欠压放电检测

欠压放电检测：保障设备安全与电池寿命的关键环节

欠压放电是指电气设备或储能元件（尤其是蓄电池）的端电压在使用过程中降低至其正常工作所需的最低允许值（即终止电压或保护电压）以下的状态。这种状态如果持续发生或未能被及时检测和处理，将带来严重的负面影响：对于蓄电池而言，深度过放电会显著加速其极板的硫酸盐化，导致容量不可逆的衰减，严重缩短其使用寿命；对于用电设备而言，欠压运行可能导致设备功能异常、性能下降，甚至关键部件损坏，或触发保护性停机造成工作中断。更严重的是，在某些高功率或控制系统中，欠压状态可能引发误操作或安全事故。因此，欠压放电检测并非一种可选项，而是现代电力电子系统、不间断电源(UPS)、电动汽车、便携式电子设备、新能源储能系统以及各类依赖电池供电的设备中必不可少的安全与维护措施。其核心目的在于实时监控电压状态，在电压跌落至临界阈值前发出预警或执行保护动作（如切断放电回路），从而有效保护电池核心资产，维持设备运行的稳定性和可靠性。

检测项目

欠压放电检测的核心项目通常包括：

1. 实时端电压监测： 持续或周期性地测量电池单体、模组或整包的输出电压，这是最基础的检测项目。

2. 放电终止电压判定： 将监测到的实时电压与预设的终止电压阈值进行比较，判断是否达到或低于该阈值。该阈值需根据电池化学体系（如铅酸、锂离子等）、温度、老化状态等因素科学设定。

3. 放电深度估算： 结合初始电压或电池管理系统(BMS)记录的数据，估算当前的放电深度(DOD)。深度放电(如DOD>80%)对电池寿命危害极大，提前预警很有必要。

4. 电池健康状态评估： 通过分析放电曲线、电压跌落速度等参数，辅助评估电池的健康状态(SOH)和内阻变化。

5. 预警与保护信号触发： 当检测到欠压状态时，系统需生成警报信息（声光、通信告警等）并执行预设的保护逻辑（如断开负载）。

检测仪器

执行欠压放电检测主要依赖以下仪器和设备：

1. 高精度数字电压表(DVM) / 数字万用表： 用于实验室或现场点检时手动测量电池电压。

2. 数据采集系统(DAQ)： 配备高分辨率、高精度的模拟输入模块，可同时监测多路电池电压，并记录数据用于分析。

3. 专用电池测试仪/分析仪： 集成了电压、电流、内阻等测量功能，通常具备设定放电终止条件（包括欠压点）并自动停止放电的能力，能进行完整的放电容量测试。

4. 电池管理系统(BMS)： 这是集成在电池包内部的核心检测与控制单元。BMS通过电压采样电路（通常包含精密电阻分压网络、滤波电路和隔离电路）实时采集每个单体电池或模组的电压。其核心的微控制器(MCU)将采集值进行滤波处理，与存储在存储器中的预设阈值（包括充电上限、放电下限、温度补偿曲线等）进行比较，并执行相应的状态评估、均衡、预警和保护（通过控制继电器或MOSFET）动作。

5. 示波器： 用于观测电压的动态变化过程，特别是在大电流脉冲负载下电压的瞬间跌落情况。

检测方法

欠压放电检测的实施方法通常结合硬件和软件：

1. 直接电压测量比较法（最常用）： * 硬件实现： 使用比较器电路。将被测电压（经适当分压）输入比较器的同相端，将参考电压（对应欠压阈值）输入反相端。当被测电压低于参考电压时，比较器输出翻转，产生欠压信号。这种方法响应极快。 * 软件实现（BMS中主流）： BMS的ADC模块周期性地采集电池电压信号。固件程序对采样值进行数字滤波（如滑动平均滤波）以消除噪声干扰，然后将处理后的电压值与存储在软件中的欠压阈值（可能包含温度补偿查表）进行比较。如果连续多个周期或满足特定条件（如滤波后值）低于阈值，则判定为欠压状态。

2. 放电容量累积法： BMS通过库仑计（测量电流对时间的积分）计算放出的电量(Ah)。当累积放出的电量接近或达到根据电池额定容量和预设最大允许DOD计算出的安全放电容量时，提前预警或切断放电，防止实际的端电压跌落过低。此法常作为电压比较法的补充。

3. 负载下电压跌落测试： 在设备带载运行时（特别是启动或峰值负载时），监测电池电压的瞬时跌落值。如果跌落幅度过大，超过设计允许范围，即使空载电压正常，也可能预示着电池内阻过大或连接不良，存在欠压风险。

检测标准

欠压放电检测阈值的设定和相关测试需遵循或参考一系列标准，确保安全性和兼容性：

1. 电池制造商规格书： 这是最直接的依据。电池制造商会在规格书中明确规定其产品在不同温度下的推荐放电终止电压，以及最大允许的放电电流和DOD限制。这是设定检测阈值的基础。

2. 设备制造商规范： 设备（如电动汽车、UPS）制造商根据其系统设计、电池选型和运行要求，会在设备技术规范或BMS控制策略中规定具体的欠压保护点。

3. 国家和行业标准： * GB/T 31484-2015《电动汽车用动力蓄电池循环寿命要求及试验方法》： 规定了动力电池循环寿命测试中放电终止条件（包括电压）。 * GB/T 31486-2015《电动汽车用动力蓄电池电性能要求及试验方法》： 包含放电性能测试方法，明确放电终止条件之一为达到放电终止电压。 * IEC 62133 / IEC 62619： 针对便携式/工业用二次锂电池的安全标准，包含过充、过放保护电路的要求和测试方法。 * UL 1973, UL 9540A： 储能系统安全标准，对BMS的电压监测和保护功能有严格要求。 * IEEE 1188： 针对阀控式铅酸蓄电池的维护、测试和更换推荐规程，包含放电终止电压的建议。 * YD/T 799 / YD/T 1360： 通信用铅酸/锂离子蓄电池技术要求和检验方法，规定了放电终止电压等参数。

4. 安全规范： 如各国的电气安全法规（如中国的CCC认证要求），通常要求设备具备过压、欠压等基本保护功能。

关键点： 欠压阈值并非一成不变。先进BMS会考虑温度补偿（低温下适当提高终止电压）和老化补偿（随着电池老化，适当提高终止电压，防止深度放电加速老化）。标准的符合性测试通常涉及模拟欠压条件，验证BMS能否在规定的时间内准确检测并执行保护动作。

注意事项

进行欠压放电检测时需注意：

* 精度与校准： 电压测量电路的精度至关重要。传感器、ADC和参考电压源需要定期校准，确保测量结果的准确性。

* 温度补偿： 电池性能（尤其是电压）受温度影响显著。检测算法必须包含可靠的温度补偿机制。

* 响应时间： 检测和保护动作必须在电池电压被拉低到危险水平之前完成，这对大电流放电场景尤其关键。

* 可靠性设计： 检测电路（特别是BMS中的）需要冗余设计、故障诊断和失效安全机制，防止单点故障导致保护功能失效。

* 阈值设定合理性： 阈值设置过低（过于激进）会导致过度放电风险；设置过高（过于保守）则会浪费电池可用容量。需在安全和性能/寿命之间取得最佳平衡。