统正常运行，当Rl-正极电解液温度检测器检测值为40°C时，系统继续运行，但上位机8通过蜂鸣器出报警音，并显示报警原因；当正极电解液温度检测器Rl检测值达到45 0C，上位机8通过蜂鸣器发出连锁警报音，显示报警原因， 并向安全控制器发出连锁指令，进行连锁控制。例如可以首先停止电池电路充电或放电，保持正极进液计量泵Pl，负极进液计量泵运转Pl，保持正极换热器Cl，负极换热器C2继续运
12行，直至正极电解液温度检测器Rl检测值达到安全值范围后，停止正极进液计量泵P1、负极进液计量泵P2以及正极换热器Cl、负极换热器C2运转，最后切断系统电源。图9示出了图8所示的电池测试系统中电压补偿模块2的示例构成。如图9所示， 电压补偿模块2包括DC-DC补偿电源90、、补偿电源单片机控制器92、二极管94和可变电阻96，其中，DC-DC补偿电源90对应于上述补偿电源，补偿电源单片机控制器92对应于上述补偿控制器，二极管94和可变电阻96对应于上述电流限制器，并分别对应于上述电流截止器件和可变电阻。下面参照图8和图9对电池测试系统的示例的操作过程进行详细描述。本领域技术人员能够理解下面的描述仅仅是为了阐述和示意目的，而非限制性的。首先，启动钒电池单体(或钒电池堆)1，这可以采用常规启动过程。将正极电解液注入至正极电解液储液罐Tl中，由正极进液计量泵Pl打入钒电池单体(或钒电池堆)1的正极入口，由钒电池单体(或钒电池堆)1的正极出口流出，返回正极电解液储液罐Tl中。负极电解液注入至负极电解液储液罐T2中，用氮气(纯度大于 99.5%)吹扫约5分钟，吹扫过程中保证负极气压检测器7检测示数近似为零。由负极进液计量泵P2打入钒电池单体(或钒电池堆)1的负极入口，由钒电池单体(或钒电池堆)1 的负极出口流出，返回负极电解液储液罐T2中。保证以上两电极循环约5分钟，检测系统管路无泄漏之处，准备测试。然后，启动测试系统。具体而言，打开充放电仪3及电压补偿模块2，电压补充模块 2提供一个补偿电压U1，用于补偿充放电仪3的启动电压U0与钒电池单体(或钒电池堆)1 的电池两端电压U之差，以启动充放电仪3开始进行充放电。当钒电池单体(或钒电池堆)1 的两端电压U达到充放电仪3的启动电压U0时，电压补偿模块2停止运行，进入测试阶段。例如，可以设定充放电仪3，将其启动电压的取值范围设定为Utl在1. 7V 2. 8V之间。启动电压补偿模块2，此时测试电池单体两侧OCV为U = 0. 759V，不在充放电仪允许启动设定范围之内。通过电压补偿模块2提供补偿电压仏，使得U+Ui在1. 7 2. 8V范围之内，从而达到充放电仪3的启动电压Utl，开始测试。具体参照图9描述电压补偿过程。当电池充电或放电电流I =0时，电压检测器4 检测电池两端电压为U,并将数据反馈给补偿电源单片机控制器92，由单片机控制器92是判断是否满足U < U0,如不满足该条件，则补偿电源单片机控制器92无动作，此时充放电仪正常启动，测试开始；如满足该条件，则补偿电源单片机控制器92对DC-DC补偿电源90发出指令，DC-DC补偿电源90输出电压U1，使UJU > U0,此时充放电仪3正常启动，测试开始。U < U。时，DC-DC补偿电源90输出电压U1,由电压检测器4检测电池两端电压值为U，并将数据反馈给补偿电源单片机控制器10。一般条件下，U1^ U。当U1 < U时，钒电池单体(电池堆)1的电位高于DC-DC补偿电源90的电位，此时二极管94自动阻止电流由钒电池单体(电池堆)1流向DC-DC补偿电源90。当时，钒电池单体(电池堆)1的电位低于DC-DC补偿电源90的电位，由补偿电源单片机控制器92对可变电阻96发出指令， 提高可变电阻96的电阻值，保证补偿电路中电流强度接近零。此外，U。可以是系统内设值』1可以是由单片机控制器92设定的固定输出值，U为图8中电压检测器4的测量值，即补偿电源单片机控制器92判断是否U < U0,如满足，输出固定的电压值U1，使Ui+U> Utl，使充放电仪正常启动，充电开始，且比满足充电电压大于Ui+U，即满足充电电压大于仏，此时通过二极管94自动阻止充放电仪电流流向DC-DC补偿电源90。特别的，由于钒电池单体(电池堆)1本身内阻及本身特性，在I Φ 0时，U值会急速上升，可以通过理论计算或实验确定U值的最小值，设定U1值，使其低于U值最小值，从而保证在I兴0时，始终满足条件U > Up测试过程中，通过电解液渗漏测试器检测渗漏R4，并通过电压检测器4，电流检测器5，正极气压检测器6，负极气压检测器7，正极电解液流量测试器F1，负极电解液流量测试器F2，正极进液计量泵Pl，负极进液计量泵P2，正极电解液温度检测器Rl，负极电解液温度检测器R2，电池单体温度检测器R3检测电流强度、电压、钒电池单体或电池堆温度、正极电解液温度、负极电解液温度、正极计量泵泵速(即正极电解液流量)、负极电解液泵速(即负极电解液流量)、正极电解液储液罐液位及气压、负极电解液储液罐液位及气压。如上所述，当这些检测值之一超出预设的安全值范围时(高于上限或低于下限)，系统通过上位机 8开始报警；当系统中电流强度、电压、钒电池单体或电池堆温度、正极电解液温度、负极电解液温度、正极计量泵泵速(即正极电解液流量)、负极电解液泵速(即负极电解液流量)、 正极电解液储液罐液位、负极电解液储液罐液位超出预设的连锁值范围，或发生电解液泄漏、或发生充放电仪故障时，系统通过上位机8发出连锁指令，进行连锁保护。上述本发明的说明书和实施方式仅仅以示例性的方式对本发明实施例的电池测试装置、方法和系统进行了说明，并不用于限定本发明的范围。对于公开的实施例进行变化和修改都是可能的，其他可行的选择性实施例和对实施例中元件的等同变化可以被本技术领域的普通技术人员所了解。本发明所公开的实施例的其他变化和修改并不超出本发明的精神和保护范围。
权利要求
1.一种电池测试装置，包括测试仪器，与待测试的电池相连，用于执行电池测试；以及电压补偿装置，连接在电池与测试仪器之间，用于对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试。
2.根据权利要求1所述的测试装置，其中，电压补偿装置包括补偿电源、电流限制器和补偿控制器，电流限制器与测试仪器、补偿控制器、补偿电源以及电池相连，补偿控制器用于根据测试仪器启动电压和电池两端电压来控制所述补偿电源，并根据电池两端电压和补偿电压来控制电流限制器；补偿电源用于在电池两端电压小于测试仪器启动电压时，受补偿控制器控制，来提供补偿电压，所述补偿电压对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿；电流限制器用于在电池两端电压不等于补偿电压时，受补偿控制器控制，将通过电压补偿装置的电流限制到零或接近零。
3.根据权利要求2所述的测试装置，其中，补偿控制器包括电压输入模块，用于输入电池两端电压；控制模块，连接至电压输入模块，用于从电压输入模块接收电池两端电压，将电池两端电压与测试仪器启动电压相比较，在电池两端电压小于测试仪器启动电压时产生补偿控制指令，以及将电池两端电压与提供的补偿电压进行比较，在电池两端电压不等于补偿电压时产生电流限制指令，其中，该补偿控制指令指示了需要提供补偿电压以及/或者需要提供的补偿电压的值，该电流限制指令指示了需要进行电流限制；以及指令输出模块，从控制模块接收补偿控制指令和电流限制指令，并分别输出至补偿电源和电流限制器；其中，补偿电源和电流限制器分别接收补偿控制指令和电流限制指令，并根据补偿控制指令和电流限制指令进行相应的操作。
4.根据权利要求2所述的测试装置，其中，电流限制器包括电流截止器件和可变电阻，电流截止器件连接在补偿电源与电池之间，使得在补偿电压小于电池两端电压时截止通过电压补偿装置的电流，可变电阻连接在补偿控制器与测试仪器之间，在补偿电压大于电池两端电压时，在补偿控制器的控制下，增大可变电阻的电阻值，使得通过电压补偿装置的电流接近零。
5.根据权利要求2所述的测试装置，其中，补偿电压被设定为始终小于电池与测试仪器之间的电流不为零时的电池两端电压，以便通过电流限制器将电流截止。
6.一种电池测试方法，包括如下步骤在利用测试仪器测试电池的情况下，当电池两端电压小于测试仪器启动电压时，提供补偿电压，对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试。
7.根据权利要求6所述的测试方法，还包括当电池两端电压与补偿电压不相等时，进行电流限制，以将由于电池两端电压与补偿电压不相等而引起的电流流动限制到零或接近零。
8.根据权利要求6所述的测试方法，还包括如下初始步骤设定补偿电压，补偿电压设定值始终小于电池与测试仪器之间的电流不为零时的电池两端电压，以保证所述电流不为零时通过电压补偿装置的电流限制到零。
9.根据权利要求6所述的测试方法，提供补偿电压的步骤包括比较电池两端电压与测试仪器启动电压，根据比较结果产生补偿控制指令，该补偿控制指令指示了需要提供补偿电压以及/或者需要提供的补偿电压的值； 根据补偿控制指令提供补偿电压。
10.根据权利要求7所述的测试方法，进行电流限制的步骤包括比较电池两端电压与补偿电压，根据比较结果产生电流限制指令，该电流限制指令指示了需要进行电流限制；根据电流限制指令进行电流限制。
11.一种电池测试系统，包括 测试仪器，用于执行电池测试；电池监测装置，用于监测电池测试过程中电池的状态，并提供有关电池状态的信息，其中，有关电池状态的信息包括电池两端电压；电压补偿装置，连接在电池与测试仪器之间，电压补偿装置从电池监测装置获得电池两端电压，并对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试；以及分析控制装置，与测试仪器和电池监测装置相连，用于从电池监测装置获得有关电池状态的信息以及从测试仪器获得测试结果，分析有关电池状态的信息以及测试结果，并根据分析结果控制测试仪器和电池监测装置的操作。
12.根据权利要求11所述的测试系统，其中，当电池两端电压不小于测试仪器启动电压时，电压补偿装置不提供补偿电压； 当电池两端电压小于测试仪器启动电压时，电压补偿装置提供补偿电压；以及当电池两端电压与补偿电压不相等时，电压补偿装置进行电流限制，以将通过电压补偿装置的电流限制到零或接近零。
13.根据权利要求11所述的测试系统，其中，电池包括液流电池单体或电池堆； 所述测试系统还包括一个或多个渗漏检测器，安装在测试系统中易于发生电池电解液渗漏的一个或多个位置处，并连接至分析控制装置，每个渗漏检测器用于检测电池电解液的渗漏，并在检测到渗漏发生时向分析控制装置通知发生了渗漏。
14.根据权利要求13所述的测试系统，其中，渗漏检测器包括渗漏检测槽、以及在槽底位置放置的渗漏测试器；在发生电解液渗漏时，渗漏的电解液沿渗漏检测槽的槽壁下流到渗漏测试器，激活渗漏测试器，从而检测到渗漏发生。
15.根据权利要求13所述的测试系统，其中，当有关电池状态的信息的分析结果显示了电池状态异常时，或者测试仪器发生故障时，或者当渗漏检测器向分析控制装置通知发生了渗漏时，分析控制装置向测试仪器和电池监测装置发出连锁指令，以停止测试系统的运行。
全文摘要
提供一种电池测试装置、方法和系统，其利用例如充放电仪等测试仪器对例如液流电池等电池单体或电池堆进行测试。电池测试装置包括测试仪器，用于执行电池测试；以及电压补偿装置，连接在电池与测试仪器之间，用于对测试仪器启动电压与电池两端电压之差进行补偿，使得能够启动测试仪器执行测试。根据本发明，提供补偿电压用于充放电仪的启动，提供了成本低、操作方便的电池测试。针对液流电池，提供了渗漏检测器，能够及时、方便地检测到电解液渗漏。测试系统能够进行连锁控制，确保在电池状态异常、测试仪器发生故障或者电解液渗漏情况下自动进行连锁控制，停止系统运行，保证无人值守状态下的安全性。
文档编号G01R31/36GK102401881SQ201010284379
公开日2012年4月4日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者孙磊, 张祺, 汪国庆 申请人:新奥科技发展有限公司