CN1034836C - 检测电池单元损坏的装置 - Google Patents

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Abstract

当一个或多个电池单元(比如，一个变换器电池组)损坏时，可以通过监测在放电过程中代表电池端电压U的曲线U(t)的二次导数(D)检测到这种损坏。如果二次导线为正值(F1)，则表明损坏。

Description

检测电池单元损坏的装置
本发明涉及用来检测电池单元损坏的装置。
不间断电源中所使用的蓄电池通常由串联相接的许多单元组成。到目前为止，人们只能够通过监测每个单元的各端电压来完成对一个或更多个电池单元损坏的检测。这就要检测大量的电压并且要连接每个不同电池单元的端子。
本发明的目的是为了获得一种检测蓄电池单元损坏的装置，该装置结构简单，并且不具有上述的缺陷。
根据本发明，通过以下装置能实现本发明的目的。该装置包括当电池放电时，测量电池端电压的装置，计算代表该电压二次导数的数值的装置，将代表二次导数的数值与预置阈值(正值或零)相比较的装置，以及当所得数值大于所述阈值时，指示电池损坏的装置。
根据最佳实施例，本装置存储电池端电压的三个连续值，该电压值是在预定的时间间隔内测量的，并且从这三个值中计算出代表该电压一次导数的两个连续数值。接着，通过计算代表电压的一次导数的两个连续数值的差值，计算出代表二次导数的数值。
通过对下面图示的本发明的实施例的说明，本发明的优点和特点会更清楚明了，该实施例只是一个非限制性的例子，该例将结合附图加以说明。
图1的框图表示含有根据本发明的装置的设备。
图2表示实现本发明的流程图的具体实施例。
图3和图4分别表示电池端电压对于时间的变化曲线以及在一些电池单元端子上所测得的电压随时间的变化曲线。
图5图示了本发明的具体实施例的一个附加阶段。
图1图示了在检测不间断电源(UPS)中的电池2中一个或更多个电池单元损坏的装置1的应用。图中所示的传统类型的UPS由AC电压源3供电，并且该结构包含一个AC-DC转换器4，该转换器和一个DC-AC转换器串联或者和转换器5串联，以及一个负载6和电池2与转换器4的输出相连。
装置1包括一个带有微处理器的电子处理电路7，它与显示装置8相连。电子处理电路7在输入端接收代表电池端电压U的信号。
当电池放电时，一个或更多的电池单元的损坏将导致代表电压U对时间的曲线U(t)的斜线的跳动。这种斜线处的跳动可以通过计算曲线U(t)的二次导数来检测。在正常的情况下，当电池正处在放电过程时，电压的二次导数总是负值。如果在放电过程中，二次导数变为正值，这就表明一个或多个电池单元已损坏。
图2图示了流程图的最佳实施例，该流程图可通过微处理器7实现。在图2中，损坏检测从阶段F1开始，在此阶段，由微处理器测出电池2的端电压U的第一个值U3。在阶段F1后的阶段F2中，经过一个预定的时间间隔Δt，测出电池端电压U的第二次测量值U2。接着，微处理器计算(F3)出U2和U3的差值D2。在两个连续的测量过程中的时间间隔Δt是预定的并且是恒定的，差值D2代表曲线U(t)的导数。
微处理器然后测量(F4)出电池2端电压U的第三次测量值U1，时间间隔Δt使U1和U2的测量分开进行。接着计算(F5)U1和U2的差值D1以及D1和D2的差值D(在F6阶段)。以预定的时间间隔Δt，由U的三个连续测量值U1、U2和U3所构成的曲线的二次导数用差值D来表示，存储D，例如存储在RAM9中。然后在阶段7将D与阈值相比较，优选阈值为0。
如果D低于阈值(在F7输出否)，则认为电池单元工作状态良好。第二次测量值U2在处理电路7的存储器9中取代(F8)电压值U3。接着，(F9阶段)，在存储器9中，第一次测量值U1取代测量值U2，差值D1取代差值D2。因此，最后两个测量结果及其差值被存储起来，微处理器能重新起动一个新的循环，通过重新测量U1来测定在F4阶段的二次导数D，时间间隔Δt将二个连续的测量相分隔。由于本例只是一个非限制的例子，Δt可以为大约20秒或30秒。
通过这种方式，在每个新的测量值U1处自动计算二次导数。
如果D大于阈值(F7输出是)，则在显示装置8中指示出电池单元损坏。
也能通过任何其他适当的装置实现此指示，例如可用视觉的/或听觉的、本地的或远程的装置。
在图2所示的实施例中，代表损坏的阈值是0。为防止某种虚假报警，阈值最好比0稍大一些。
从实验可以看出二次导数D很好地表示出损坏情况。如例所示，图3表示由29个电池单元所组成的转换器电池的经实验获得的端放电曲线U(t)。
每经过1分钟的时间间隔Δt，测量U的连续值，同时依次计算出D1和D的值，如下所示：t(min)    U(V)        D1      D1        347.76652        351.5218     3.83        350.925     -0.6    -4.44        349.7962    -1.1    -0.55        348.2835    -1.5    -0.46        347.4759    -0.8     0.77        346.4733    -1.0    -0.28        345.6198    -0.9     0.19        344.5427    -1.1    -0.210       343.6921    -0.9    0.211    341.6315    -2.1    -1.212    340.0479    -1.6     0.513    339.2599    -0.8     0.814    388.4148    -0.8    -0.115    337.4351    -1.0    -0.116    336.2036    -1.2    -0.317    334.727     -1.5    -0.218    333.2822    -1.4     0.019    331.594     -1.7    -0.220    329.9797    -1.6     0.121    328.1715    -1.8    -0.222    326.8366    -1.3     0.5在下列的时间可观察到反常现象(D＞O)：
6-8-10-12-13-18和20分钟。
图4的曲线Ue(t)表示在此放电期间在5个电池单元的端电压的变化。在下面时间：5-11-12-17-19和20分钟可以观察到这些电池单元至少有一个单元电压显著下降(Ue＞10V)。其他电池单元的端电压未出现明显下降(未表示出)。
在由电池传送的功率发生很大变化的情况下，对二次导数的计算能导致对损坏的虚假显示。因此最好能抑制这种情况下的指示如图5所示，可以在图2的流程图中(例如在阶段F5或F6之后)插入一个抑制阶段。该抑制阶段包括测量(F11)由电池传送的由电流传感器测量的电流Ib。接着，微处理器计算(F12)传送的功率P1＝U1Ib，并且计算(F13)此功率与在前面测量循环所测得的功率之间的差值ΔP。然后将ΔP和预置的阈值A相比较。如果ΔP不大于阈值(F14输出否)，则微处理器根据图2的流程图正常进行到阶段F7。另一方面，如果ΔP大于阈值(F14输出是)，则将F7和F10短路，微处理器直接进入阶段F8，这样就抑制了任何一种损坏的指示。然后将P1存储到P2完成阶段F9，为下个循环做好准备。
以上描述的检测装置可以和基于微处理器的装置结合起来，用以测量电池的备用时间。实际上，这种装置通过测量电池传输的电压U和电流Ib以及通过计算所传输的功率，来测定电池的后备时间。目前的流程图仅仅止于二次导数的计算以及将其与预定的阈值相比较以实现对一个或多个电池单元损坏的指示。

Claims (7)

1.一种检测电池单元损坏的装置，其特征在于包括用于在电池放电时测量电池端电压(U1，U2，U3)的装置，用于计算代表所述电压二次导数的数值(D)的装置，用于将所述代表二次导数的数值与一个预定的正的或为零的阈值相比较的装置，
以及用于当所述值(D)大于所述阈值时，显示损坏的装置。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于用于测量电压的装置包括用于以预定的时间间隔(Δt)测量电压的装置以及用于存储三个连续的电压值(U3，U2，U1)的装置。
3.根据权利要求2的装置，其特征在于用于计算代表二次导数的数值(D)的装置包括用于计算代表电压的一次导数的数值(D1)的装置。
4.根据权利要求3的装置，其特征在于用于计算代表一次导数的数值(D1)的装置包括用于计算两个连续的电压值(U1，U2)的差值的装置。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于用于计算代表二次导数的数值(D)的装置包括用于计算代表一次导数数值约两个连续数值(D1，D2)之间的差值的装置。
6.根据权利要求1的装置，其特征在于用于计算的装置包括一个微处理器(7)。
7.根据权利要求1的装置，其特征在于包括用于测量电池放电电流(Ib)的装置，用于计算电池传送的功率(P1)的装置，用于存储电池先前传送的功率(P2)的装置，用于计算二个连续的功率值(P1，P2)之间的差值(ΔP)的装置，
用于将功率差值(ΔP)与一个预定的功率阈值(A)相比较的装置，以及用于当功率差值(ΔP)大于所设定的功率阈值(A)时抑制损坏显示的装置。
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