一種多功能電能表電池充電回路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于電能計(jì)量技術(shù)，尤其是涉及一種多功能電能表電池充電回路。
【背景技術(shù)】
[0002] 電能表是電能計(jì)量裝置重要的組成部分，電能表安裝使用在千家萬戶，用于電費(fèi) 的結(jié)算和收取。近年來電能消費(fèi)急劇增長，電力部門需要具有更多功能的電能表來更公平 合理的收取電能費(fèi)用，以及更好的規(guī)劃電能生產(chǎn)。電池是電能表中的重要部件，關(guān)系電能表 在外部停電條件下的可靠工作。現(xiàn)場使用的電池種類較多，充電管理系統(tǒng)必須能對(duì)鎳氫、鎳 鎘等電池進(jìn)行充放電管理。
[0003] 根據(jù)電能表相關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求，電能表完全掉電后充電電池至少維持內(nèi)部時(shí)間 和寄存器數(shù)據(jù)不小于90天，特殊要求的電能表維持時(shí)間和寄存器數(shù)據(jù)為一年。然而在實(shí)際 運(yùn)行中，部分電能表電池在掉電之后電壓急劇下降，無法提供所需的電量，嚴(yán)重影響計(jì)量數(shù) 據(jù)的準(zhǔn)確性。電能表設(shè)備中現(xiàn)有充電電池管理系統(tǒng)主要存在以下問題：
[0004] 1.以電池電壓計(jì)算剩余電量，無法真實(shí)反映剩余電量，當(dāng)電池容量減少時(shí)，無法及 時(shí)發(fā)出告警信息，提醒更換電池。
[0005] 2.缺乏電池維護(hù)功能，當(dāng)電池長時(shí)間不工作時(shí)，無法對(duì)電池進(jìn)行適當(dāng)激活維護(hù)，造 成電池實(shí)際容量顯著降低。
[0006] 3.頻繁充電，縮短電池使用壽命。大多數(shù)電能表采用恒壓法對(duì)電池充電，而不是當(dāng) 電池電量低于閾值時(shí)才啟動(dòng)充電，造成電池頻繁充電。
[0007] 4.通用性差，不同充電電池的特性存在差異，電池管理系統(tǒng)通常只適用于某一類 型電池，無法滿足電池互換性要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了解決上述問題，延長電池使用壽命，提高電能表備用電源系統(tǒng)的穩(wěn)定安全性， 本實(shí)用新型提供了一種電能表電池充電回路，由充電電池 BT1、BT2,紐扣電池 BT3,二極管 Dl、D2,開關(guān)Sll、S12、S21和S22,電容Cl、C2,電阻R，電壓檢測(cè)端UB1、UB2、UR組成。
[0009] 其中，紐扣電池 BT3正極接二極管D1正極、BT3負(fù)極接二極管D2負(fù)極，充電電池 BT1通過開關(guān)S11接電源U+和U-，充電電池 BT2通過開關(guān)S21接電源U+和U-，電容C1、C2 和電阻R并聯(lián)，Cl和R中間通過開關(guān)S12連接，C2和R中間通過開關(guān)S22連接。
[0010] 本實(shí)用新型采用安時(shí)積分法評(píng)估電池的容量，先對(duì)電池進(jìn)行充電使電壓達(dá)到上限 值，然后利用電阻R進(jìn)行放電，檢測(cè)和記錄電壓UB1、UB2、UR和放電時(shí)間t，直到電池電壓降 至下限值。則電池的容量可由式（1)計(jì)算得到：
[0012] 相比于開路電壓法檢測(cè)電池容量，安時(shí)積分法的檢測(cè)結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0013]目前電網(wǎng)停電時(shí)間越來越少，運(yùn)行可靠性很高，電能表在使用過程中停電時(shí)間較 少，充電電池長時(shí)間不處于放電狀態(tài)。由鎳氫電池和鋰電池的特性可知，若電池長時(shí)間不進(jìn) 行充放電，則會(huì)影響其壽命。因此在每次充放電循環(huán)之后，記錄閑置時(shí)間T，當(dāng)T超過閾值 Td時(shí)，則需要對(duì)電池進(jìn)行維護(hù)。Td可根據(jù)電池的特性設(shè)置，一般設(shè)為3個(gè)月。鎳鎘電池則 由于"記憶效應(yīng)"，每隔一段時(shí)間需進(jìn)行一次維護(hù)放電，恢復(fù)電池性能?？紤]到電池的冗余功 能，充電電池 BT1和BT2不能同時(shí)進(jìn)行放電。必須完成一節(jié)電池的維護(hù)之后才允許對(duì)另一 節(jié)電池進(jìn)行維護(hù)，保證電能表具有合適的備用電量。進(jìn)行維護(hù)時(shí)，BT1或者BT2均利用電阻 R進(jìn)行放電。由式（2)，放電電流"由開關(guān)S12或S22的占空比設(shè)置，可根據(jù)預(yù)設(shè)放電曲線 對(duì)電池進(jìn)行放電。
[0015] 目前符合要求的鎳氫、鎳鎘電池在容量、充電截止電壓等方面存在差異。為了兼容 不同種類的電池，滿足現(xiàn)場電池互換性要求，充電電流優(yōu)選設(shè)為60mA，維護(hù)狀態(tài)中的放電電 流優(yōu)選設(shè)為120mA。充電截止電壓優(yōu)選設(shè)為6. 6V，充電狀態(tài)為恒流限壓。為減少"記憶效 應(yīng)"對(duì)電池容量的影響，充電下限電壓優(yōu)選設(shè)為4. 4V。放電時(shí)先選擇剩余電量較少的電池 放電，直至電壓降至4. 2V，再選擇剩余電量較大的電池放電。由于電能表絕大部分時(shí)間處于 外部供電狀態(tài)，因此電能表電池的充電回路不追求快速充電，而是選擇較小的充電電流。
[0016] 本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：解決了目前電池容量檢測(cè)不準(zhǔn)確、淺充淺 放、在線維護(hù)少、通用性差等問題，避免了電能表由于外部停電和電池電量低而引起寄存器 數(shù)據(jù)丟失，無法記錄電量導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。提高了電能表數(shù)據(jù)的可靠性，降低了人工維護(hù)成 本。本實(shí)用新型提出的4種工作狀態(tài)可定期對(duì)電池進(jìn)行在線維護(hù)，激活電池休眠電量，延長 了電池的壽命，有效解決電池淺充淺放的問題，減少記憶效應(yīng)的影響。
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實(shí)用新型的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述：
[0019] 如圖1所示，本實(shí)用新型提供了一種多功能電能表電池充電回路，由充電電池 811、8了2，紐扣電池^'3，二極管01、02，開關(guān)311、312、321和322，電容(：1、02，電阻1?，電壓 檢測(cè)端UB1、UB2、UR組成。
[0020] 其中，紐扣電池 BT3正極接二極管D1正極、BT3負(fù)極接二極管D2負(fù)極，充電電池 BT1通過開關(guān)S11接電源U+和U-，充電電池 BT2通過開關(guān)S21接電源U+和U-，電容C1、C2 和電阻R并聯(lián)，Cl和R中間通過開關(guān)S12連接，C2和R中間通過開關(guān)S22連接。
[0021] 所述電壓檢測(cè)端UB1用于檢測(cè)充電電池 BT1電壓。
[0022] 所述電壓檢測(cè)端UB2用于檢測(cè)充電電池 BT2電壓。
[0023] 所述電壓檢測(cè)端UR用于檢測(cè)電阻R電壓。
[0024] 所述紐扣電池 BT3優(yōu)選電壓為6V。
[0025] 所述充電電池 BT1、BT2優(yōu)選電壓為6V，額定容量均大于500mAh。
[0026] 本實(shí)用新型具有4種工作狀態(tài)：正常狀態(tài)、維護(hù)狀態(tài)、掉電狀態(tài)、保護(hù)狀態(tài)。
[0027] 一、正常狀態(tài)
[0028] 當(dāng)電能表外部供電正常時(shí)，管理系統(tǒng)運(yùn)行于正常狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電池的充電功能。當(dāng) 開關(guān)S11、S21閉合，S12、S22斷開時(shí)，系統(tǒng)處于正常狀態(tài)。此時(shí)電池 BTUBT2接于電源U+ 和U-兩端。電源U+和U-可以對(duì)電池充電，充電電流由開關(guān)S11、S21的占空比設(shè)置。當(dāng)兩 節(jié)電池的容量或者剩余電量不同時(shí)，可通過開關(guān)Sll、S21設(shè)置不同的充電電流，優(yōu)化每節(jié) 電池的充電效率，縮短整體充電時(shí)間。
[0029] 二、維護(hù)狀態(tài)
[0030] 維護(hù)狀態(tài)為電池提供了放電回路。當(dāng)開關(guān)S11、S21、S22斷開，S12閉合，或者開關(guān) Sll、S12、S21斷開，S22閉合時(shí)，系統(tǒng)處于維護(hù)狀態(tài)，電池 BT1或BT2單獨(dú)向負(fù)載電阻R放 電。維護(hù)狀態(tài)的主要功能，一是用于測(cè)試電池容量，二是用于電池的激活維護(hù)。電池長時(shí)間 使用之后容量會(huì)降低，因此需要定期測(cè)試電池容量。
[0031] 三、掉電狀態(tài)
[0032] 當(dāng)電能表外部供電異常時(shí)，電源U+和U-的電壓低于設(shè)置值，優(yōu)選4. 2V，電能表處 于掉電狀態(tài)。此時(shí)開關(guān)S12、S22斷開，Sll、S21閉合，電池 BT1和BT2并聯(lián)向電能表供電。 若BT1和BT2并聯(lián)時(shí)內(nèi)阻差別較大或者電壓差別較大時(shí)，可能會(huì)影響輸出效果?？赏ㄟ^調(diào) 節(jié)S11和S21的占空比分別設(shè)置BT1和BT2的放電電流，均衡兩電池的放電電流，提高掉電 狀態(tài)下的放電效率。
[0033] 四、保護(hù)狀態(tài)
[0034] 當(dāng)開關(guān)311、312、321、322斷開時(shí)，系統(tǒng)處于保護(hù)狀態(tài)，此時(shí)電池^'1和^'2與電能 表電源完全脫離。檢測(cè)電源U+和U-的電壓，并檢測(cè)電壓檢測(cè)端UB1、UB2、UR的電壓變化。 當(dāng)電能表由于外部電源受到擾動(dòng)（如浪涌沖擊、過電壓）而導(dǎo)致電源U+和U-過高時(shí)，為了 保護(hù)BT1和BT2免受過壓損壞，電池系統(tǒng)進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。待外部電源恢復(fù)正常后退出保護(hù) 狀態(tài)。
[0035] 若此時(shí)電能表出現(xiàn)完全掉電狀態(tài)，電源U+和U-處于完全掉電狀態(tài)，紐扣電池 BT3 通過電源U+和U-向電能表供電，保證電能表時(shí)鐘和寄存器數(shù)據(jù)不丟失。紐扣電池 BT3正 負(fù)極處安裝有二極管D1、D2,可在保證BT3不受到外部電源浪涌沖擊、過電壓沖擊或電磁擾 動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多功能電能表電池充電回路，其特征在于，由充電電池BT1、BT2,紐扣電池BT3， 二極管Dl、D2,開關(guān)Sll、S12、S21和S22,電容CUC2,電阻R，電壓檢測(cè)端UB1、UB2、UR組 成； 其中，紐扣電池BT3正極接二極管Dl正極、BT3負(fù)極接二極管D2負(fù)極，充電電池BTl通 過開關(guān)Sll接電源U+和U-，充電電池BT2通過開關(guān)S21接電源U+和U-，電容CUC2和電 阻R并聯(lián)，Cl和R中間通過開關(guān)S12連接，C2和R中間通過開關(guān)S22連接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多功能電能表電池充電回路，其特征在于，所述紐扣電 池BT3優(yōu)選電壓為6V。
【專利摘要】一種多功能電能表電池充電回路，其特征在于，由充電電池BT1、BT2，紐扣電池BT3，二極管D1、D2，開關(guān)S11、S12、S21和S22，電容C1、C2，電阻R，電壓檢測(cè)端UB1、UB2、UR組成；本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：解決了目前電池容量檢測(cè)不準(zhǔn)確、淺充淺放、在線維護(hù)少、通用性差等問題，避免了電能表由于外部停電和電池電量低而引起寄存器數(shù)據(jù)丟失，無法記錄電量導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失。提高了電能表數(shù)據(jù)的可靠性，降低了人工維護(hù)成本。本實(shí)用新型提出的4種工作狀態(tài)可定期對(duì)電池進(jìn)行在線維護(hù)，激活電池休眠電量，延長了電池的壽命，有效解決電池淺充淺放的問題，減少記憶效應(yīng)的影響。
【IPC分類】H02J7/00
【公開號(hào)】CN204947671
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520704206
【發(fā)明人】沈鑫, 閆永梅, 馬紅升, 虞麗華, 李月梅
【申請(qǐng)人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年9月11日