專利名稱：檢測電池單元損壞的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來檢測電池單元損壞的裝置。
不間斷電源中所使用的蓄電池通常由串聯相接的許多單元組成。到目前為止，人們只能夠通過監測每個單元的各端電壓來完成對一個或更多個電池單元損壞的檢測。這就要檢測大量的電壓并且要連接每個不同電池單元的端子。
本發明的目的是為了獲得一種檢測蓄電池單元損壞的裝置，該裝置結構簡單，并且不具有上述的缺陷。
根據本發明，通過以下裝置能實現本發明的目的。該裝置包括當電池放電時，測量電池端電壓的裝置，計算代表該電壓二次導數的數值的裝置，將代表二次導數的數值與預置閾值(正值或零)相比較的裝置，以及當所得數值大小所述閾值時，指示電池損壞的裝置。
根據最佳實施例，本裝置存儲電池端電壓的三個連續值，該電壓值是在預定的時間間隔內測量的，并且從這三個值中計算出代表該電壓一次導數的兩個連續數值。接著，通過計算代表電壓的一次導數的兩個連續數值的差值，計算出代表二次導數的數值。
通過對下面圖示的本發明的實施例的說明，本發明的優點和特點會更清楚明了，該實施例只是一個非限制性的例子，該例將結合附圖加以說明。
圖1的框圖表示含有根據本發明的裝置的設備。
圖2表示實現本發明的流程圖的具體實施例。
圖3和圖4分別表示電池端電壓對于時間的變化曲線以及在一些電池單元端子上所測得的電壓隨時間的變化曲線。
圖5圖示了本發明的具體實施例的一個附加階段。
圖1圖示了在檢測不間斷電源(UPS)中的電池2中一個或更多個電池單元損壞的裝置1的應用。圖中所示的傳統類型的UPS由AC電壓源3供電，并且該結構包含一個AC-DC轉換器4，該轉換器和一個DC-AC轉換器串聯或者和轉換器5串聯，以及一個負載6和電池2與轉換器4的輸出相連。
裝置1包括一個帶有微處理器的電子處理電路7，它與顯示裝置8相連。電子處理電路7在輸入端接收代表電池端電壓U的信號。
當電池放電時，一個或更多的電池單元的損壞將導致代表電壓U對時間的曲線U(t)的斜線的跳動。這種斜線處的跳動可以通過計算曲線U(t)的二次導數來檢測。在正常的情況下，當電池正處在放電過程時，電壓的二次導數總是負值。如果在放電過程中，二次導數變為正值，這就表明一個或多個電池單元已損壞。
圖2圖示了流程圖的最佳實施例，該流程圖可通過微處理器7實現。在圖2中，損壞檢測從階段F1開始，在此階段，由微處理器測出電池2的端電壓U的第一個值U3。在階段F1后的階段F2中，經過一個預定的時間間隔△t，測出電池端電壓U的第二次測量值U2。接著，微處理器計算(F3)出U2和U3的差值D2。在兩個連續的測量過程中的時間間隔△t是預定的并且是恒定的，差值D2代表曲線U(t)的導數。
微處理器然后測量(F4)出電池2端電壓U的第三次測量值U1，時間間隔△t使U1和U2的測量分開進行。接著計算(F5)U1和U2的差值D1以及D1和D2的差值D(在F6階段)。以預定的時間間隔△t，由U的三個連續測量值U1、U2和U3所構成的曲線的二次導數用差值D來表示，存儲D，例如存儲在RAM9中。然后在階段7將D與閾值相比較，優選閾值為0。
如果D低于閾值(在F7輸出否)，則認為電池單元工作狀態良好。第二次測量值U2在處理電路7的存儲器9中取代(F8)電壓值U3。接著，(F9階段)，在存儲器9中，第一次測量值U1取代測量值U2，差值D1取代差值D2。因此，最后兩個測量結果及其差值被存儲起來，微處理器能重新起動一個新的循環，通過重新測量U1來測定在F4階段的二次導數D，時間間隔△t將二個連續的測量相分隔。由于本例只是一個非限制的例子，△t可以為大約20秒或30秒。
通過這種方式，在每個新的測量值U1處自動計算二次導數。
如果D大于閾值(F7輸出是)，則在顯示裝置8中指示出電池單元損壞。
也能通過任何其他適當的裝置實現此指示，例如可用視覺的或聽覺的、本地的或遠程的裝置。
在圖2所示的實施例中，代表損壞的閾值是0。為防止某種虛假報警，閾值最好比0稍大一些。
從實驗可以看出二次導數D很好地表示出損壞情況。如例所示，圖3表示由29個電池單元所組成的轉換器電池的經實驗獲得的端放電曲線U(t)。
每經過1分鐘的時間間隔△t，測量U的連續值，同時依次計算出D1和D的值，如下所示t(min)U(V)D1D1347.76652351.52183.83350.925-0.6-4.44349.7962-1.1-0.55348.2835-1.5-0.46347.4759-0.80.77346.4733-1.0-0.28345.6198-0.90.19344.5427-1.1-0.210343.6921-0.90.2
11341.6315-2.1-1.212340.0479-1.60.513339.2599-0.80.814388.4148-0.8-0.115337.4351-1.0-0.116336.2036-1.2-0.317334.727-1.5-0.218333.2822-1.40.019331.594-1.7-0.220329.9797-1.60.121328.1715-1.8-0.222326.8366-1.30.5在下列的時間可觀察到反常現象(D＞O)6-8-10-12-13-18和20分鐘。
圖4的曲線Ue(t)表示在此放電期間在5個電池單元的端電壓的變化。在下面時間5-11-12-17-19和20分鐘可以觀察到這些電池單元至少有一個單元電壓顯著下降(Ue＞10V)。其他電池單元的端電壓未出現明顯下降(未表示出)。
在由電池傳送的功率發生很大變化的情況下，對二次導數的計算能導致對損壞的虛假顯示。因此最好能抑制這種情況下的指示如圖5所示，可以在圖2的流程圖中(例如在階段F5或F6之后)插入一個抑制階段。該抑制階段包括測量(F11)由電池傳送的由電流傳感器測量的電流Ib。接著，微處理器計算(F12)傳送的功率P1＝U1Ib，并且計算(F13)此功率與在前面測量循環所測得的功率之間的差值△P。然后將△P和預置的閾值A相比較。如果△P不大于閾值(F14輸出否)，則微處理器根據圖2的流程圖正常進行到階段F7。另一方面，如果△P大于閾值(F14輸出是)，則將F7和F10短路，微處理器直接進入階段F8，這樣就抑制了任何一種損壞的指示。然后將P1存儲到P2完成階段F9，為下個循環做好準備。
以上描述的檢測裝置可以和基于微處理器的裝置結合起來，用以測量電池的備用時間。實際上，這種裝置通過測量電池傳輸的電壓U和電流Ib以及通過計算所傳輸的功率，來測定電池的后備時間。目前的流程圖僅僅止于二次導數的計算以及將其與預定的閾值相比較以實現對一個或多個電池單元損壞的指示。
權利要求
1.一種檢測電池單元損壞的裝置，其特征在于包括用于在電池放電時測量電池端電壓(U1，U2，U3)的裝置，用于計算代表所述電壓二次導數的數值(D)的裝置(F3，F5，F6)，用于將所述代表二次導數的數值與一個預定的正的或為零的閾值相比較的裝置(F7)，以及用于當所述值(D)大于所述閾值時，顯示損壞的裝置(F10，8)。
2.根據權利要求1的裝置，其特征在于用于測量電壓的裝置包括用于以預定的時間間隔(△t)測量電壓的裝置以及用于存儲三個連續的電壓值(U3，U2，U1)的裝置(9，F1，F2，F4，F8，F9)。
3.根據權利要求2的裝置，其特征在于用于計算代表二次導數的數值(D)的裝置包括用于計算代表電壓的一次導數的數值(D1)的裝置(F5)。
4.根據權利要求3的裝置，其特征在于用于計算代表一次導數的數值(D1)的裝置(F5)包括用于計算兩個連續的電壓值(U1，U2)的差值的裝置。
5.根據權利要求4的裝置，其特征在于用于計算代表二次導數的數值(D)的裝置包括用于計算代表一次導數數值約兩個連續數值(D1，D2)之間的差值的裝置(F6)。
6.根據權利要求1的裝置，其特征在于用于計算的裝置包括一個微處理器(7)。
7.根據權利要求1的裝置，其特征在于包括用于測量電池放電電流(Ib)的裝置(10，F11)，用于計算電池傳送的功率(P1)的裝置(F12)，用于存儲電池先前傳送的功率(P2)的裝置(F9)，用于計算二個連續的功率值(P1，P2)之間的差值(△P)的裝置(F13)，用于將功率差值(△P)與一個預定的功率閾值(A)相比較的裝置(F14)以及用于當功率差值(△P)大于所設定的功率閾值(A)時抑制損壞顯示的裝置(F14的是)。
全文摘要
當一個或多個電池單元(比如，一個變換器電池組)損壞時，可以通過監測在放電過程中代表電池端電壓U的曲線U(t)的二次導數(D)檢測到這種損壞。如果二次導數為正值(F1)，則表明損壞。
文檔編號G01R31/36GK1083594SQ9311621
公開日1994年3月9日 申請日期1993年8月4日 優先權日1992年8月5日
發明者瓊-諾埃爾·菲奧里納, 帕特里克·萊勒 申請人:梅蘭日蘭公司
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
