專利名稱：緊急電源器材的預(yù)期壽命分析的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
由于蓄電池通常是在通訊網(wǎng)絡(luò)的電源系統(tǒng)中作為緊急電源來運用的，因此有效維護這些電池顯得極為重要。當(dāng)系統(tǒng)運行時，即使在串連蓄電池組電路中有一個電池單體出現(xiàn)故障，也會影響緊急電源系統(tǒng)的可靠性。這就對通訊系統(tǒng)這樣重要的設(shè)備的穩(wěn)定運行帶來麻煩。
通常，交流蓄電池的等效電路是一個具備電阻R、電感L與電容C的串連網(wǎng)絡(luò)。在IEEE 1188-1996的論文中，建議在分析密封型蓄電池的老化狀態(tài)時只測量影響最大的電阻R因素。
通常，要衡量某種材料(比如蓄電池)的老化狀態(tài)是如何與其內(nèi)阻抗的增加成正比的，必須按圖1所示在蓄電池的兩極產(chǎn)生交流恒定電流IS，對電池的健康狀況進(jìn)行分析，且計算內(nèi)阻抗導(dǎo)致電壓下降時(阻抗電壓VIS)此類內(nèi)阻抗的數(shù)值。
眾所周知，測量密封型串連電池兩極的交流電流時，電池端子之間的交流電壓的波狀是這樣的頻率越高，電感L作用下的電壓相位比電流相位更超前，頻率越低，在電容C的作用下電流相位有滯后于電壓相位的傾向。
當(dāng)正弦波(交流恒定電流)的恒定電流生產(chǎn)于一個60-1,000HZ的頻帶寬度時，與2/Zc’的諧振頻率點相應(yīng)，相位幾乎達(dá)到能為蓄電池進(jìn)行供電的程度，于是有效阻抗的大致數(shù)值便能計算出來，方法是測量由內(nèi)阻抗產(chǎn)生的交流電壓，這時要排除電感與電容的因素。當(dāng)測定的頻率在1KHZ左右時，與電容因素作用下的阻抗相比，面間電阻變小，甚至可以忽略，電池電路與電解質(zhì)電阻或雙層系列電容器等效。衡量蓄電池的健康狀況，可以通過比較蓄電池的內(nèi)阻抗所產(chǎn)生的直流電電壓VIS與交流恒定電流IS之間的相位差來進(jìn)行，可以通過如圖1所示的為蓄電池供應(yīng)1KHZ左右的交流電正弦波的恒定電流來進(jìn)行，還可以通過測量電池兩極所產(chǎn)生的正弦波電壓的有效值與上述正弦波的交流恒定電流來進(jìn)行。
這種發(fā)明使得對蓄電池進(jìn)行有效控制成為可能，就是在對電池充電時無需通過諸如微處理器這樣的器件來把蓄電池與運行系統(tǒng)分離開來。微處理器擁有多種操作功能，它能實時測量諸如電池阻抗、端子之間的電壓與溫度等重要參數(shù)，以發(fā)現(xiàn)蓄電池的好壞狀況并在必要時發(fā)出告警信息。
此外，通過觀察緊急電源系統(tǒng)(UPS，電池充電器)在任何情況下的中斷或運行狀況來監(jiān)測電源質(zhì)量的輸出波形，可以用日報或月報數(shù)據(jù)的形式來儲存與管理有關(guān)蓄電池的健康狀況史。這種歷史記錄可用于管理緊急電源系統(tǒng)，充分利用無線通訊系統(tǒng)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
迄今為止，已實行的對于蓄電池的老化狀況的分析系統(tǒng)是一種對樣品電池的剩余容量進(jìn)行測量的系統(tǒng)以滿載的容量或必要的放電處于運行中的蓄電池，根據(jù)時間的變化來觀察電池端子之間的電壓。
這種方法已普遍運用于工業(yè)當(dāng)中。與上述方法相比，可以更準(zhǔn)確地分析運行系統(tǒng)中的蓄電池的剩余容量(壽命)；但它并不適合于發(fā)現(xiàn)所有的不良電池單體。因為那種放電的實際方法在分析蓄電池組的總剩余容量時只是掌握了電池組中電池單體的最小容量而已，所以它也并不適合于發(fā)現(xiàn)所有那種已經(jīng)老化很嚴(yán)重的電池單體。而且，在充電的狀態(tài)下分析蓄電池組的老化狀況需要投入大量的人力和成本。
為了檢查蓄電池的健康情況，已經(jīng)將測量工具商業(yè)化，以順利檢測蓄電池的端子電壓與溫度等問題，并通過“實驗室瀏覽程序”(數(shù)據(jù)分析軟件)與“數(shù)據(jù)獲取卡”來檢查每個電池。這些軟件已于近期投入商業(yè)運營，它們只測量每個蓄電池的電解液溫度以及處于浮充浮充電與充電電流之中的電壓。通過對浮充浮充電中的電池單體的端子電壓以及蓄電池的同組串聯(lián)中的電池單體的電壓進(jìn)行比較，可運用上述方法掌握老化狀況的發(fā)展程度。但由于浮動電壓本身的豐富性以及串聯(lián)或并聯(lián)中的電池的影響，端子電壓的變化并不大。而且，由于剩余容量(即老化狀況)與浮充浮充電中的端子電壓相互之間并沒有絕對的聯(lián)系，采用上述方法作為衡量蓄電池壽命或健康狀況的分析工具的可靠性是值得懷疑的。
有兩家主要公司，即日本的YUASA與加拿大的POLYTRONICS都對測量蓄電池內(nèi)阻抗的工具進(jìn)行了商業(yè)化。因為這些工具在運用集成半導(dǎo)體芯片所帶來的同步波形探測方法的基礎(chǔ)上，能產(chǎn)生與內(nèi)阻抗相一致的直流信號。當(dāng)手動測量浮充浮充電中每個蓄電池組時，并不能準(zhǔn)確地測量內(nèi)阻抗，因為交流電壓波形受到了充電紋波電流(紋波電流)的影響。
另外，對經(jīng)過測量和存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析以作為系統(tǒng)性維護管理的數(shù)據(jù)庫，對內(nèi)阻抗的手動測量是通過將測量導(dǎo)向器移向浮充浮充電中的電池的每個端進(jìn)行的。所以，分析測量的數(shù)值時存在電擊的危險，也存在重復(fù)人力的不利條件。而且，不能同時測量溫度、電解液重量以及充電電流等老化狀況分析所需的數(shù)據(jù)。要取得幾個樣品性的阻抗測量數(shù)值并不難，但要從許多電池中同時取得準(zhǔn)確的有關(guān)壽命分析的測量數(shù)值則有極大的困難。
由John W.Wurst在1994年1月25日公布發(fā)明的“在線電池阻抗測量”技術(shù)(專利號US Patent 5,281,920)是針對蓄電池的壽命分析而開發(fā)的，但它的實施方法卻完全不同。這項專利由一個電壓測量模塊構(gòu)成，模塊被連接到一組由系統(tǒng)負(fù)載控制器、電流測量系統(tǒng)與MPU控制的傳輸裝置中。阻抗數(shù)值是通過蓄電池在0.5milli-sec與20milli-sec中放電的端子電壓的減速數(shù)值來計算的。

發(fā)明內(nèi)容
此項發(fā)明分析了蓄電池的健康狀況與剩余容量，并通過在實時狀態(tài)下運行幾百次并聯(lián)與串聯(lián)電池的電路以及通過測量蓄電池的電壓、充電與放電電流、內(nèi)部溫度、內(nèi)阻抗與電解液的重量以發(fā)現(xiàn)蓄電池狀況中的各種相關(guān)因素來分析蓄電池的剩余壽命。
為了確保不中斷的電源供應(yīng)(即UPS)或維持有線與無線通訊網(wǎng)絡(luò)的電源系統(tǒng)，本發(fā)明總是通過監(jiān)測可充電蓄電池來牢牢控制對UPS這種緊急電源系統(tǒng)的運行狀況的監(jiān)測功能。
圖2顯示了基于微處理器的工作流程概念是怎樣識別緊急電源系統(tǒng)的健康狀況以及系統(tǒng)的功能結(jié)構(gòu)的。為了解釋這種結(jié)構(gòu)與工作模式，測量端子電壓V，電流I與溫度T是根據(jù)如圖2所示的從電壓、電流傳感器與熱敏電阻傳感器中得出的預(yù)定序列把蓄電池中待分析的特定數(shù)據(jù)比如端子電壓、電流與溫度等輸入MPU來實現(xiàn)的。通過MPU的ON\OFF開關(guān)開始供應(yīng)交流恒定電流IS以產(chǎn)生恒定電流源之后，蓄電池的內(nèi)阻抗就能通過MPU的程序算法計算出來，算法是基于蓄電池的內(nèi)阻抗所產(chǎn)生的電池端子恒定電流與交流電阻抗電壓的。要進(jìn)行多個電池的測量，需要準(zhǔn)備多組繼電器電路組以產(chǎn)生信號來選中某個由MPU測量的電池。蓄電池的每項基準(zhǔn)數(shù)據(jù)都是通過繼電器組合中某個選定組的一致性傳輸來連接到MPU的內(nèi)存的。內(nèi)阻抗的測量所需的恒定電流是通過繼電器電路組的傳輸被供應(yīng)到蓄電池的。
MPU對這些控制做出指令，由這些控制產(chǎn)生的信息數(shù)據(jù)儲存在測量與分析系統(tǒng)的內(nèi)存中。根據(jù)這些信息，可以通過激活MPU的老化狀況分析算法的程序來分析蓄電池的老化狀況。
鍵盤與液晶顯示器LCD是用戶的使用界面。如果在緊急電源供應(yīng)或蓄電池的輸出波形中出現(xiàn)不正常的情況，可以在測量與分析系統(tǒng)的LCD屏幕上產(chǎn)生必要的告警信息來有效地控制緊急電源系統(tǒng)與蓄電池的質(zhì)量。所獲得的數(shù)據(jù)是作為歷史資料來儲存的，它們可通過通訊設(shè)施比如串行通信被傳送到某個外部主機上。如果主機位于很遠(yuǎn)的地方或者很難從控制區(qū)域接近，比如位于有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)傳輸站，可以通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)或無線通信網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)?shù)赜嬎銠C或遠(yuǎn)程主機獲取并分析所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。所以，是可以在理解蓄電池狀況的基礎(chǔ)上制定圖表作為數(shù)據(jù)庫的。在實時狀態(tài)下對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理可以提高電源系統(tǒng)的可靠性。而且，從管理的角度來說，它的成本更為高效。


圖1是分析蓄電池老化狀況的有關(guān)內(nèi)阻抗測量的概念性方框圖。
圖2是基于此項發(fā)明的微處理器的運行方框圖。
圖3是關(guān)于此項發(fā)明的老化狀況分析系統(tǒng)的各個模塊的組織方框圖。
圖4是這項發(fā)明的功能方框圖。
圖5是有關(guān)這項發(fā)明的數(shù)據(jù)獲取程序與衡量時間的概念性方框圖。
圖6是并聯(lián)繼電器電路組的運行示范。
圖7是關(guān)于此項發(fā)明的MCU與一組傳輸電路之間的功能連接方框圖。
圖8是關(guān)于此項發(fā)明的恒流電路的方框圖。
圖9是關(guān)于此項發(fā)明的B級放大電路運行的詳細(xì)示范圖。
圖10是關(guān)于此項發(fā)明的B級放大電路運行的另一組詳細(xì)示范圖。
圖11是關(guān)于此項發(fā)明的自動脈沖計數(shù)電路的組織方框圖。
圖12是計時中斷程序的時間表。
圖13是關(guān)于此項發(fā)明的運行示范的主要程序流程圖。
圖14是恒流IS與阻抗電壓VIS的過零電路連接方框圖。
圖15是關(guān)于此項發(fā)明的老化狀況衡量與分析系統(tǒng)的有線與無線通信概念性方框圖。
圖16是關(guān)于此項發(fā)明的老化狀況衡量與分析系統(tǒng)的有線與無線通信的運行示范。
圖17是分析系統(tǒng)與各個分析單位之間的互通方框圖。
本發(fā)明具有緊急電源系統(tǒng)的老化狀況分析功能(即質(zhì)量監(jiān)測)，能提示如何通過一般的通信網(wǎng)絡(luò)在遠(yuǎn)程區(qū)域?qū)o急電源系統(tǒng)進(jìn)行管理。有關(guān)這方面的詳盡解釋是通過一個運行示范來進(jìn)行的。
圖3顯示了識別蓄電池的基本單位(通常由12節(jié)，24節(jié)與56節(jié)電池單體組成)的分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖。MPU1是對整個系統(tǒng)進(jìn)行控制與管理的中央處理器，它能在存儲原件的作用下儲存蓄電池中的每個電池單體的歷史數(shù)據(jù)。蓄電池的每個電池單體都連接到繼電器電路組中，而中繼的觸點通過4端的電路網(wǎng)絡(luò)連接到每個對應(yīng)的電池單體的端子上。MPU1的選定信號作用于繼電器電路組的輸入端子上，以激活連接在待測定的蓄電池上的傳輸線圈。然后，N號繼電器組合中被選定的1號繼電器組開始工作。在開始恒定電流源5的供應(yīng)的同時(幾個milli-seconds之后)，發(fā)出的幾十KHZ的同步脈沖信號CLK作用于恒定電流的電路中，恒定電流流入蓄電池。
蓄電池的電壓V、溫度T、阻抗Z與重量G等數(shù)據(jù)信息被MPU1從自動脈沖計數(shù)電路7與直流交流轉(zhuǎn)換器6中轉(zhuǎn)換為可讀數(shù)據(jù)，以作用于MPU1的輸入端子。MPU利用安裝在其自身的老化狀況識別程序所存儲的數(shù)據(jù)來對電池單體的老化狀況的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行計算機整理，整理的結(jié)果儲存在LCD所顯示的存儲原件2之中，并通過RS232、RS422、RS485與CDMA等通信方法8向外傳送出去。當(dāng)無需使用繼電器電路組時，比如在只分析幾個電池單體的情況下，可直接將4端電路網(wǎng)絡(luò)的輸出端子連接到蓄電池電池單體的端子上。
圖4顯示了功能性方塊連接的分析系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)由主控制件MCU11、輔助電源10、交流恒定電流電路5、繼電器電路組4、交流電傳感器電路15與直流電傳感器電路14等組成。主控制件11由下列各項組成MPU、存儲原件2、從傳輸電路中正確選定并放大蓄電池的特征性數(shù)據(jù)的自動脈沖計數(shù)電路7、對緊急電源系統(tǒng)的質(zhì)量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行放大的前置放大器16、轉(zhuǎn)導(dǎo)數(shù)據(jù)信號的直流交流轉(zhuǎn)換器6以及RS232、RS422、RS485與CDMA等通信元件。
硬件運行所必需的控制電源是由輔助電源10供應(yīng)的。
恒定電流電路5承擔(dān)著輸送固定幅度的恒定電流以產(chǎn)生蓄電池阻抗電壓的作用。繼電器電路組4通過MPU1的主控制器11產(chǎn)生的選定控制信號從多組電池中來選定某個電池單體，而MPU則供應(yīng)矩形的波形時鐘信號CLK以啟動恒定電流電路5。恒定電流電路接收時鐘信號并傳送出去以產(chǎn)生正弦波的交流恒定電流，而恒定電流IS通過繼電器電路組的傳輸被供應(yīng)給蓄電池中被選定的電池單體。本發(fā)明的運行示范中，正弦波的生成器是由一個數(shù)字計數(shù)器組成的。當(dāng)幾十KHz的同步脈沖CLK信號產(chǎn)生作用時，脈沖被轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生恒定電流源5的頻率并激活恒定電流源。當(dāng)恒定電流源由R-C或晶體振動器組成時，電流源在MPU的ON\OFF啟動信號下開始運行。當(dāng)已經(jīng)完成所選定的電池單體的特征性數(shù)據(jù)的測定時，MPU會停止供應(yīng)16KHz的時鐘信號以中止恒定電流源的運行并立即切斷相應(yīng)的傳輸。當(dāng)MPU根據(jù)上述運行序列控制恒定電流源的啟動與ON/OFF的傳輸時，并不會損壞觸點，觸點的壽命仍然能夠延長，因為它們在被讀取或放電時并沒有電流在其間流過。
如上所示，為確保UPS對計算機、對有線或無線通信網(wǎng)絡(luò)(整流器)電源與對本系統(tǒng)中的蓄電池組的監(jiān)測功能的可靠性，必須監(jiān)測緊急電源系統(tǒng)比如UPS的運行條件，才能為通信設(shè)施或計算機供應(yīng)不中斷的AC電源。
主控制器11通過繼電器電路組收集每個電池單體的特征性數(shù)據(jù)，分析蓄電池的狀況，監(jiān)測緊急電源系統(tǒng)18的交流電輸出電壓與電流，監(jiān)測公開的交流傳感器電路15與直流傳感器電路14中的充電或放電電壓DCV與充電或放電電流DCA，在任何時間內(nèi)記錄它們。
更詳細(xì)地說，在監(jiān)測電源系統(tǒng)的質(zhì)量時，主控制器衡量與分析3相電壓(交流電壓)與3相電流(交流電流)，并存儲在穩(wěn)定狀態(tài)下每相位的均方根值與在電源故障狀態(tài)下每相位的均方根值以及實時波形，不包括檢查蓄電池屬性的時間。存儲的數(shù)據(jù)在一定時間內(nèi)被傳送至主計算機，傳送時間可通過內(nèi)裝的實時時鐘計時器RTC求得，也能記錄電源故障的時間。當(dāng)由于瞬時電壓下降或電源故障而使獲取的數(shù)據(jù)數(shù)值超過限度時，就得通過通信接口來完成將數(shù)據(jù)傳送至主計算機的功能。
由于電池單體的內(nèi)阻抗電壓很低，低于1MV，它受到了上述信號電壓的測量值的影響，這是由測量電路與充電中的紋波電流的傳輸線電壓降造成的。因此，為了減少端子的接觸電阻(接線頭的線路電阻與插頭的接觸電阻)的影響，需使用4端測量方法。通過恒定電流電路的端子為蓄電池的電池單體供應(yīng)交流電流IS，蓄電池內(nèi)阻抗的電壓降則按圖4所示連接到前置放大器16的高阻抗電路中。如果接線頭的線路電阻與端子的接觸電阻中幾乎沒有電流經(jīng)過，就不會出現(xiàn)電壓降。運用這種測量方法，能使接觸電阻幾乎不受影響，因為線路電阻與接觸電阻所造成的電壓降被最小化了。而且，為了抵償前置放大器16與自動脈沖計數(shù)器7的錯誤性測量數(shù)值以及線路電阻與接觸電阻的測量錯誤，當(dāng)輸入信號顯示為零時，可以通過在測量阻抗之前將輸出引線端子互相接觸起來的方式把模擬數(shù)字A/D的輸出數(shù)值校準(zhǔn)到零的位置，還可以選擇性地將此測量值用作衡量實際值時的校準(zhǔn)值。
通過繼電器電路組4在每個電池單體所測定的端子電壓波形(AC實際電壓VSM)是一個只有幾MV的弱信號，與電池單體的端子電壓相比也顯得小(一比幾千)，還包含了電磁噪音。只能對經(jīng)過性能優(yōu)異的前置放大器16的讀取或拾取的交流電壓VIS進(jìn)行放大。當(dāng)紋波電流流入浮充浮充電的蓄電池中時，蓄電池的端子電壓波形具有充分的紋波電壓的諧振。在上述紋波電壓的頻率中，諧振的含量隨整流脈沖的多少而變化。它具有一種60HZ的市電頻率的奇數(shù)倍紋波頻率。比如，如果出現(xiàn)3相整流方式，當(dāng)作用于交流電的恒定電流IS的頻率為1KHZ時，大約900HZ(第15次諧波)、1020HZ(第17次諧波)與1140HZ(第19次諧波)會主要地影響測量值。也就是說，在交流電阻抗電壓VIS與多種諧波紋波電壓混在一起的情況下，所測定的、流入MPU輸入端子的信號電壓波形具有在持續(xù)階段內(nèi)進(jìn)行擺動的形態(tài)。
帶有多次諧波的紋波電壓具有不同的持續(xù)階段TRP。這種紋波電壓含有多次的紋波)，但大部分紋波都可以通過前置放大器16的帶通濾波器進(jìn)行去除。與測量所需的阻抗電壓相似的紋波電壓的噪音也是不能被過濾的，只能與阻抗電壓VIS的信號一起通過，從而對阻抗測量值造成嚴(yán)重的影響。
正如運行示范所示，本發(fā)明能準(zhǔn)確地測定由交流電電源IS引導(dǎo)的阻抗電壓的數(shù)值。交流電電源是由包含噪音性紋波電壓的交流電實際電壓VSM產(chǎn)生的恒定電流源供應(yīng)的?；谶@點，它對硬件的組織、運行算法與程序執(zhí)行作了詳盡的程序規(guī)劃，以獲取內(nèi)部阻抗的有效數(shù)值(電阻)。所以，利用本發(fā)明，可以通過準(zhǔn)確測定蓄電池與直流電解電容器的內(nèi)部阻抗的途徑來分析處于浮充浮充電運行狀態(tài)下的蓄電池的老化狀況。即使在進(jìn)行水腫性部位的醫(yī)療診斷的情況下，輸入信號中出現(xiàn)噪音，也仍然能把噪音信號從測量信號中過濾出來。
當(dāng)MPU1的每道功能性運行的系列程序得以執(zhí)行時，本分析系統(tǒng)總能實時監(jiān)測與控制緊急電源系統(tǒng)比如蓄電池的健康狀況，在事故發(fā)生前找出老化狀況的發(fā)展程度與起因，從而正確地處理它。由于計算機軟件與用戶功能表都可以配置，在出現(xiàn)電源故障的情況下仍然能通過穩(wěn)定的預(yù)備電源為切割性器件供電，從而確保高技術(shù)領(lǐng)域的工作運行的可靠性。通過恰當(dāng)?shù)慕?jīng)濟維護，可對緊急電源系統(tǒng)進(jìn)行合理的管理。
具體實施例方式
如上所示，充電電流的高頻紋波電壓VRP與交流恒定電流IS的阻抗電壓VIS混合在交流電實際電壓信號VSM之中，信號是在處于浮充浮充電狀態(tài)下的電池單體的端子上獲取的。10-2003-0028521的韓國專利申請?zhí)柺轻槍y定噪音紋波(紋波)所包含的弱信號的有效電壓值的方法而編定的。這種技術(shù)這樣提示可以準(zhǔn)確獲取來自交流電實際電壓VSM的內(nèi)阻抗所產(chǎn)生的極弱電壓信號(阻抗電壓，VIS)，上述紋波電壓VRP在實際電壓中被混合。
讓市電的基本頻率在蓄電池的浮充浮充電狀態(tài)下成為余弦狀，供應(yīng)給電池單體并用于測定內(nèi)阻抗的恒定電流IS的頻率被定為S倍的頻率波。當(dāng)恒定電流IS產(chǎn)生阻抗電壓時，頻率也變成SH序列倍的頻率。噪音排除電路比如上述帶通濾波器被設(shè)計出來，是實現(xiàn)對僅與STH次頻率相適應(yīng)的信號進(jìn)行放行的功能。像上述帶通濾波器這種理想的噪音濾波電路只能讓被設(shè)為通帶頻率的與STH次頻率相近的信號通過，但在現(xiàn)實中，這種噪音濾波電路也是很難實行的，要實行也必將增加成本。
這就是說，過濾并不是完善的，因為一般的帶通濾波器只能減弱與低波段截止頻率FL或高波段截止頻率FH相鄰的頻率波的30％。比如，帶通濾波器是用于使共振頻率FH等于STH次諧振、低波段截止頻率幾乎等于(S-2)TH序列諧振、高波段截止頻率幾乎等于(S+2)TH序列諧振的，超過這些頻率的信號則被過濾和弱化。作為運行示范，處于浮充浮充電中的諧振紋波電壓VRP大都只有紋波頻率元素與50或60HZ的市電的基本頻率的奇數(shù)倍或偶數(shù)倍相一致。
在上述高頻率紋波電壓VRP中，由恒定電流IS產(chǎn)生的阻抗電壓VIS與帶有偶數(shù)或奇數(shù)類似序列的頻率的諧振是在通過噪音濾波電路之后出來的，而其它諧振則被弱化或去除。
因此，諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)可以表達(dá)為V(t)RF，F(xiàn)LT＝KS-2#f((S-2)#wst)+Ks#f(S#wst)+Ks+2#f((S+2)#wst)。其中，f(S#wst)＝cos(S#wst)與K是XTH序列紋波電壓的共振，而S是一個合成數(shù)字，因為每個諧振都比第2序列高。
當(dāng)S＝1，(S-2)是一個特定條件的負(fù)整數(shù)，K則只由基本的和第3位的諧振組成。首先，作為運行示范，如果帶有STH次頻率的恒定電流(IS)產(chǎn)生的阻抗的共振為K，則V(t)IS＝K#f(S#wst)Eq.(2)此外，在通過上述噪音濾波電路與阻抗電壓之后與諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)混在一起的交流電實際電壓(VSM)可以表達(dá)為Eq.(1)與Eq.(2)的綜合。
VSM(t)＝Ks-2#f((S-2)#wst)+Ks#f(S#wst)+Ks+2#f((S+2)#wst)+K#f(S#wst)Eq.(3)一個函數(shù)的均方根(RMS)數(shù)值(S)的定義相當(dāng)于Eq.(4)，函數(shù)具有一個周期(TSYN)的選擇性倍數(shù)(Ts＝1×Tsyn，1整數(shù))。上述交流電實際電壓(VSM，RMS)的均方根值可以從Eq.(3)與Eq.(4)中獲得，Eq.(3)與Eq.(4)作為EMS值因此，作為2#cosA#cosB＝cos(A+B)+COS(A-B)Eq.(6)cos(-C)＝cos(C)Eq.(7)如上f(S#wst)＝cos(S#wst)。當(dāng)運用已知的三角函數(shù)于Eq.(6)與Eq.(7)時，由EQ5右邊的不同數(shù)乘法組成的乘法數(shù)可以被這樣取代在上述Eq.(8)，Eq.(9)與Eq.(10)的等式中，f(2#(S-1)#wst)，f(2#wst)，f(2#(S+1)#wst)，f(2#S#wst)是偶數(shù)諧振，比如2(S-1)倍、2倍、2(S+1)倍、2S倍與4倍于市電的基本頻率(COS)。
如同在Eq(11)的三角函數(shù)中，當(dāng)諧振是基本頻率的整數(shù)倍時，在基本頻率的一個周期內(nèi)的整合數(shù)值為零，M是整數(shù)。
Eq.(8)，Eq.(9)與Eq.(10)作為2cos的整數(shù)倍來表達(dá)，周期內(nèi)與2cos相應(yīng)的整合數(shù)值(通常，市電的頻率是60或50HZ，與大約376.99rad/sec一致，周期8.33ms/10.0ms)為零。就是說，Eq.(12)成為充足條件，使得(8)(9)(10)的所有等式為零。所以，Eq.(5)中交流電實際電壓VSM的均方根值(VSM，RMS)就是下面對TSM的表達(dá)。另一方面，通過噪音濾波電路之后，像Eq.(1)與Eq.(4)一樣來表達(dá)諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的均方根值。當(dāng)像Eq.(6)與Eq.(7)那樣使用已知的三角函數(shù)定理時，Eq.(14)左邊的乘法數(shù)在等式(15)，(16)與(17)中成了f(2#(S-1)#wst)，f(2#wst)，f(2#(S+1)#wst)，f(2#S#wst)，f(4#wst)，諧振是市電的基本頻率的2(S-1)倍、2倍、2(S+1)倍、2S倍與4倍。早先就顯示過，按照同樣的原理，等式(15)(16)(17)被表達(dá)為2cos的整數(shù)倍，周期的整合數(shù)值與2mus一致，這時的充足條件是Eq.(18)。
所以，諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的均方根值(VRP，RMS)在通過噪音濾波電路之后按如下表達(dá)Eq.(13)中的TSM與Eq.(19)中的TRF是同樣的周期數(shù)值，可以這樣表達(dá)，<BR>1#<BR><BR>TD＝TSM＝TRF＝2fs Ws<BR>Eq.(20)同時，來自Eq.(2)與Eq.(4)帶有STH次頻率的恒定電流(IS)產(chǎn)生的阻抗電壓(VIS)的均方根值是這樣表達(dá)的，TIS可以被定義為如Eq.(4)所示的周期的選擇性整數(shù)倍，被設(shè)定為Eq.(20)的同數(shù)值，可以表達(dá)為Eq.(22)，<BR><BR><BR><P>1#<BR><BR>TD-TSM＝TRF＝TIS＝2fs＝Ws<BR><BR>Eq.(22)。所以，可以按如下從Eq.(13)與Eq.(19)中計算上述阻抗電壓(VIS)的均方根值(VIS，RMS)。就是說，諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的均方根值(VRP，RMS)在通過公開的噪音濾波電路后被整合到半基本頻率(COS)的整合間斷TD上，交流實際電壓VSM的均方根值(VSM，RMS)被整合到同樣的整合間斷TD上。對上述兩個均方根值進(jìn)行平方并計算上述平方值的差距，可知與差距平方根值相應(yīng)的等式的結(jié)果等于阻抗電壓VIS的均方根值(VIS，REMS)的同樣結(jié)果。
詳細(xì)地說，有半基本頻率的整合間斷TD，通過計算交流實際電壓VSM與諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的均方根值，可以使等式(8)，(9)，(10)與(15)，(16)，(17)的乘法值都變成零。通過計算VSM，RMS與VRP，RMS的平方值差距，可以發(fā)現(xiàn)結(jié)果只是VIS，RMS的平方值，而其它值都被去除，阻抗電壓VIS的準(zhǔn)確均方根值(VIS，RMS)也就容易得出了。
在上面，作為運行示范，通過選定供應(yīng)給電池單體的恒定電流IS的頻率(是市電頻率的S倍)，我們可以使它與電池充電電流所促成的諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的特定序列頻率協(xié)調(diào)一致。下面解釋了輕易獲取阻抗電壓VIS的均方根值的方法，諧振紋波電壓VRPFLT的頻率組成元素或者只是市電頻率(COS)的偶數(shù)倍，或者只是市電頻率的奇數(shù)倍。
下面是另一個運行示范，交流恒定電流的頻率與紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的諧振不一致。恒定電流的頻率被選為市電的基本角頻率的S倍，而諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)既包含市電頻率的奇數(shù)倍，也包含偶數(shù)倍，但只有STH次頻率(S×os)不存在于諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)中。上面提到，按同樣的概念，諧振紋波電壓在通過噪音濾波電路之后可以如下表達(dá)。
V(t)RF，F(xiàn)IT＝Ks-23f((S-2)#wst)+Ks-1#f((S-1)#wst)+Ks+1#f((S+1)#wst)+Ks+2#f((S+2)#wst)Eq.(24)。因此，交流電實際電壓(VSM)的諧振元素是由諧振電壓產(chǎn)生的元素f((S-2)#wst)，f((S-1)#wst)，f((S+1)#wst)，f((S+2)#wst)與供應(yīng)給電池單體的恒定電流的元素fwst組成的。在計算交流實際電壓(VSM，RMS)的均方根值的過程中，得到了相互乘法產(chǎn)生的Eq.(8)，Eq.(9)與Eq.(10)這些整合值。
在這些值中，存在r 5V tam0 TSM01 n75w與-？元素，把Eq.(6)與Eq.(7)所示的三角函數(shù)運用于這些相互乘法值，就可得到1TasT.^.v，T{f((2’S-3)wSt)dt+ff(wst)dt}and TTKS_7KS------y((2-6’-1).ws0-’-s0，..。當(dāng)整合間斷被選為基本頻率(WUS)的周期時，整合值變?yōu)榱?。就是說，如上所示，當(dāng)諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)包含每個序列諧振元素時，或者只存在奇數(shù)或只存在偶數(shù)序列頻率時，而被選為整數(shù)序列頻率的恒定電流頻率與上述諧振紋波元素的頻率不相同時，計算均方根值的整合間斷就應(yīng)該雙倍增加。這是在比較并考慮諧振紋波電壓只包含奇數(shù)或偶數(shù)序列頻率這樣一種情況的，因為交流電實際電壓(VRP，REMS)包含了所有奇數(shù)序列與偶數(shù)序列的諧振。這種計算所需的數(shù)據(jù)量也雙倍增加，也需要更多的運行時間。當(dāng)然，當(dāng)上述紋波電壓包含所有奇數(shù)或偶數(shù)序列的諧振時，即使是在被選的恒定電流的頻率等于任何紋波電壓的整數(shù)序列諧振的情況下，也能獲得同樣的結(jié)果。
至于另一個執(zhí)行示范，供應(yīng)給電池單體的恒定電流的頻率可以被選為相鄰的諧振頻率的平均值(比如第13序列與第14序列的平均值是第13.5序列)。均方根值的整合間斷應(yīng)增長4倍，而這種計算機化的數(shù)據(jù)量也增長4倍。
可以從運行程序中看到，所有頻率元素都處于交流電實時波形(VISM)中。
通過實際電壓VSM的所有諧振元素的頻率，運用頻率的互相加減所得出的運行結(jié)果可以計算出第一最大公約數(shù)GCM。通過諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的所有諧振元素的序列，運用頻率的互相加減得出的運行結(jié)果可以計算出第二最大公約數(shù)。從上述第一與第二公約數(shù)可得出第三公約數(shù)，當(dāng)通過第三公約數(shù)的整合數(shù)倍決定了整合間斷TD時，可以取得阻抗電壓VIS的準(zhǔn)確的均方根值(VIS，RMS)。為了最大地減少阻抗電壓的均方根值的計算時間，決定第三公約數(shù)作為整合間斷TD是好的。為了最大地減少整合間斷TD，必須最大地減少計算結(jié)果的最大公約數(shù)，這種計算是通過交流電實際電壓VSM的所有諧振元素的頻率得出的。因此，供應(yīng)給電池單體的恒定電流IS的頻率被選為與特定諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的序列頻率相同的頻率。
當(dāng)諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的序列只是由一個奇數(shù)或偶數(shù)組成時，在計算阻抗電壓的均方根值時可把整合間斷TD選為商業(yè)頻率周期的一半。所以，通過選定與特定的紋波電壓的諧振頻率相等的電池單體的恒定電流IS的頻率，從而減少運行時間是有好處的。
可以把上述有關(guān)均方根值的抽象程序的概念用于數(shù)字運行系統(tǒng)的軟件程序中，比如微處理器。有關(guān)實際電壓VSM、紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)與阻抗電壓VIS的均方根值的運行程序顯示如下。
首先，交流恒定電流IS沒有被運用時的狀態(tài)如圖5所示。諧振紋波電壓是在IS部分(Is’section(P1))的一個固定的周期內(nèi)取得的，它由電池單體在通過噪音濾波電路后的在浮充浮充電狀態(tài)下的充電電流所產(chǎn)生。在第一次收集時間內(nèi)(T1，RP)，已被計算的基值(V0)是從紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)所獲取的瞬時值里減出來的，然后，<BR><BR><BR><BR>(VRP，F(xiàn)LT-Vo)2<BR><BR>的平方結(jié)果被放入基礎(chǔ)配置記憶件M1中。此后，第二收集時間(T2，RP)的紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)被進(jìn)行順序地獲取，再重復(fù)上述減法與<BR><BR><BR>(VRP，F(xiàn)LT-Vo)22<BR>的平方運算。運算結(jié)果加入記憶件M1中，其中平方值(VRP，F(xiàn)LT-Vo)12 is E](VRP，F(xiàn)LT-Vo)i2已被儲存，再把’＝”2存入M1中。然后，在n(VRP，F(xiàn)LT-Vo)i2市電頻率的半個或一個周期的固定時段的收集時間內(nèi)重復(fù)上述基本運算，計算結(jié)果’＝’存入M1中。某個時間后，恒定電流源開始啟動，恒定電流IS供應(yīng)給電池單體。
交流電實際電壓VSM的瞬時值在第二部分(2nd section (P2))獲取，它與阻抗電壓VIS和通過噪音濾波電路的諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)混在一起。同樣地，在固定的時段內(nèi)周期性地獲取實際電壓VSM，已被計算的基值V0在第一收集時間(T1，sM)從實際電壓VSM中減出來，2i，sm平方值存入另一個記憶件M2中。在第二收集時間(T2，sM)求得實際電壓VSM的瞬時值并減去基值V0，進(jìn)行<BR><BR><BR><BR><BR>2<BR><BR>的平方化，把結(jié)果(SM°2w5M iS加入M2中，其中<BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR>@-##2<BR><BR><BR>的平方值(VSM-Vo)2i，SM已被儲存，然后將本值存入記憶件M2中，j-12也存入M2。然后，在n#(VSM-Vo)i，SM2<BR><BR><BR>市電頻率的半個或一個周期的固定時段的收集時間內(nèi)重復(fù)上述基本運算，計算結(jié)果存入<BR><BR><BR><BR><BR><BR>M2中。
為方便運用另一個應(yīng)用示范，上述運行程序可通過在第一部分(1st section(P1))的某個固定時段內(nèi)獲取交流電實際電壓VSM來應(yīng)用，實際電壓與恒定電流IS和諧振紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)所產(chǎn)生的阻抗電壓VIS混在一起；當(dāng)沒有運用恒定電流時，也可以在第二部分(2nd section(P2))的某個固定時段內(nèi)獲取諧振紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)來應(yīng)用上述程序，紋波電壓是由浮充浮充電狀態(tài)下的電池單體所產(chǎn)生的。
當(dāng)上述系列步驟完成后，并在通過噪音濾波電路求得紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)的平方值后，某個固定周期的整合運行結(jié)果n<BR><BR><BR><BR>ici<BR>存入記憶件M1中。在記憶件M2中，通過對實際電壓(VSM)進(jìn)行平方化，某個固定的n#(VSM-Vo)i，SM2period l＝1周期的整合結(jié)果被存入。通過計算上述M1與M2之間的差值，并在市電頻率的半個或一個完整同期內(nèi)進(jìn)行差值的分隔(或除法)運算，計算結(jié)果的平方根值(1-)，可求得準(zhǔn)確的阻抗電壓VIS。
作為本發(fā)明應(yīng)用之實例，圖6展示了4組并聯(lián)繼電器電路的連接方式，圖7展示了主控制器與繼電器電路組的功能性連接圖表。如圖7所示，每組繼電器電路4有16位繼電器組合，且每個繼電器組合有若干繼電器組合用做恒定電流供應(yīng)(Xna)、電壓感應(yīng)(Xnb)、溫度感應(yīng)(Xnc)以及引力感應(yīng)(Xnd)。要在眾多電池單體中選擇一個具體電池單體，自MPU1的選擇控制信號將被解碼。相應(yīng)繼電器電路組中的繼電器組合將被上述譯碼信號選擇，且連接至已選擇繼電器組合或繼電器組的電池單體將被連接至測量電路。
應(yīng)用實例圖7中，選擇控制信號用于大量電池單體中選擇具體電池，其運行過程見下面詳細(xì)解釋。
總體而言，工業(yè)電池運行于12、24、36或48個以上的電池單體串組合中，而電信傳輸站的電池一般運行于4個12伏特之電池單體組合中。因此，考慮到電路的方便性與經(jīng)濟性，若電池串包括4或6個12伏特電池，就可發(fā)明一個簡單環(huán)路，它可以使用3位或4位選擇控制信號選擇性地控制最多達(dá)7或15個繼電器組合，并可發(fā)明(如本實例)可選擇48至最多為60個繼電器組合的電路，其選擇控制信號包括6比特。
首先，將MPU(1)處產(chǎn)生的6比特選擇信號分為兩類。將2比特信號(00，01，10，orll)導(dǎo)入4比特解碼電路MUX之輸入電路連接端(G1，G2)。若2比特信號為(00)，則無任何選擇。若2比特信號為01、10、11，3組繼電器電路中的一組則包括最多達(dá)16個繼電器組合，即主組(4-1)、1號從屬電路組(4-2)或2號從屬電路組(4-3)將被選擇。然后，6比特選擇信號中剩余4比特信號將被導(dǎo)入解碼電路MUX之輸入終端(D0，D1，D2，D3)。
總體而言，N輸入端的解碼電路MUX，其解碼功能可從N輸入信號之2N輸出端口選擇一個端口。此實例中，使用4比特輸入信號(D0-D3)時產(chǎn)生了16個輸出信號。上述解碼電路4比特輸入信號所選端口輸出信號在16個已由2比特以上信號選擇的繼電器電路組之繼電器組合中選擇其一。已選繼電器組合或組可由連接至輸出端的三極管放大器(TR array)進(jìn)行驅(qū)動。
另一實例所述2比特信號(00，01，10，11)將被導(dǎo)入所述解碼電路(MUX)之輸入電路端G1、G2，并于4組繼電器電路中選擇其一。
剩余4比特BCD信號被導(dǎo)入輸入端(Do，D1，D2，D3)來選擇并操作連接至輸出端口的15個繼電器組合之一。電路可設(shè)計用來斷開所有在繼電器電路組中的繼電器組合，此時具體信號(如0000)被應(yīng)用。如此，通過在通常情況下48個繼電器組合(3組×16/個)、最多60個繼電器組合(4組×15/個)中運行其一，主控制器11便可在電池單體串中選擇一個具體電池。因所述繼電器電路主組(4-1)與每個從組(4-2，-3或-4)結(jié)構(gòu)相同，這些組便可輕松而經(jīng)濟地安裝在3或4個堆棧的某一小空間內(nèi)并由一個主插件互連。
如前所釋，通過分開MPU在主控制器11中產(chǎn)生的時鐘信號，電流源電路(5)產(chǎn)生的正弦波交流恒定電流供應(yīng)大約1千赫茲正弦波交流電流。
供自電流源電路5的正弦波交流恒定電流的合適振幅不少于10mA(在堿性電池或錳電池情況下)。若是高容量，如幾百Ah、鉛酸電池，可將近可能大的電流用來感應(yīng)相對較高的內(nèi)阻抗電壓Vis，從而自紋波電壓噪聲準(zhǔn)確地得到電壓信號波形(因內(nèi)阻低于1mQ)實例1-2Amp的最大恒定電流可用于捕獲電池(電阻元件內(nèi)阻抗為0.5mQ)各終端之間0.5-1.0mV的電壓信號本發(fā)明應(yīng)用實例圖8展示持續(xù)電源電路5的功能塊框圖。
使時鐘信號(CLK，e.g.16KHz)輸入與主控制器中自MPU1之MPU標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號一致、用光電偶合器件30進(jìn)行絕緣、將基本操作時鐘從MPU中分離，便通過可控公開的振幅之正弦波發(fā)生電路33得到標(biāo)準(zhǔn)頻率(比如1KHz)的完美交流正弦波。
通過劃分MPU1基本運行時鐘而獲得用于所述交流恒定電流電路5中的正弦波標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號CLK，且因正弦波交流恒定電流Is的頻率產(chǎn)生于再次劃分，基本運行時鐘與所述交流恒定電流Is的頻率總會同步。
因此，當(dāng)運行與內(nèi)部阻抗相關(guān)聯(lián)之特征性數(shù)據(jù)時，通過劃分MPU1的標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號，正弦波交流恒定電流Is與交流電壓Vis的周期可被輕松計算，且相位差也可精確測量。
通過反饋作用產(chǎn)生恒定電流Is，所述持續(xù)電源5有控制輸出電流的功能。即反饋信號之后，輸出電流的反饋值If通過一個轉(zhuǎn)換器(如電流變壓器)在由公開的運行放大器組成的整流濾波電路42處被絕緣并變?yōu)橹绷鞣答佇畔?。在具有微分放大功能的運行放大器中，通過找出輸出電流與恒定電流設(shè)定值43之間的差異，并通過整合(緩沖)電路放大該差異，恒定電流電路便被控制，通過在正弦波發(fā)生電路的振幅控制終端中輸入該差異，恒定電流的供應(yīng)變?yōu)榭赡堋Ｔ谶\行放大器中被轉(zhuǎn)換、放大并與恒定電流設(shè)定值43相加之后，所述兩種信號的差異可通過輸入所述直流反饋信號至集成電路32的非逆向輸入終端而放大。另外，某電路可被執(zhí)行用于運行放大器，以具有與運行放大器31及集成電路32相同的功能。
為測量中不影響電池的特性及健康并改進(jìn)測量的準(zhǔn)確性，快速產(chǎn)生穩(wěn)定電流而不過沖來減少測量時間(在對電池?zé)o影響范圍內(nèi)通過供應(yīng)最大電流)是很有必要的。為執(zhí)行該功能，MPU1中持續(xù)電源產(chǎn)生的、與所述MPU標(biāo)準(zhǔn)時鐘同步的時鐘信號CLK被過濾之后，若與電阻R、電容C、緩沖電路組成的集成電路整合，軟起始信號SS(通過電子電容時間常數(shù)從初始階段緩慢增加的)可以被產(chǎn)生。若軟起始信號通過二極管連接至運行放大器31(具有微分運行及集成電路32功能)的輸出終端來啟動初始階段的恒定電流電路5(當(dāng)產(chǎn)生所述標(biāo)準(zhǔn)時鐘信號CLK時)，即使產(chǎn)生了具有微分運行及集合電路功能之運行放大器輸?shù)妮敵鲋?，由于軟起始信號SS小于所述運行放大器及集成電路的輸出值，軟起始信號SS被優(yōu)先輸入正弦波發(fā)生電路的振幅控制終端10，它可能會在短暫的10分鐘內(nèi)達(dá)到正弦電流波形的穩(wěn)定狀態(tài)。為改進(jìn)正弦交流波形(信號)瞬態(tài)反應(yīng)(由所述方法自正弦波發(fā)生電路獲得)，它從實際值的瞬時增值電路34中瞬時輸出電流的反饋值If里被減去并輸入1號B型放大器電路35進(jìn)行放大。
圖9所示為持續(xù)電源信號Is的雙步驟B型電流放大器電路實例。所述正弦波交流信號Is在1號放大器電路35被放大(起初無失真)，并用次要部位(配有兩個反向連接的隔離/絕緣繞組)輸入高頻信號變壓器T2的主要部位。
由于電池內(nèi)阻抗相對較高，當(dāng)需要小于1安培的持續(xù)電源時，持續(xù)電源電路可通過連接1號放大器至輸出變壓器來簡單排列。
所述正弦波信號Is在所述變壓器T2反向連接的二次繞組輸出端被180度同相改變，最終在二次繞組處獲取正弦波(sin ot)及180度反向正弦波(sin ot+8度)。1號放大器電路包括運行放大器U3一個，以及三極管(Q1，Q2)。
由于運行放大器U3的輸出被連接至NPN三極管Q1與PNP三極管Q2的每個基終端，且控制變壓器T2的一次繞組連接至每個發(fā)射終端的互連公共點，所述信號Is被放大并經(jīng)由控制變壓器T2流出，且放大的輸出信號被再次導(dǎo)入運行放大器U3的反向(-)終端，如此，穩(wěn)定的電流放大變?yōu)榭赡埽词闺娏髡穹蔋fe有變化。
2號B型放大電路包括運行放大器U9A、U9B、NPN三極管(Q3，Q4)及輸出變壓器TM1等等。
所述正弦波及以180度反向的同相信號分別通過2號B型放大器電路的運行放大器U9A及U9B。其輸出通過導(dǎo)入各NPN三極管(Q3，Q4)的基終端被二次放大。輸出變壓器TM1一次繞組的開始點與結(jié)束點連接至三極管(Q3，Q4)的集電極端(或N道FET情況下連接至漏端子)。所述U9A與U9B的輸出通過輸出變壓器TM1放大后(其中心抽頭連接至正極+)最終被停止。
圖9中，所述三極管(Q3，Q4)被圖解為雙極型單NPN三極管，且所述2號B型放大器電路的放大水平允許升級，或其特性可被N道FET三極管取代而改進(jìn)，或用復(fù)合三極管排列電路并改進(jìn)。
圖10為2號B型放大器的另一實例。
盡管圖9、圖10中2號B型放大器電路與A型放大器電路相比下具有更高效的優(yōu)勢，但它會交叉失真。為改進(jìn)此缺點，用電阻器R1與可變電阻器VR1劃分+12V控電，偏壓電壓(0.6-0.7V)被導(dǎo)入所述三極管(Q3，Q4)的基本輸入終端。此種方式放大的正弦波恒定電流之輸出直接供往電池，由輸出變壓器TM1絕緣，通過高頻偶合電容器Cdc(用于測量電池阻抗)作為持續(xù)電源。就電力而言，電池單體的端子電壓與持續(xù)電源并無受到高頻偶合電容器Cdc的干擾。用于測量電池單體內(nèi)阻抗的恒定電流Is可通過所述步驟產(chǎn)生。因其可控性，某振幅的額定電流可以流動，即使其內(nèi)阻抗在短路負(fù)荷的情況下會變低。
電池端子電壓VDC與電流源不能被耦合電容器CDC進(jìn)行電子干擾。
如上所解釋，由電流源電路5供應(yīng)的、為測量電池內(nèi)阻抗所需的恒定電流的振幅被統(tǒng)一地控制。
電池內(nèi)阻抗的交流電壓信號的振幅在電池單體的端子間所測定的數(shù)值隨著電池的老化狀況或容量而發(fā)生比例性變化。在阻抗電壓信號被某種放大器放大，而放大增益又固定的情況下，如果所測定的電壓信號變小，那么測量的準(zhǔn)確性就很低，因為信號的測量層次被低層次地置入主控制件11的輸入端子上。
如果測定的電壓信號在超出輸入電壓幅度時顯得高，主控制件11就會被燒毀或引起功能失控。
為解決這個問題，就必須根據(jù)交流電壓信號VIS的幅度選定具有合適的放大增益的運行放大器，方法是將幾個具有不同放大增益的運行放大器50進(jìn)行并聯(lián)。
將上述并聯(lián)放大器的輸出信號輸入選定器(比如模擬開關(guān))，并根據(jù)上述電壓信號的幅度選定放大增益。
圖11是一個應(yīng)用示范，裝有x1，x5，x10，x50的4種放大增益的放大器50。
以下是根據(jù)所測定的電壓信號VIS的振幅并針對正確的放大增益進(jìn)行放大器(50-1，50-5，50-10，50-50)選定的方法。為確保上述放大器的正確運行，當(dāng)放大器所放大的輸出信號大于放大器運行電壓的定量值時，應(yīng)使輸入信號處于正確的幅度中。很明顯，電壓信號不能按放大器的放大增益進(jìn)行比例性放大，放大信號只能處于運行電壓的飽和幅度內(nèi)。因此，要選定具有正確的放大增益的放大器，首先必須選定具有最大放大增益的放大器(50-50)，如果放大器輸出信號因為輸入信號太大而飽和，那么主控制件11就會發(fā)現(xiàn)這種飽和狀態(tài)，然后順序地選定下一個放大增益較小的放大器，被正確放大的電壓信號VIS置入主控制件11的輸入端子。另一方面，如果輸入電壓信號太小，放大輸出信號也變得太小，那么主控制件11就會發(fā)現(xiàn)這點，然后順序地選定下一個放大增益較大的放大器。在這種方式下，就能在阻抗運行中自動地取得具有正確的放大增益的放大器，這被稱為“自動校準(zhǔn)”。
由一系列理論概念所運行的蓄電池緊急電源系統(tǒng)的基本數(shù)據(jù)以及監(jiān)測緊急電源質(zhì)量的測定數(shù)據(jù)都通過MPU儲存在主控制件11的內(nèi)存中。MPU分析每相位緊急電源系統(tǒng)的老化狀況并計算均方根值，在電源發(fā)生故障時計算每相位位的均方根值與實際電壓，通過通信端口向外發(fā)射儲存數(shù)據(jù)，利用系統(tǒng)內(nèi)的實時時鐘計時器RTC識別發(fā)射時間，記錄故障時間，將電源故障信息發(fā)射到遠(yuǎn)程區(qū)域或主計算機。由上述數(shù)據(jù)所計算出來的電池單體的特征性數(shù)據(jù)，比如溫度、電壓、充電或放電電壓、充電或放電電流與特定內(nèi)部電阻等都顯示在緊急電源監(jiān)測與分析系統(tǒng)所配備的外部輸出設(shè)備如液晶顯示器中。
每個數(shù)據(jù)與指令都通過鍵來輸入。分析蓄電池的狀況是通過內(nèi)部電阻的計算振幅所激活的老化狀況標(biāo)準(zhǔn)算法程序來進(jìn)行的。不良電池的情況可以視覺(警示燈)或聽覺(告警聲)來顯示，并可發(fā)送到遠(yuǎn)程區(qū)域。一系列的MPU運行都通過程序化軟件算法來執(zhí)行，細(xì)則如下。
上述軟件算法由主程序與定時中斷程序組成。在主程序階段，主要實施與執(zhí)行低優(yōu)先級的程序，比如外部輸入與輸出裝置管理以及不嚴(yán)格限制執(zhí)行時間的電池聯(lián)絡(luò)與阻抗的計算等。在定時中斷程序階段，如圖4所示，主要在規(guī)定的時間內(nèi)運行與執(zhí)行電流源電路5控制、繼電器電路組4的運行、由交流傳感電路15與直流傳感電路14測定的緊急電源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)獲取、為監(jiān)測與分析緊急電源系統(tǒng)所需的電池溫度、電壓、充電或放電電流、電壓數(shù)據(jù)的獲取以及電池內(nèi)阻抗引起的交流電壓數(shù)據(jù)的獲取等。
圖12顯示了主程序與定時中斷程序的執(zhí)行周期與概念性過程。主程序120與定時中斷程序121都是在固定的時段內(nèi)周期性地執(zhí)行。當(dāng)中斷程序的執(zhí)行完成后，它返回到主程序中并重復(fù)執(zhí)行。
為了可靠地測量電池的內(nèi)阻抗，電流源電路5能產(chǎn)生一種在幾KHZ的高頻率下振蕩的正弦波恒定電流IS。已經(jīng)顯示，這產(chǎn)生了同樣頻率的阻抗電壓。為了獲取這種高頻率阻抗電壓波形VIS而不至于在定時中斷程序的階段產(chǎn)生任何損失，即使程序正處于返回主程序的時間點上，在執(zhí)行程序獲取的功能的序列中也持續(xù)地執(zhí)行124著阻抗波形的獲取功能，而且如圖12所示即使處在主程序執(zhí)行周期中也不返回主程序。就是說，在獲取緊急電源系統(tǒng)的交流電輸入波形、直流電波形與溫度的序列的定時中斷程序中，程序在獲取到這種信息之后返回主程序，并在中斷發(fā)生時的一致性序列之前繼續(xù)執(zhí)行程序的序列。在獲取阻抗電壓波形與高頻率阻抗波形的定時中斷程序的執(zhí)行中，它不返回到主程序中而是以高速度獲取阻抗電壓波形來繼續(xù)執(zhí)行定時中斷程序，以增加數(shù)據(jù)獲取的效率，并通過周期性地獲取電源系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)來確保數(shù)據(jù)的持續(xù)性與非損失性。
圖13顯示了主程序的運行序列。在主控制件11的MPU里，當(dāng)電源打開時，電源從輔助電源10中供應(yīng)，主程序得以執(zhí)行。通過初始化131，在緊急電源系統(tǒng)18與蓄電池做出檢查籌備之后，MPU檢查132外部設(shè)備比如鍵盤是否到位。當(dāng)外部輸入發(fā)生時，如果輸入的數(shù)據(jù)是診斷分析性參數(shù)，相應(yīng)的參數(shù)也被設(shè)置134。否則，它會檢查135聯(lián)絡(luò)口是否有分析系統(tǒng)與外部系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳送的指令。如果是一個指令，數(shù)據(jù)傳送的變量被設(shè)定136。在檢查數(shù)據(jù)傳送變量是否設(shè)定之后，如果確已設(shè)定，數(shù)據(jù)被傳輸138，并確認(rèn)是否還有更多數(shù)據(jù)等待傳送139。如果所有數(shù)據(jù)都被傳送，數(shù)據(jù)傳送變量被清空14。當(dāng)數(shù)據(jù)量太大時，數(shù)據(jù)傳輸就按照某種固定的量進(jìn)行，而不是全部進(jìn)行，再返回到主循環(huán)執(zhí)行另外的程序。返回后，它檢查141是否有數(shù)據(jù)傳送的指令。如果有，數(shù)據(jù)傳送變量被設(shè)定142，數(shù)據(jù)在下一主要程序執(zhí)行中被傳送。檢查143是否在對定時中斷中所測定的電池數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上計算內(nèi)阻抗的數(shù)值。如果內(nèi)阻抗運行變量被設(shè)定，運用運行程序計算這種變量144，儲存145所計算的阻抗，并清空145內(nèi)阻抗運行變量的設(shè)定值。上述系列程序被反復(fù)執(zhí)行。
作為本發(fā)明的一個示范，阻抗運行常規(guī)144是通過如圖12所示的定時中斷程序獲得的，并在儲存的內(nèi)阻抗電壓VIS與恒定電流IS的實際值的基礎(chǔ)上執(zhí)行的。更詳細(xì)地說，阻抗運行常規(guī)由周期、平均值或均方根值計算程序階段、相位差與阻抗計算階段組成。為了獲取均方根值，必須先取得上述電壓VIS與恒定電流IS的平均值。
如圖14所示，以直流交流變流器輸入AC電壓VIS與AC恒定電流IS，把恒定電流與電壓的每個信號輸入過零識別電路中。信號由負(fù)到正的轉(zhuǎn)換點是通過過零識別器來發(fā)現(xiàn)的。1”過零信號ZCV1、2號過零信號ZCV2、3號過零信號ZCI1與4號過零信號ZCI2輸入高速計時器。高速計時器在輸入過零信號(ZCV1，ZCV2，ZCI1，ZCI2)時輸出1”電壓計時數(shù)據(jù)tv1、2號電壓計時數(shù)據(jù)tv2、1號電流計時數(shù)據(jù)ti1與2號電流計時數(shù)據(jù)ti2。AC電壓的周期Tv＝tv2-tv1與AC電流的周期Ti＝ti2-ti1可以通過電壓信號與電流信號的數(shù)據(jù)差來計算。
可以利用某個周期內(nèi)的AC電壓與電流的平均值以及儲存的電壓電流的實時值來計算電壓VIS與電流IS的均方根值。在這里，V(n)表示所儲存的電壓波形的每個實時值，i(n)表示電流波形的實際值，N是總時期內(nèi)實時值的儲存總數(shù)。
在相位差的程序中，電壓與電流之間的相位差0是在平均值計算程序中獲得的電壓1號過零信號ZCV1與電流3號過零信號ZCI1之間的差異，它可以從數(shù)據(jù)值的等式tvi-ti1中求得，數(shù)據(jù)值是利用隨固定頻率而增長的高速計時器172獲得的。必須以高精確度來設(shè)計過零電路以增強準(zhǔn)確度，因為哪怕是有低水平的偏差與噪音混在交流電壓VIS或電源IS中，也會在相位差的計算中產(chǎn)生錯誤。
另一個示范是，用于從恒定電流電路5中產(chǎn)生正弦波的標(biāo)準(zhǔn)時鐘CLK可以通過上述分割(或除去)MPU1的基礎(chǔ)運行時鐘的頻率來獲得。而正弦波恒定電流的頻率可以通過分割(或除去)標(biāo)準(zhǔn)時鐘來獲得。通過這種頻率分割(或除去)，基本運行時鐘與恒定電流源的頻率就總是處于同步化中。因此，可通過對MPU1的基本運行時鐘或標(biāo)準(zhǔn)時鐘CLK進(jìn)行計時的方式來求得AC電壓與AC電流IS的周期。獲取阻抗值的另一個辦法是通過利用下列阻抗、電阻與電抗元素的等式以及電壓電流的相位差。通過上述運行程序可以獲得這些數(shù)據(jù)，如下X/@＝tan-1#R，這是獲取電阻(有效阻抗元素)的一個示范，方法是以相位差cos()來對阻抗值Z進(jìn)行相乘，因此準(zhǔn)確掌握相位差的方法尤為重要。這種方法具有減少運行時間的優(yōu)點，而其它方法通常是在沒有噪音的實數(shù)電壓信號VSM中存在純阻抗電壓信號時測定RMS實數(shù)電壓與紋波(紋波)的弱信號；而這種方法卻通過相位識別電路等硬件與簡單的計時操作來獲取相位差，并從電壓與電流實時值中計算有效數(shù)值。此外，與通過復(fù)雜的同步探測運行方法(D-Q轉(zhuǎn)換)來獲取RMS阻抗實數(shù)值的辦法相比，這種辦法具有減少阻抗值獲取所需的MPU運算量的優(yōu)點。
如上所解釋，定時中斷程序是在某個時間段來執(zhí)行的，執(zhí)行完成后它會返回主程序。只要定時中斷程序執(zhí)行，儲存波形與測定阻抗波形的程序就會執(zhí)行。定時中斷程序?qū)⒂嬎銏?zhí)行的次數(shù)與計時的計數(shù)變量，并將增長直至達(dá)到某個值，并在此值上執(zhí)行特定的程序，或者計數(shù)值會被設(shè)定在原先的零位上。本發(fā)明的運行原理與概念基礎(chǔ)提供了緊急電源系統(tǒng)的分析方法，從而監(jiān)測電源質(zhì)量，衡量與計算緊急電源系統(tǒng)中電池單體的基本數(shù)據(jù)。系統(tǒng)會通過運行將上述數(shù)據(jù)存入記憶件。在這些基本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們可通過運用MPU中計算電池內(nèi)阻抗的算法來計算內(nèi)阻抗數(shù)值。
我們還可以將這些數(shù)據(jù)顯示在連接在監(jiān)測與分析系統(tǒng)中的顯示器上。當(dāng)數(shù)據(jù)或指令通過鍵盤等外部輸入器件進(jìn)行輸入時，預(yù)設(shè)的老化狀況算法程序就會執(zhí)行電池的老化狀況檢查功能，并可能針對故障電池通過告警或其它聯(lián)絡(luò)方式向控制室的管理者發(fā)出老化狀況的信息通知。
此外，此處所述應(yīng)急供電系統(tǒng)按應(yīng)急供電系統(tǒng)的容量比基本包括12、24、及36電池串。若要增加該系統(tǒng)容量，一個電池串需要包含100個以上串行連接的電池單體，或?qū)⑷舾蓱?yīng)急供電系統(tǒng)安裝于一個地點也可。在后者的情況中，4-6串行連接電池串作為一個12V(8V)電池使用，且一個應(yīng)急供電系統(tǒng)(監(jiān)測分析系統(tǒng))可處理多達(dá)360個電池(6cell×60)。如此，精確的測量或監(jiān)視將很困難，此時或許有必要使用多重測量(監(jiān)測)系統(tǒng)。
圖15為下列所述之感念方框圖1)通過監(jiān)測多重應(yīng)急供電系統(tǒng)而監(jiān)測安裝于某一地點的多重供電系統(tǒng)的發(fā)電質(zhì)量；2)通過實時之多重測量分析系統(tǒng)來分析多重電池的老化狀態(tài)；3)通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)至遠(yuǎn)程地點的連接來傳輸1)和2)中要求的監(jiān)測分析數(shù)據(jù)。
N應(yīng)急供電系統(tǒng)160(包括電池單體、分析對象、及數(shù)據(jù)更新，或輸入/輸出電源系統(tǒng))連接至N測量/分析系統(tǒng)(161，164)1)該N測量/分析系統(tǒng)(161，164)使用一系列之前解釋過的概念和方法對應(yīng)急供電系統(tǒng)進(jìn)行測量及分析，2)并在位于主控裝置的通信端口處建立一個串行借口162，從而使測量及分析系統(tǒng)保存所述共有測量數(shù)據(jù)，3)且此串行接口162連接至本地網(wǎng)163以對并聯(lián)的N測量/分析系統(tǒng)進(jìn)行雙向連接。當(dāng)然，所述本地網(wǎng)163也可作為一個無線通信設(shè)備。N中某個具體測量/分析系統(tǒng)可選為主測量/分析系統(tǒng)164，使主測量/分析系統(tǒng)與剩余測量/分析系統(tǒng)之間的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸變?yōu)榭赡?。主測量/分析系統(tǒng)的安裝不僅可與串行接口162進(jìn)行，也可與LAN接口165進(jìn)行，從而將N測量/分析系統(tǒng)所得數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程地點。LAN接口165與一個遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)166連接。
在這些方案下，主測量/分析系統(tǒng)164與串行接口162連接，LAN接口165與無線接口167將作為一個入口，因而使所有來自測量/分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)166(比如互聯(lián)網(wǎng)或無線通信網(wǎng)絡(luò)168比如CDMA)得以傳輸，此外還作為無線通信網(wǎng)絡(luò)168如CDMA等的數(shù)據(jù)傳輸入口。
細(xì)節(jié)上(如圖16所示)，眾多測量/分析系統(tǒng)中的一個測量/分析系統(tǒng)164被指定為主測量/分析系統(tǒng)164，且剩余部分被指定為從屬測量/分析系統(tǒng)(164-a，-b，-c，-n)。主測量/分析系統(tǒng)164執(zhí)行與串行通信(RS-486，RS-422，RS-232)或串行接口(可執(zhí)行本地通信，如藍(lán)牙)的通信總體控制，執(zhí)行與從屬測量/分析系統(tǒng)的相互通信并控制它們。在本地網(wǎng)絡(luò)(如個人電腦)中，通過各本地網(wǎng)絡(luò)163，調(diào)整參數(shù)并存取主測量/分析系統(tǒng)164與從屬測量/分析系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。
通過本地網(wǎng)絡(luò)163的相互連接，連接至主測量/分析系統(tǒng)164的本地監(jiān)測系統(tǒng)169(比如個人電腦)可調(diào)整參數(shù)并存取從屬測量/分析系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)。且各從屬測量/分析系統(tǒng)可調(diào)整自身參數(shù)并存取自身數(shù)據(jù)。而且，主測量/分析系統(tǒng)164可直接連至一個無線通信網(wǎng)絡(luò)或一個遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)而非本地監(jiān)測系統(tǒng)169，因而在從屬測量/分析系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)存取也變?yōu)楝F(xiàn)實。
若一個電池串包括幾百個以上的電池(如圖17)，而非從屬測量/分析系統(tǒng)(164-a，-b，-c，，-n)，配有簡單串行通信端口(如RS-485)的測量/分析裝置(1，2，N)無須使用復(fù)雜的輸出設(shè)備(如LCD)便可與若干電池串鄰接安裝來檢查電池特征。
本測量/分析裝置包括一個功能相對簡單的主控裝置11，持續(xù)電源5，以及繼電器電路4。
如此，通過簡單串行通信端口(如RS-485)的連接，主測量/分析系統(tǒng)164與測量/分析裝置(1，2，，N)便有可能通過利用主監(jiān)測系統(tǒng)164調(diào)整參數(shù)并拾回測量/分析裝置中存儲的數(shù)據(jù)。且連接至測量/分析系統(tǒng)的本地系統(tǒng)169(如個人電腦)使所有通過本地網(wǎng)(如串行接口)相互連接的測量/分析裝置(調(diào)整參數(shù)與拾回數(shù)據(jù))的控制變?yōu)榭赡堋?br> 而且主測量/分析系統(tǒng)164可連接至一個無線通信網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)而實現(xiàn)測量/分析裝置(1，2，，N)中的所有數(shù)據(jù)的存取。
圖16中任何從屬測量/分析系統(tǒng)170在應(yīng)急供電系統(tǒng)內(nèi)可被替代，且如果測量/分析系統(tǒng)的通信端口與應(yīng)急供電系統(tǒng)170相互連接，通過測量/分析系統(tǒng)164進(jìn)行數(shù)據(jù)存取是可能的。
用上述方法，通過通信網(wǎng)絡(luò)(互聯(lián)網(wǎng)，CDMA)連接至多重測量/分析系統(tǒng)的遠(yuǎn)程主計算機或個人電腦要求各種指令來使各測量/分析系統(tǒng)監(jiān)測應(yīng)急供電網(wǎng)、獲取電池的特征性數(shù)據(jù)并處理老化狀態(tài)分析的數(shù)據(jù)。
因此，通過接收所有與測量/分析系統(tǒng)相聯(lián)的數(shù)據(jù)(來自遠(yuǎn)程通信系統(tǒng))，應(yīng)急供電網(wǎng)與應(yīng)急電池的老化狀態(tài)分析是可能的。
此外，在使用互聯(lián)網(wǎng)的情況下，通過遠(yuǎn)程通信手段使用交互式通信來控制各站點的N應(yīng)急供電系統(tǒng)，附著于主計算機的一個固定互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議IP便可監(jiān)視/控制1,000個在線站點的運行，并由此帶來經(jīng)濟保養(yǎng)。
本系統(tǒng)的使用者為互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心、電子數(shù)據(jù)處理中心、移動電話中繼站、網(wǎng)絡(luò)通信站、醫(yī)院、軍事通信計算設(shè)備、銀行、工業(yè)控制系統(tǒng)、交通(公路、鐵路、地鐵)控制系統(tǒng)、船舶、電廠(配電)等，它們都需要一個24小時持續(xù)運營的高質(zhì)量供電系統(tǒng)。本發(fā)明具有電腦化自動操作的特點1)支持科學(xué)的自動化操作與保養(yǎng)；2)避免由于不可測的二級電源系統(tǒng)供電中斷所引起的系統(tǒng)不可操作性。
本發(fā)明之經(jīng)濟而科學(xué)的管理可執(zhí)行不間斷應(yīng)急供電系統(tǒng)的監(jiān)測、早期檢測及供電中斷前電池的更換。
而且，本發(fā)明的分析系統(tǒng)具有電池單體特征性數(shù)據(jù)的自動測量功能(當(dāng)有必要對電池的形成過程進(jìn)行充電/放電時)，并且在老化狀態(tài)分析以外進(jìn)行充電/放電時，可利用來分析電池單體的狀態(tài)，因為各電池單體的端子電壓與內(nèi)阻抗數(shù)據(jù)庫可在短時間內(nèi)完成。
如更早前所釋，阻抗電壓Vis的實際值可通過有效過濾噪音中的計算值而獲取，即使阻抗電壓與噪音被攙雜在一起而獲取。
因此，對于醫(yī)學(xué)上水腫部分的診斷，測量信號可在噪聲電壓中被分離或獲取，即使噪音與輸入信號同時進(jìn)入。
權(quán)利要求
1.一種電池分析系統(tǒng)，通過測得大量串聯(lián)電池的特征資料，該電池分析系統(tǒng)被用于監(jiān)視多路可充電電池組中每個電池的老化狀態(tài)，排列包括一組繼電器電路(4)與電池組每一個電池的連接；前面提到的繼電器電路組中的繼電器觸點通過4端子電路網(wǎng)與蓄電池中每個電池的(+)和(-)連接；由主控制器控制的持續(xù)電源與上述繼電器電路組連接；設(shè)備(如液晶顯示器及鍵盤)的輸入/輸出與MCU(11)連接；系統(tǒng)整體被所述MPU(11)中的MPU(1)所管控，其操作包括MPU(1)產(chǎn)生的選擇控制信號激活相應(yīng)繼電器，繼電器將所連接電池按照MCU輸入端口的測量順序進(jìn)行測量；持續(xù)電源(5)由MPU(1)產(chǎn)生的時鐘信號(CLK)啟動，持續(xù)電源(5)產(chǎn)生的恒定電流(Is)通過所述繼電器組(4)被供給蓄電池組，特征性數(shù)據(jù)如電池電壓(V)、阻抗電壓(Vis)、交流恒定電流(Is)、溫度(T)及引力(G)被自動脈沖記數(shù)電路放大并經(jīng)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化后存儲在MPU(1)存儲器中；所述MPU(1)停止持續(xù)電源(5)，電池單體中的內(nèi)阻抗由公開的阻抗計算程序來計算；基于特征性數(shù)據(jù)與電池單體內(nèi)阻抗，電池老化狀態(tài)取決于MPU(1)內(nèi)的程序；所述特征性數(shù)據(jù)、電池內(nèi)阻抗及電池狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)記錄在存儲器中；所述全部系列操作步驟與測量、計算及數(shù)據(jù)存儲重復(fù)執(zhí)行，所述電池串之分析數(shù)據(jù)通過RS232、RS422、RS485或CDMA(如有必要)被傳輸至電腦或主計算機。
2.一種測量/分析系統(tǒng)，用來評估每個多路可充電電池的老化狀態(tài)，并監(jiān)視應(yīng)急供電系統(tǒng)(18)的電質(zhì)，比如UPS和電信供電，此安排包括交流電感應(yīng)電路(15)連動測量交流電壓與應(yīng)急供電系統(tǒng)(18)的交流電流；直流感應(yīng)電路(14)連動測量直流電壓與應(yīng)急供電系統(tǒng)(18)的直流電壓與直流電電流；通過4端子電路網(wǎng)，繼電器觸點在繼電電路組中與每個電池串的(+)與(-)端子連接；持續(xù)電源(5)與繼電電路組(4)連動；主控制器(11)包括MPU(11)，前置放大器(16)，此放大器放大輸入信號至最佳狀態(tài)之自動脈沖記數(shù)電路(7)、交/直流轉(zhuǎn)換器(6)與通信端口(如RS232、RS485、CDMA及局域網(wǎng))；輸入/輸出設(shè)備如液晶顯示器及鍵盤等與主控制器(11)連接，其操作包括總系統(tǒng)由所述MCU(11)中MPU(1)管控；通過MPU(1)產(chǎn)生的時鐘信號，來自MPU(1)的選擇控制信號激活所選繼電器與持續(xù)電源(5)，來自所述持續(xù)電源(5)之被激活交流恒定電流(Is)通過所述繼電器電路組被傳至所選電池；特征性數(shù)據(jù)如電壓(V)及阻抗電壓。交流電(Is)、溫度(t)、引力(G)通過所述繼電器電路(4)被控制，以收集之?dāng)?shù)據(jù)為依據(jù)，所選電池老化狀態(tài)分析由MPU(1)內(nèi)的安裝程序處理；電池串的充電/放電電壓(DCV)及充電/放電電流(DCA)與交流電壓及應(yīng)急供電系統(tǒng)(18)之交流電同時被采集并記錄；交流電壓與電流波形同時被采集；內(nèi)部電池阻抗由阻抗計算程序計算，已測量并計算過的數(shù)據(jù)被記錄；所述所有系列操作步驟、測量、計算及數(shù)據(jù)存儲均重復(fù)執(zhí)行；存儲的數(shù)據(jù)通過所述通信端口(8)以預(yù)定時間被傳輸至主計算機；當(dāng)所述測量數(shù)據(jù)及計算數(shù)據(jù)的數(shù)值超過預(yù)設(shè)范圍時，將會設(shè)定故障報警與事件時間；數(shù)據(jù)通過通信端口(8)與故障時間一起被傳輸至遠(yuǎn)程計算機或主計算機。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征為該系統(tǒng)還包括移動電池分析儀，無所述繼電器電路(4)；所述MCU(11)的輸入被連接至電池單體(+)與(-)，手動通過4端子電路網(wǎng)進(jìn)行測量；電池單體的測量由來自MCU(11)的外部信號或內(nèi)部信號進(jìn)行初始化；來自持續(xù)電源(5)的交流恒定電流(Is)由同步脈沖信號(CLK)從MPU(1)處啟動，或自MPU(1)之ON/OFF信號通過4端子電路網(wǎng)傳輸至電池單體；特征性數(shù)據(jù)如經(jīng)測量之電池單體電壓(V)、阻抗電壓(Vis)、交流恒定電流(Is)及溫度(T)由自動脈沖記數(shù)電路放大；所述特征性數(shù)據(jù)由交/直流轉(zhuǎn)換器(6)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并存儲于MPU(1)中；電池單體內(nèi)阻抗由公開的阻抗計算程序計算；基于電池單體特征性數(shù)據(jù)及所述內(nèi)阻抗，電池老化狀態(tài)取決于MPU(1)中的程序；所述特征性數(shù)據(jù)、內(nèi)阻抗及老化狀態(tài)歷史數(shù)據(jù)被記錄于存儲器(2)中，所述數(shù)據(jù)顯示于輸出設(shè)備(如液晶顯示器)；所述所有其他電池的系列操作步驟、測量、計算及數(shù)據(jù)存儲均重復(fù)執(zhí)行；MCU(11)中已存儲數(shù)據(jù)通過USB、RS232、RS422及RS485被傳輸至筆記本電腦、服務(wù)器或主計算機。
4.一種測量內(nèi)阻抗以評估電池、電容器或水腫部分老化狀態(tài)時，為得到阻抗電壓，弱信號的真實均方根值測量方法，其包括供至承載物以測量內(nèi)阻抗的交流恒定電流(Is)頻率被設(shè)為市電o3S頻率的整倍數(shù)；交流恒定電流(Is)所感應(yīng)之阻抗電壓(Vis)頻率與所述交流恒定電流(Vis)一致；如有必要，可使用公開的噪聲抑制電路(其窄頻特征與所述交流恒定電流(Is)頻率相同)；通過所有交流實際電壓(VsM)協(xié)頻頻率的相減與相加，在所述相加與相減總值中產(chǎn)生出第一個最大公約數(shù)(GCM)；通過所述噪音紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)中所有協(xié)頻頻率的相加與相減，在所述相加與相減總值中產(chǎn)生出第二個最大公約數(shù)(GCM)；在所述第一與第二GCM之間產(chǎn)生第三個GCM；用于所述交流實際電壓(VsM)中均方根(RMS)值之計算的整合間斷以及噪音紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)被調(diào)整至所述第三GCM或其公倍數(shù)；通過整合所述交流實際電壓(VsM)與協(xié)頻紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)為所述整合間斷獲取均方根(RMS)值。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法為減少均方根阻抗電壓計算時間的方法，其特征為噪音紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)所產(chǎn)生之協(xié)頻部分包括市電頻率oS之奇倍數(shù)與偶倍數(shù)；交流恒定電流(Is)頻率被調(diào)整至所述噪音紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)協(xié)頻之某個協(xié)振頻率；有必要用于計算阻抗電壓中均方根值的整合間斷(TD)被調(diào)整至所述市電頻率Os的某一周期，減少均方根阻抗電壓的計算時間。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，該方法為減少均方根阻抗電壓計算時間的方法，其特征為噪音紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)的協(xié)頻包括市電頻率Os偶倍數(shù)或公倍數(shù)之其中一方的頻率；交流恒定電流(Is)頻率被調(diào)整至所述噪音紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的奇倍數(shù)或偶倍數(shù)中的某個頻率；有必要用于計算阻抗電壓均方根值的整合間斷(TD)被調(diào)整至所述市電頻率coS的半個周期，從而減少均方根阻抗電壓的計算時間。
7.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征為交流恒定電流(Is)頻率被調(diào)整至所述噪音紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)中兩個毗連協(xié)頻的平均值；有必要用于計算均方根值的整合間斷(TD)被調(diào)整至第三最大公約數(shù)或其整倍數(shù)，從而減少均方根阻抗電壓的計算時間。
8.如權(quán)利要求4或5或6或7中所述的方法，其特征為均方根阻抗電壓的計算由MCU中的應(yīng)用程序執(zhí)行；在P1段，噪音紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)在整合間斷(TD)過程中被獲??；在P2段，所述噪音紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)總值的交流實際電壓(VsM)與所述阻抗電壓(Vis)在整合間斷過程中獲取；用于所述整合間斷(TD)中噪音紋波電壓均方根值(VRp，RMS)的平方值從所述P1段中獲取噪音紋波電壓(VRp，F(xiàn)LT)算起；阻抗電壓均方根值(VSM，RMS)的平方值(用于所述整合間斷)自所述P2段中獲取交流實際波形(VsM)算起；此二平方值差額部分平方根值的計算。
9.如權(quán)利要求4或5或6或7中所述的方法，其特征為均方根阻抗電壓的計算由MCU中的應(yīng)用程序執(zhí)行；在P1段中，噪音紋波波形(VRp，F(xiàn)LT)(無交流恒定電流Is)為整合間斷所獲取(至)；在P2段中，家六實際電壓波形(VSM)與交流恒定電流(Is)一起為整合間斷(TD)所獲取；在所述P1段中，所述噪音紋波電壓(VRP，F(xiàn)LT)的平方值通過自乘所述噪音紋波電壓第N次采樣時間(Tn，Rp)瞬時值與基準(zhǔn)數(shù)(Vo)<BR><BR><BR>(12<BR>(V RP，F(xiàn)LT-Vo)n2之間的差額部分來獲??；繼而與指定存儲器(M1)中存儲的累積值(至n-1次采樣時間)總合并由公式方式給出n-1#(V RP，F(xiàn)LT-Vo)i2<BR><BR>i＝1，然后總合被存儲于所述存儲器(M1)內(nèi)；所述計算過程從第一采樣時間(T1 RP)到第N次采樣時間(Tn，RP)被N次處理；在P2段，所述交流實際電壓(VsM)瞬時值在第N次獲取時間被采樣、減去基準(zhǔn)數(shù)，并自乘；第N次平方值總和與(至n-1次)采樣方程式n-1-VO)i<BR>#(VSM，F(xiàn)LT-Vo)i@i＝1的累積值被存儲于指定存儲器(M2)內(nèi)；所述計算與存儲過程從第一次獲取時間(T1，sM)至第N次獲取時間(Tn SM)被N次重復(fù)；減去存儲于所述存儲器(M1)與(M2)內(nèi)的值；差額由所述整合間斷(TD)分開并經(jīng)過平方根處理后計算均方根電壓。
10.如權(quán)利要求1或2或3中所述的方法，其特征為所述MCU(11)之處理器(MPU)中安裝的軟件包括主程序與定時中斷程序；用預(yù)定時距定期執(zhí)行定時中斷程序；繼電器電路組由定時中斷程序操作，測得數(shù)據(jù)按定時中斷程序的要求進(jìn)行獲取，持續(xù)電源(5)由定時中斷程序通過指定條件進(jìn)行激活；恒定電流波形及電池內(nèi)阻抗電壓波形通過指定條件在定時中斷程序中獲?。浑姵刈杩褂嬎惴ㄔ诙〞r中斷程序中通過指定條件來執(zhí)行；直流電壓波形、直流電流與交流電壓通過指定條件在定時中斷程序中獲得；阻抗計算法獲取的測量數(shù)據(jù)與計算的阻抗數(shù)據(jù)被存儲在存儲器中；所述定時中斷程序執(zhí)行過后返回至主程序，當(dāng)此程序在所述條件下獲取電池內(nèi)阻抗電壓波形時并不返回主程序，而是以固定時間繼續(xù)執(zhí)行所述定時中斷程序；獲取內(nèi)阻抗電壓的同時，涉及應(yīng)急供電系統(tǒng)質(zhì)量的數(shù)據(jù)毫無損失地被獲取。
11.如權(quán)利要求1或2中所述的系統(tǒng)，其特征為用以控制繼電器連接至電池單體的選擇控制信號由六比特信號組成；最新四組繼電器電路其中一組由2比特選擇信號選擇；剩余四比特被傳至解碼器電路(MUX)之輸入端子(D0-D3)，并最終于所述2比特選擇信號所選擇的繼電器電路組中選擇最新的16個繼電器組合；一組繼電器電路(4)恒等并適合多層應(yīng)用程序。
12.如權(quán)利要求1或2或3中所述的系統(tǒng)，其特征為自MPU(1)時鐘傳動的時鐘信號(CLK)被連接至持續(xù)電源(5)；所述持續(xù)電源(5)的交流恒定電流(Is)頻率自所述時鐘信號(CLK)進(jìn)行信號傳動；由上述操作執(zhí)行的交流阻抗電壓(Vis)與交流恒定電流(Is)的時間周期可以輕松獲取。
13.如權(quán)利要求1或2或3中所述的系統(tǒng)，其特征為持續(xù)電源(5)快速解決無過沖交流輸出電流的穩(wěn)定性，其構(gòu)成為自MPU(1)時鐘傳動的時鐘信號(CLK)供往所述持續(xù)電源(5)；交流輸出電流反饋信號(If)連接至運算放大器(31)；位于所述輸出電流反饋值(If)與電流設(shè)定值(43)之間的差額(-)被應(yīng)用于正弦波發(fā)生電路(33)之振幅控制終端(10)；所述正弦波發(fā)生電路(33)的輸出通過瞬時值添加電路(34)被微分式加入到輸出電流反饋值(If)，繼而改進(jìn)瞬變反應(yīng)；所述微分式添加值被適用于1號B類放大器(35)；整合時鐘信號(CLK)，通過軟起始電路以產(chǎn)生緩慢上升的軟信號(SS)；以最高優(yōu)先級連接所述軟起始信號(SS)至所述運算放大器(31)。
14.如權(quán)利要求1或2或3中所述的系統(tǒng)，其特征為持續(xù)電源的構(gòu)成為交流正弦波由公開的集成電路(IC)或正弦波發(fā)生電路產(chǎn)生；所述交流正弦波發(fā)生電路(33)以微分方式通過瞬時值添加電路(34)被添加到反饋值(If)；瞬時值添加電路(34)的輸出由1號B型放大器(35)放大；此1號B型放大器電路(35)包括運算放大器(U3)的輸出被分別連接至NPN三極管(Q1)基極和PNP三極管(Q2)基極，NPN所述NPN三極管(Q1)與PNP三極管(Q2)的集合器分別連接至(+)和(-)直流電源；所述NPN三極管(Q1)與PNP三極管(Q2)的發(fā)射器連接至所述運算放大器(U3)的反向(-)輸入與共有信號變壓器(T2)的初級繞組之其中一端子；恒定電流(Is)在所述信號變壓器(T2)的次級繞組(二級繞組)處產(chǎn)生并被電隔離。
15.如權(quán)利要求1或2或3中所述的系統(tǒng)，其特征為持續(xù)電源的構(gòu)成為交流正弦波通過公開的集成電路(IC)或公開的正弦波發(fā)生電路而產(chǎn)生；交流正弦波發(fā)生電路(33)由微分方式通過瞬時值添加電路(34)被添加到反饋值(If)；所述瞬時值添加電路(34)的輸出由1號B型放大器(35)放大；所述1號B型放大器(35)連接至信號變壓器(T2)的初級繞組；兩個所述信號變壓器(T2)的次級繞組安排來產(chǎn)生兩個正弦信號，此信號為180度相位差；所述兩個正弦信號由2號B型放大器(37)放大；所述2號B型放大器(7)的輸出由分離電路(38)分離，然后用做持續(xù)電源以供電池內(nèi)阻抗的測量；在此提到的1號B型放大器(35)包括運算放大器(U3)的輸出被連接至NPN三極管(Q1)與PNP三極管(Q2)的基極；所述NPN三極管(Q1)與PNP三極管(Q2)的集合器被分別連接至(+)和(-)直流電源；所述NPN三極管(Q1)與PNP三極管(Q2)的發(fā)射器連接至所述運算放大器(U3)的反向輸入端(-)與信號變壓器(T2)初級繞組共有的一個端子；將所述信號變壓器(T2)的初級繞組另一端子接地；在此，所述2號B型放大器(37)包括輸出變壓器(TM1)的初級繞組中心抽頭連接至(+)直流電源；所述輸出變壓器(TM1)初級繞組之起始點與終結(jié)點分別連接至三極管Q3和Q4的集合器/排放口；恒定電流(Is)由2號B型放大器(37)的輸出而產(chǎn)生，并于所述輸出變壓器(TM1)中被隔離。
16.如權(quán)利要求1或2或3中所述的系統(tǒng)，其特征為住控制器(11)中自動脈沖記數(shù)電路(7)的構(gòu)成為一個測量信號(如交流實際電壓(VsM))，它一般與若干運算放大器(50)的輸入連接，此放大器具不同放大收益；所述若干運算放大器(50)的輸出被連接至信號選擇器(51)，比如模擬開關(guān)；所述信號選擇器(51)的通常輸出連接至交/直流轉(zhuǎn)換器(6)的輸入端子；具適當(dāng)放大收益的運算放大器于運算放大器(50)中選擇；具有無飽和最大輸出量的運算放大器是通過首先檢查最高收益放大器的輸出來選擇，然后檢查下一個具有最高輸出量的放大器，直至找到無飽和放大器。
17.如權(quán)利要求1或2或3中所述的系統(tǒng)，其特征為阻抗計算程序包括如下過程交流電壓(Vis)與恒定電流(Is)分別被應(yīng)用到過零探測電路，且另交叉信號(ZCV1，ZCV2，ZCI1，ZCI2)由過零探測電路產(chǎn)生；在各自過零信號(ZCV1，ZCV2，ZCI1，ZCI2)之初獲取的電壓記數(shù)數(shù)據(jù)(tel)、第2電壓記數(shù)數(shù)據(jù)(to2)、第1電流記數(shù)數(shù)據(jù)(ton)及第2電流記數(shù)數(shù)據(jù)(ti2)用來尋找交流電壓(Vis)時段Tv＝tv2-tv1與交流恒定電流(Is)時段Ti＝ti2-ti1；交流電壓(Vis)與交流恒定電流(Is)之間的相位差自所述第1電壓記數(shù)數(shù)據(jù)(tri)與第一電壓記數(shù)數(shù)據(jù)(tii)之間的差額而計算；交流電壓(Vis)與交流恒定電流(is)的平均值分別進(jìn)行計算。
18.監(jiān)視系統(tǒng)配置，使用多重測量/分析系統(tǒng)對多重應(yīng)急供電系統(tǒng)(18)與電池單體老化狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，本配置包括測量/分析系統(tǒng)(164-a，164-b，---，164-n)，相同結(jié)構(gòu)通過內(nèi)部通信端口(163)進(jìn)行雙向連接；一個測量/分析系統(tǒng)為指定主系統(tǒng)，其他為從屬系統(tǒng)，主系統(tǒng)(164)可與每個從屬系統(tǒng)(164-a，164-b，--，164-n)進(jìn)行通信；所述從屬測量/分析系統(tǒng)(164-a，164-b，-- -，164-n)通過串行口與局部監(jiān)控系統(tǒng)連接；主測量/分析系統(tǒng)(164)可配置無線通信端口以供遠(yuǎn)程無線通信；遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)通信可通過局部監(jiān)視系統(tǒng)(169)與主測量/分析系統(tǒng)(164)的連接而實現(xiàn)；所有檢測/分析系統(tǒng)(164，164-a，164-b，---，164-n)具有通信串行口以供與任何遠(yuǎn)程控制設(shè)備或控制臺設(shè)備(包括局部監(jiān)視系統(tǒng))進(jìn)行連接；與主測量/分析系統(tǒng)連接之局部監(jiān)視系統(tǒng)(169)配置可調(diào)整參數(shù)并通過通信端口檢索從屬系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。
19.如權(quán)利要求18中所述的系統(tǒng)，其特征為通信協(xié)議相同的應(yīng)急供電系統(tǒng)與從屬測量/分析系統(tǒng)被替換到某從屬測量/分析系統(tǒng)中；應(yīng)急供電系統(tǒng)的通信串行口連接至主測量/分析系統(tǒng)；所述應(yīng)急供電系統(tǒng)可通過提供的通信網(wǎng)絡(luò)由遙控或局部系統(tǒng)進(jìn)行控制，
20.如權(quán)利要求18中所述的方法，其特征為配置上僅具有電路的一個測量/分析單位(而非所述從屬測量/分析系統(tǒng))包括簡單功能之主控制器(11)，持續(xù)電源(5)，繼電器電路組(4)，及一個通信串行口；所述測量/分析單位(1，2，3，---，N)可與若干電池串進(jìn)行相鄰安裝；通過簡單通信串行口如RS485，所述主測量/分析系統(tǒng)(164)與所述測量/分析單位(1，2，3，---，N)進(jìn)行相互連接；對所述測量/分析單位之任何參數(shù)或已存儲數(shù)據(jù)通過電腦(PC)進(jìn)行相鄰或檢索處理；如有必要，所述主測量/分析系統(tǒng)(164)可被連接至無線通信網(wǎng)絡(luò)或遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)以供遠(yuǎn)程及本地監(jiān)視系統(tǒng)訪問。
21.如權(quán)利要求1或2中所述的系統(tǒng)，其特征為遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)包括在線網(wǎng)絡(luò)，比如無線通信或互聯(lián)網(wǎng)，其通信端口安裝在測量/分析系統(tǒng)中；若采用互聯(lián)網(wǎng)，通過控制每個站點之N應(yīng)急供電系統(tǒng)，附著于主計算機的IP地址可控制/監(jiān)視1,000個以上在線站點的運行；多重應(yīng)急供電系統(tǒng)的運行狀態(tài)及其電池老化狀態(tài)由單個遠(yuǎn)程計算機監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明可精確測量包含波紋噪聲電壓的實際交流波形(V
文檔編號G01R21/00GK1759309SQ200480006211
公開日2006年4月12日 申請日期2004年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者金得洙, 金來瑛, 金基澤 申請人:保誠電子工程有限公司