CN104953533A - 用于电子跳闸设备的跳闸原因管理设备 - Google Patents
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Abstract
电子跳闸设备中的跳闸原因的管理设备(1)，通过具有三个微控制器的结构体系使得能够高效且可靠地进行操作。彼此连接的第一微控制器(3)、第二微控制器(4)和第三微控制器(5)执行第一微控制器(3)测量的电力系统(2)的典型特征的分析和存储。基于电源情形和所分析的事件，一个、二个或三个微控制器可以是活动的，以降低设备(1)的电力要求。至少部分地以冗余的方式执行关于电力系统(2)的数据的存储。
Description
技术领域
本发明涉及一种电路断路器中的跳闸原因的管理设备。
背景技术
在电子电路断路器的跳闸之后，保存关于跳闸的原因的信息很重要。保存关于紧挨跳闸之前发生的事件的一些信息也很重要。
在传统方式中，关于跳闸的原因的信息通过微处理器产生，微处理器将此数据存储在存储设备上。微处理器还执行关于跳闸前和跳闸时的电学量的数据的存储。在数据存储期间微处理器上存在重功率需求，数据存储需要使用大尺寸微处理器。
存在处理此问题的若干文献。例如，文献EP0279692描述了具有故障指示器的断路器。通过单个微处理器存储关于所监视的电源在紧挨故障之前的状态的数据。
为了简化，通过被监视的线路直接提供电路断路器。在此构造中，当跳闸发生时，电路断路器不再开启。
文献US5089928描述了使用微处理器监视电路以及存储关于所监视的电路的数据的电路断路器。
文献US5311392公开了配备两个处理器来监视电源电路的电路断路器。处理器被独立地供电，从而当第一处理器的电源被中断时第二处理器还工作。第一处理器比第二处理器访问更多信息。
文献US5224011公开了一种在主电源不可用的情况下，用电池进行电子电路中的数据存储的系统。
发明内容
注意到存在提供以更高效且更可靠的方式提供关于跳闸原因的信息的电路断路器的需求。
通过包括以下项的电路断路器实现此目的：
-一系列输入端，所述输入端被设计为连接到第一微控制器，所述第一微控制器被配置为测量电源线的电流的特性，以检测所述电源线的电气故障，
-第二微控制器，其由所述电源线供电并具有第一耗电值，所述第二微控制器被配置为分析来自所述第一微控制器的数据，以便检测所述电源线的电气故障，
-第三微控制器，其由所述电源线供电并被连接为从所述第一和第二微控制器接收数据，所述第三微控制器被配置为指示所述电路断电器的跳闸的原因，所述第三微控制器具有第二耗电值，所述第二耗电值小于所述第一耗电值，
-备用供电源，其被配置为在所述电源线不可用的情况下向所述第三微控制器供电。
附图说明
从本发明的具体实施例的以下描述中，其它优点和特征将变得更清楚明显，这些具体实施例仅为了非限制性的示例目的且在附图中表示，其中：
图1A以示意方式示出了电路断路器的第一实施例，
图1B以示意方式示出了电路断路器的第二实施例，
图2示出了电路断路器执行的主要动作的流程图，
图3A和图3B以示意方式表示电路断路器的两个实施例，
图4表示用于电池状态的管理的步骤的流程图，
图5表示序列化(sequencing)电池放电管理方法的范围中电池发出的电流的变化的时间和周期，
图6表示在电池的终端处测量的电压相对于时间的变化的示例。
具体实施方式
图1A和图1B示出了电力系统2的电源线的监视设备1。在有利方式中，监视设备1形成连接到电力系统2的一个或多个电源线的电路断路器的部分。监视设备分析这些线以便确定它们正常工作还是发生故障。电路断路器配置为通过微控制器分析被监视的电源线的电学特性，以及在检测到电气故障的情况下触发该电源线的断开。设备1可以包括第一微控制器3、第二微控制器4和第三微控制器5，后面将进一步描述它们的细节。作为变型，第一微控制器5位于监视设备1外部，但其连接到设备1的一系列输入端，以便向电力系统2提供关于表示电力系统2的电学量的数据。
第一微控制器3连接到电力系统2的电源线。第一微控制器3配备测量装置6，以测量电力系统2的量特性(步骤F1)，量特性诸如电压V、电流I和频率f等。第一微控制器3可以集成在电路断路器中或位于电路断路器外部。第一微控制器3还被配置为监视电力系统2以及检测可能的故障。
在有利实施例中，第一微控制器3由主电源7供电，该主电源7由要被监视的电线提供。该主电源7是第一微处理器3的主要电源。因为电路断路器的供电以及尤其是监视设备1的供电由电力系统2执行或者从该电力系统2分支出来，所以在电路断电器跳闸的情况下，主电源线被中断，并且第一微处理器3不再开启。此外，主电源7传送的电力可以根据连接到电力系统的电负载而变化。
第一电容器8提供备用电力供应源，以当第一微控制器3的主电源7中断时，在有限的时间中向第一微控制器3供电。以此方式，当跳闸命令发送到电路断电器时，或者当第一微控制器3检测到主电源的失去时，电容器8中剩余足够的能量来执行相关数据向电路断电器的其它组件的传送。该备用电源8允许在电源线上检测到电气故障时记录重要电学数据。
第一微处理器3可以检测电力系统的故障以及触发电力系统的断开。关于电力系统2以及尤其是关于所监视的线的数据被经由第一通信线9从第一微处理器3传送到电路断电器的不同组件.
在图1A和图1B所示的具体实施例中，第二微控制器4通过第一通信线9连接到第一微控制器3。以此方式，第二微控制器4通过第一微控制器3接收关于电力系统2的数据。第二微控制器4还可以从监视设备的其它设备接收关于电力系统2的数据。这些其它设备提供电力系统的电学量的测量。
第二微处理器4的主要功能是分析和存储关于电力系统2的数据。第二微处理器4执行对所测量的电学量的更深入的分析，其使得能够进行对电力系统的更详细的研究(步骤F2)。在此构造中，第二微控制器4可以因为第一微处理器3未检测到的问题而请求电源系统的断开，例如，电压掉到阈值之下和/或异常频率改变。第二微控制器4还被配置为执行对要监视的线的电学特性(例如电压、频率和/或谐波测量)的更精确的分析，以及将该数据发送给用户和/或其它计算模块。
对于关于电力系统2的数据的深入分析，第二微控制器4需要大量电力。该电力还可被用于将所收集的数据发送给其它计算模块或用户。对于其的供电，第二微控制器4连接到主电源7。在有利方式中，第二微控制器4由DC/DC电源供电，该DC/DC电源本身由主电源7供电。如之前所描述的，在电力系统发生故障的情况下或者如果主电源7不能提供必要的电力，则第二微控制器4不再能够工作。
第二电容器8’提供备用第二电源，以当第二微控制器4的主电源7中断时在有限时间中对第二微控制器4供电。以此方式，当发送电路断电器的跳闸命令时或者当第二微控制器4检测到主电源的失去时，电容器8’中剩余足够的能量，以允许将相关数据传送到电路断路器的其它组件。
第二微控制器4连接到存储器10。存储器10有利地由主电源7供电。在主电源7发生故障的情况下，有利的是将存储器10连接到由电容器11形成的备用供电源，以在有限的时间中提供电力。以此方式，第二微处理器4计算的数据可以记录在存储器10中。
存储器10有利地是电可擦除可编程非易失性存储器类型，或者是永久磁记录类型的随机访问存储器，或者是能够容易地写入数据并在没有任何电力供应的情况下保持数据的其它类型。用户继而可以读取所记录的数据。
通过第二通信线12执行第二微控制器4和存储器10之间的数据传送。典型地，所存储的数据来源于对关于电力系统2的信息的分析。例如，该数据涉及电力系统2中存在的交流电的电流I、电压V或频率f随时间的变化和/或一次值。
在有利方式中，第二微控制器4配置为执行谐波的计算，其需要执行极其耗电的傅立叶变换的计算。
存在第三微控制器5，并且其利用能够在双向上进行数据传送的协议连接到第二微控制器4。对于其的电力供应，第三微控制器5连接到主电压7。在有利的方式中，第三微控制器5与第二微控制器4例如通过DC/DC转换器连接到相同的电源。
有利地，第三微控制器5与备用电源13关联，备用电源13是独立于电力系统2的源。该电源可以例如是电池13。电池13是通过氧化还原化学反应将化学能转变为电能的电化学设备。电池13可以是非可再充电的，或者可以称为一次性电池或电池。电池相比于电容是有优势的，因为其在发生故障的情况下更容易替换。
在主电源7不可用的情况下，第三微控制器5由电池13供电。对第三微控制器5配置电池13，使得在主电源不可用的情况下，第三微控制器5比第一和第二微控制器开启更长时间。优选地，对第三微控制器5配置电池13，以提供第三微控制器5的永久电力供应。永久电力供应的含义在于在比维护操作所需要的时间长得多的时间段上提供第三微控制器的电力供应，从而在电池耗完之前主电源被重建。为了实现这样的结果，第三微控制器提供减少的功能性，消耗极少电力。第三微控制器5提供第一和/或第二微控制器中计算的数据的呈现的功能。第三微控制器5呈现比第二微控制器4的电力消耗更低的电力消耗。例如，第三微控制器5不配备傅立叶变换计算装置。这导致第二微处理器呈现比第三微控制器的电力消耗更高的电力消耗。
这样的构造使得第二微控制器4能够专门进行高功耗的操作，以便根据第一微控制器3和/或提供电力系统2的电学量的测量的其它设备所提供的数据执行电力系统的精细分析，并且还有利地使得该数据的全部或部分能够发送到用户或电路断路器的其它组件。
第三微控制器5专用于关于跳闸的原因的数据的通信操作，尤其是与用户的通信操作，这需要更少的电力。有利地，第三微控制器执行跳闸的原因的显示。在电路断路器的跳闸之后，不再必须分析被中断的电力系统，而重要的是知道导致跳闸并因而导致电力系统关闭电源的原因。因此，不必要保持第二微控制器4的操作，相反，重要的是向第三微控制器5供电以收集相关数据并使其可用。
具有不同电力消耗的两个微控制器之间的功能的分离使得可以在主电源存在时执行所有期望的功能，以及确保在断开之后在可以较长的时间段上提供相关数据。该特性还使得能够提供紧凑且稳健的设备，因为其不再需要提供向电路断路器的所有组件供电的备用电源。
电容器8和8’在短时间段中执行对第一和第二微控制器3和4的电力供应，以便能够记录电力系统在断开之前以及刚刚断开之后的电学特性。该数据记录在存储器10中。当存储器10也由电容器类型的备用电力供应源11供电时，第三微控制器能够取回该数据。
因为微控制器由主电源7供电，所以主电源7可能不能提供用于第二微控制器4的正确操作所必须的功率。该情况可以在电线上仅有小负载的情况下或者接地故障发生的情况下发生。如果第一微控制器3检测到故障，则第一微控制器3告知第三微控制器5，并且在第一微控制器3和第三微控制器5之间存在直接通信线的情况中，在没有第二微控制器4干预的情况下存储数据。
有利地，第三微控制器5具有第一分析装置14，其配置为分析电力系统的特性以及有利地分析电力系统2的强电流I和高电压V。该数据可以被容易地计算，并且这些计算仅消耗极少能量。第三控制器5可以用于检测电力系统中的故障(步骤F3)。
有利地，用于此部分的第二微控制器4具有第二分析装置15，其配置为仅分析电力系统2中存在的弱或强电流I以及高电压V。优选地，第二微控制器4执行的分析来源于第一微控制器3或者提供关于电力系统2的电学量的测量的其它设备所提供的数据。在此情况中，不存在过电压跳闸的风险，并且第三微控制器5还可以配置为执行电力系统的适当分析。此构造使得可以具有在更宽的电流范围I上工作的电路断路器。
为了促进第三微控制器5中的数据取回，有利地从第二微控制器4发送不同的数据项。第二微控制器4通过同步信号发送关于其自身的存在的信息。因此，如果第二微控制器4不再开启，第三微控制器5通过同步信号的不存在而检测到此状态。第二微控制器4还发送指示电力系统断开命令已被初始化的信号，以便通过尽早地启动数据取回而促进电力数据的取回(步骤F5)。
在图1A中所示的具体实施例中，使用至少两个通信线。有利地，第一通信线9用于三个微控制器3、4和5之间用于关于电力系统2的数据的传送。两个分路被分路连接使得微处理器4和5接收相同的数据。连接第二微控制器4和第三微控制器5的同步线16也使得可以数据交换。同步线16使得能够限定负责数据的读取的微控制器。在有利方式中，只要第二微控制器4被开启，则其具有读取和分析第一微控制器3提供的数据的优先性或排他性。在没有电路断路器的跳闸时，第三微控制器5可以保持暂停或甚至待机。指示线17通过特定信号指示电力系统的断开、以及第二微控制器4所检测到的原因(步骤F5和F6)。
在图1B所示的另一具体配置中，使用至少两个不同的通信线。第一通信线9用于在第一微控制器3和第二微控制器4之间传送关于电力系统2的数据。第二通信线9’用于在第二微控制器4和第三微控制器5之间传送关于电力系统2的数据。连接第二微控制器4和第三微控制器5的同步线16也能够数据交换。同步线16使得能够限定负责数据的读取的微控制器，如之前的实施例一样。在有利方式中，只要第二微控制器4被开启，其就读取和分析第一微控制器3提供的数据。当不存在电路断路器的跳闸时，第三微控制器5保持暂停或甚至待机。指示线17通过特定信号指示电力系统的断开以及第二微控制器4所检测的原因(步骤F5和F6)。
在图1A和图1B中所示的实施例的两个具体情况中，指示线17使得第二微控制器4能够向第三微控制器5传送例如来自于其对电力系统2的分析的数据。以此方式，第三微控制器5不必连续地分析通信线9或9’所接收的关于电力系统2的数据。有利地，第三微控制器5具有待机模式，在该模式中，其不消耗任何电力。由此，监视设备1使得能够在电力方面以更高效的方式操作。第三微控制器5当其从第一微控制器3或从第二微控制器4接收到例如启动信号时离开待机模式。例如，在接收到指示电路断路器的跳闸的信号时，第三微控制器5将取回来自存储器(例如存储器10)的数据，该数据由第一和/或第二微控制器提供(步骤F7和F8)。
在仍然有利的方式中，第三微控制器5被配置为在接收同步信号失败时离开待机状态。因此，如果主电源提供的电力不足，即使第二微控制器4不活动，也可以将数据存储在存储器10和19中。
在图1A所示的有利实施例中，第一微控制器3通过在线9上分支连接的两个连接，连接到第三微控制器4和5。如此，两个微控制器4和5接收来自第一微控制器3的相同数据。
在甚至更有利的方式中，并且如图1A所示，通过缓冲存储器18执行数据传送。第一缓冲存储器18a在第一微控制器3和第二微控制器4之间创建连接，第二缓冲存储器18b在第一微控制器3和第三微控制器5之间创建连接。因此，存在配备有缓冲存储器18a的第一通信线，并且其将第一微控制器3与第二微控制器4相连接。还存在配备有缓冲存储器18b的第二通信线，并且其将第一微控制器3与第三微控制器5相连接。
在图1B中所示的有利实施例中，通过分别标记为9和9’的两个不同的连接，第一微控制器3连接到第二微控制器4，第二微控制器4继而连接到第三微控制器5。以此方式，微控制器5通过第二微控制器4从第一微控制器3接收数据。
在甚至更有利的方式中，并且如图1B中所示，通过缓冲存储器18执行数据传送。第一缓冲存储器18a在第一微控制器3和第二微控制器4之间创建连接，并且第二缓冲存储器18b在第二微控制器4和第三微控制器5之间创建连接。因此，存在配备有缓冲存储器18a的第一通信线，并且其将第一微控制器3与第三微控制器5相连接。还存在配备有缓冲存储器18b的第二通信线，并且其将第二微控制器4与第三微控制器5相连接。
在图1A和图1B中所示的实施例中的有利方式中，第二微控制器4向第三微控制器5发出同步信号，以限定缓冲存储器18、18’上的读取优先级。
在仍然有利的方式中，第一微控制器3通过通信线9和9’之一连接到另两个微控制器4和5，用于电力系统中的故障的指示传送的目的，这产生断开请求(步骤F4和F5)。这些通信线之一的使用使得能够记录关于要保护的断开的原因的数据。
在图1A和图1B中所示的具体实施例中，第三微控制器5连接到第二存储器19，以便能够存储来自微控制器5的数据。以此方式，将数据的一部分记录两次。在存储器10和19之间存在冗余，这使得在影响电路断路器的完整性的问题中能够更容易地撷取数据。
在有利的方式中，如果第三微控制器5检测到存储器10不再开启，则其将数据存储在另一存储器中，例如，微控制器5的内部存储器中，但该内部存储器是易失性存储器。还可以将此数据存储在存储器19中。
在优选实施例中，第一、第二和第三微控制器不直接交换数据。通过两个微控制器共同的存储器(例如存储器10和/或存储器19)执行数据交换，或者通过各自配备有存储器(例如线9和/或线9’的缓冲存储器18)的并行通信线执行数据交换。
图1A中所示的构造有利地使得可以不使用第三微控制器5，其可以继而在电路断路器1的工作时间的更大部分中处于待机模式中。
传送装置20优选地连接到第二存储器19和/或存储器10，以使得所记录的数据的传送更容易。用户可以在不使用第三微控制器5的情况下接收和读取关于电力系统2的数据，这使得能够限制所消耗的电力。例如，传送装置20通过近场通信或者通过基于电磁波的另一通信传送关于电力系统2的数据。
有利的是将第三微控制器5与一个或多个指示设备耦接(步骤F9)，以便促进造成电路断路器的跳闸的原因的读取。第三微控制器5具有指示输出21，其配置为向用户指示从关于电力系统2的数据导出的信息。该指示可以例如由发光二极管执行，所述发光二极管连接到指示输出21。因此，在跳闸的情况下，用户非常快地知道电路断路器的跳闸是否联系到超负荷、电压浪涌、漏电、过电压或另一事故的问题，这在用户寻找事故原因的搜索中将用户快速地置于正确的轨道上。
在有利方式中，电路断路器包括时钟22，其使得能够对发生的不同事件打上日期戳。例如，将记录与日期关联，以便确定不同电学参数关于彼此的时间顺序的演化。
在一个实施例中，第一微控制器3是“专用集成电路”型的微控制器，其连续地测量电力系统2的电流I和电压V。当其检测到电力系统2中的故障时，其将这一点指示给第二微控制器4以及第三微控制器5，并且触发电力系统2中存在的电流的中断。
可以在两个操作情形中保证监视设备1的操作。在第一操作情形中，电力系统2制造大量电流，例如大约或超过电路断路器的额定电流的25％的电流，这针对监视电流I和/或电压V的高值的电路断路器1产生。在此情形中，主电源足够对管理设备1的所有组件供电。在此情况中，第二微控制器4能够分析关于电力系统2的数据，并且其连续地将有关电力系统2的数据存储在存储器10中，并且其可以查询存储在存储器10中的数据。第三微控制器5可以在待机模式中，因为第二微控制器4执行对关于电力系统2的数据的分析。
在此操作情形中，当第一微控制器3检测到电力系统2中的故障时，其触发电力系统2的断开。主电源7也被中断，因为它是从电力系统2引出的。通过第一电容器8，第一微控制器3可以通知第三微控制器5，第三微控制器5由备用电源13供电。
通过时钟22，第三微控制器5可以对由第一微控制器3启动的断开打上日期戳，并将数据存储在第二存储器19中。通过第二通信线12，第三微控制器5可以读取关于电力系统2的分析的数据，其在电力系统2发生故障之前或在电力系统2发生故障期间由第二微控制器4写入在存储器10中。第三微控制器5可以将所有数据发送到传送装置20，传送装置20可以将该数据发送给用户。第三微控制器5也可以通过指示输出21发送对应于跳闸的原因的信号，以通知用户，例如利用几个发光二极管。因此，关于电力系统2的所有数据都被发送给用户。
在能够与其它操作模式组合的特定操作模式中，第三微控制器5、第二微控制器4和第一微控制器3共享时钟22。作为变型，每个微控制器可以与特定的时钟关联，或者可以两个微控制器共用一个时钟。
在第二操作情形中，电力系统2制造弱电流，例如，小于电路断路器的额定电流的20％。结果，主电源7不足以用于第二微控制器4的操作。在此情况中，第一微控制器3将关于电力系统的数据发送给第三微控制器5。如果第一微控制器3检测到电力系统2的故障，则仅第三微控制器5可以分析故障的原因并存储关于电力系统2的数据。
如之前所表示的，向第三微控制器5提供待机状态是有利的，在待机状态中功耗被极大降低或者为0。因为第三微控制器5不用于分析电源线的操作条件，所以其大多数时候在待机。
在有利方式中，第三微控制器5被配置为在接收到来自第一和/或第二微控制器的指示电力系统2的活动的信号时或者检测到电气故障时离开待机状态。因此，在用于监视电力系统的电路断路器的常规操作中，第三微控制器5在待机状态中，并且当检测到活动或电气故障时，第三微控制器5被激活，以便在另两个微控制器3和4的最终断开之前撷取相关信息。
在图1A和图1B中所示的实施例中，在这里为接地的相同参考电压23与从主电源引出的电压之间对微控制器和存储器供电。作为变型，可以为每个微控制器和/或每个存储器使用不同的参考电压。
在有利实施例中，可以周期性地或者基于用户的命令激活第三微控制器5，以执行一个或多个其它功能。
在特别有利的实施例中，监视设备1包括电池13的放电的管理系统。事实上还发现，在某些情况中，当电路断路器激活时，电池不再足够强大到能对第三微控制器5供电。
可以在图2中总结前面描述的操作。第一和第二微控制器3和4以及可能的第三微控制器5执行电力系统2的电学量的分析(步骤F1、F2和F3)。电力系统表示为“主线”。
如果微控制器中的至少一个检测到电力系统2上的异常，则其发送信号，该信号是用于电路断路器的断开电源的命令。在步骤F4中中断电源，并且因此，对于电路断路器的主电源也是如此。与断开命令同时或接着，由第一微控制器3和/或第二微控制器4将信息发送给第三微控制器5，以便通知电源的断开(步骤F6)。如之前所表示的，第三微控制器5从第一和第二微控制器和/或从通信线的缓冲存储器18和/或从存储器10和19接收关于电力系统的相关数据(步骤F7)。所收集并可能经分析的数据被传送到存储器10，并可能被传送到存储器19(步骤F8)。除了记录之外，该设备还指示导致电力系统的断开的故障的类型(步骤F9)。
如之前所表示的，在特别有利的实施例中，监视设备包括电池13的放电的管理设备。事实上还注意到，在某些情况中，当发生电路断路器的跳闸时，电池13不能够向第三微控制器5提供电力。在标准构造中，电路断路器不被设计为有规律地跳闸，并且其很少使用备用电源。因此，在此例外情形中，重要的是监视设备能够帮助故障修理中的用户找到电气故障的原因。
图3A示出了监视设备1，例如电路断路器，其被配置为监视一个或多个电源线。监视设备1被设计为连接到电源线，并被配置为测量线的电学特性，例如线上存在的电压和/或电线中流过的电流。在电路断路器的情况中，被监视的电源线的断开可以在检测到故障的情况下发生。
监视设备1包括一系列电源端子，其被设计为连接到主电力供应源2。主电力供应源是主要电力供应源，即其主要或优先向监视设备1的不同组件提供电力。
为了减轻主电力供应源2的不足，监视设备1包括由电池形成的备用电力供应源13。电池配备两个触头13a，其将电池13连接到监视设备1的组件。在有利的方式中，监视设备的全部电子电路或仅一部分电子电路由电池13供电，以便在主电源2不可用的情况下保持大的自主性。在有利方式中，电池13至少向存储电路24供电，该存储电路24记录与测量的电学量关联的指示符。在电路断路器的情况中，存储电路24优选记录与电路断路器的跳闸关联的指示符。
备用电力供应源13设置在监视设备1中，以便防止装配与第一系列的电源线分离的新系列的电源线。以此方式，可以具有紧凑且确保几乎永久操作的监视设备1.
当监视设备1设置在激进环境中时，有利地是具有也能够承受这种条件的备用电力供应源13。
在有利实施例中，监视设备1被配置为使得主电力供应源2是要被监视的电源线或与要被监视的电源线链接。要被监视的电源线被设计为向一个或多个其它电负载供电。如果监视设备1检测到电源线上的故障，则其将使得该线断开，这将导致主电力供应源2的断电。
因此，在此构造中，当要被监视的电源线被关闭时，主电源2缺少，必须切换到备用电源13。
如在图3A中所表示的，监视设备1包括这里至少由微控制器4和5所表示的控制电路。此控制电路被配置为分析要被监视的电源线。存储电路24耦接到控制电路。在图3A和图3B所示的实施例中，存储电路24形成控制电路的部分，并且有利地形成第三微控制器5的部分。
电池13被配置为在主电源2发生故障的情况下向控制电路或控制电路的一部分(尤其是存储电路24)供电。电池有利地向第三微控制器5供电，第三微控制器5能够确保监视设备1的良好性能。
监视设备1还包括管理电路25，其配置为分析电池13的状态以及检测电池13的可能故障。
检查电池13的状态的管理电路25的使用使得可以以时间顺序知道备用电力源13是否能够对存储电路24并有利地对第三微控制器5供电，以及因此是否能够在主电源不可用时确保监视设备1的满意操作。
测量装置26被配置为测量电池13的端子处的电压Vbat。测量装置26连接到比较器27的输入，以通过电压Vbat向其提供关于电池13的状态的信息。
测量装置26可被配置为例如通过时钟22周期性地执行电池13的端子处的电压的测量，在图5中周期由Δtm表示。还可以在接收到测量信号时执行电池13的测量。术语“测量的电压Vbat”可以表示电池13的端子处的电压，或者代表此电压的量。在具体实施例中，每24个小时测量一次电池的端子处的电压Vbat，即Δtm＝24h。
比较器27被配置为将测量的电压Vbat与第一阈值VOFF以及第二阈值Vmin进行比较。第二阈值Vmin比第一阈值VOFF更高。
第二阈值Vmin的值对应于有效的电池13。因此，如果测量的电压Vbat高于第二阈值Vmin，则比较器27发出表示此比较的第一数据，并且电池13被管理电路认为是有效的。
在第一阈值VOFF与第二阈值Vmin之间包含的区间对应于可能呈现能够被校正的问题的电池13。因此，如果测量的电压Vbat包含在此区间内，则比较器27将关联的第二数据发送给管理电路。
第一阈值VOFF的值对应于不能够被修复的缺陷电池13。因此，如果测量的电压Vbat低于第一阈值VOFF，则比较器27发出表示该比较的第三数据，并且电池13被认为是有缺陷的。电池13例如必须被替换。
比较器27发出的数据被发送到管理电路25。如果管理电路25接收到第一数据，则其可以将该数据存储在存储器中。
如果管理电路25接收第三数据，则其可以通知用户电池13有缺陷，以及需要安排电池的替换以便保持监视设备1的全性能操作。缺陷电池13的指示可以通过灯指示器执行，例如通过发光二极管。也可以使用电磁波或电信号通知用户电池13的故障。例如，管理电路25通过输出21或另一专用输出指示电池13的寿命的结束。
如果管理电路25接收到第二数据，则其启动测试协议，以便确定电池13是有效的还是有缺陷的。
管理电路25耦接到电负载28，该电负载28配置为对电池13放电。在这些条件下，电流从电池13流动到电负载28(通过电池13的端子13a)。
因此，当电池13的端子3a处测量的电压Vbat高于第一阈值VOFF但低于第二阈值Vmin时，触发电池13的部分放电。
通过管理电路25触发电池13的放电，管理电路25限定放电条件，例如电流强度、电流持续时间、电池13传送的电荷量、电流对时间的形式(强度相对于时间)和/或限定模式的放电电流的重复次数。
从电池13发出放电电流Id，放电电流Id被配置为至少部分地消除存在于电池13的端子或内部电极之一上的钝化层。
例如，放电电流Id是若干方形脉冲的形式。
在一个实施例中，管理电路25连接到开关29的控制电极。开关29电连接电池13的两个端子13a，或者其将电池13的端子13a之一连接到参考电势23，其能够耗尽电负载。该实施例是有利的，因为其是紧凑的，并且使得能够容易地控制来自电池13的电流的流动。
在甚至更具体的实施例中，开关29是晶体管。晶体管29使得放电电流Id能够通过电负载28而从电池13的阳极传输到参考电势23。参考电势23例如是地。与电负载28关联的晶体管29的使用使得能够实现极其紧凑的设备，同时允许对要传输的电流量进行良好的控制。晶体管29使得能够固定电流持续时间，并且电负载28使得能够固定电流强度。
监视设备1有利地包括计数器30，其配置为测量表示电子流的量。
例如，监视设备1有利地包括计数器30，其配置为测量流过电池13的端子13a的电流量，或者测量流过电池13的端子13a的电流的施加的循环次数。计数器30可以是从管理电路25接收指示放电电流Id的跳闸的数据的计数器。计数器30接着记录施加放电电流Id的循环次数。计数器30还可以是测量开关29的控制电极的激活的计数器。计数器30还可以是流过电池13的电流Id的测量设备。所记录的数据继而是已经经由电池13的端子传输的电子量。
在具体实施例中，管理电路25连接到计数器30。如果比较器27发送第二数据以及如果计数器30呈现高于临界值Nc的值，管理电路25配置为指示电池13的故障。在这些情况下，已经检测到电池13的端子处的电压Vbat在必须应用测试协议的区间内，并且计数器30指示已经应用测试协议若干次。因此，电压下降似乎与钝化层不相关，或者电池13的端子处的电流的流动似乎不足以破坏钝化层。故障信号的发出使得可以预测电池13将不再能够提供足够电压来对控制电路、第三微控制器或至少存储电路24供电的情况的加重。
此构造使得可以更快速地检测将不再有效的电池13，并且这使得可以在不需要用户干预的情况下重新激活被钝化的电池13。
在具体实施例中，测量电路26被配置为在电池13刚被安装完时测量电池13的端子处的电压Vbat。
在这些情况下，新装配的电池13被自动检测，这使得用户能够立即知道新电池13是否本身存在问题。因此，避免了刚刚装配了新电池的用户回来替换该有缺陷的电池的情况。
测量电路26、比较器27和管理电路25可以通过不同的电子电路实现，或者它们可以至少部分地在同一个电子电路(例如控制电路)中实现，尤其是由微控制器实现。
使用微控制器形成管理电路25、测量电路26、比较电路27和/或计数器30中的任一个的至少一部分是有利的，因为这能够实现具有低功耗的紧凑设备。
在图3b中表示的具体构造中，主电源2通过第1二极管31向监视设备1施加供电电压Vdd。当主电源来自于要监视的电源线时，该构造尤其有利，该电源线是AC或DC电源。
电压Vdd被施加到第1二极管31的阳极。第1二极管31被布置为向管理电路25供电。这里，第1二极管31的阴极连接到第三微控制器5的输入。
在有利实施例中，第1二极管31还连接到解耦电容32的第一端子，该解耦电容32配置为平滑电源施加的电压。解耦电容32的第二端子连接到参考电势23，这里为地。主电源2对管理电路25的电力供应使得可以节省电池13，电池13仅在主电源2发生故障时才工作。
优选地，在监视电池13的状态中涉及的其它组件(即，测量电路26、计数器30和比较器27)也适用上述情况。
电池13的阳极连接到晶体管29的源极。管理电路25将电压Vpol施加在所述晶体管29的栅极上，这使得能够控制来自电池13(图13b)的电流的流动。
在所示示例中，晶体管29的漏极连接到第2二极管31’的阳极。二极管31’的阴极连接到控制电路的输入，这里更具体的是连接到第三微控制器的输入。两个二极管31和31’之间的电连接与解耦电容32一起限定第二节点N2。晶体管29例如是P型MOSFET晶体管。
在有利实施例中，主电源2提供的供电电压Vdd约3.3V，容差为正或负5％。对于充满的电池13，电池13的电压Vbat约3.6V。
在一个实施例中，解耦电容32是具有约Cd＝1μF的电容值的电容。
在具体构造中，第1二极管31和第2二极管31’是具有低正向电压的肖特基或硅二极管。
在图3B中所示的具体操作模式中，放电电流流过第三微控制器5。电负载28连接在第三微控制器5与参考电压23之间。例如，可以使用约1kΩ的电阻来形成电负载28。在此情况中，为了确保钝化层的退化，约3mA的放电电流Id是有利的。有利地，放电电流等于3mA，在实施例变型中，其对应于包含在2.7至3.3mA之间的电流。
在此构造中，第一电节点N1由电池13的阳极与晶体管29的源极的端子以及控制电路4的电压输入的连接来限定。可以通过测量装置26在节点N1处测量电池13的电压Vbat。通过第1二极管31的阴极与第2二极管31’的阴极以及第三微控制器5的第二输入的连接来限定第二电节点N2。解耦电容器32的端子也连接到节点N2。
在操作中，监视设备1可以应用电池13的状态的监视协议，其在下面描述并显示在图4中。
处理的开始由步骤40表示，存在电池13，通过电池13或通过电源2对监视设备1供电。步骤40可以认为是在待机状态中。
发出测量命令，以启动电池13的端子13a处的电压Vbat的测量。接着，放电电流Id被有利地通过负载28施加到电池13，以便破坏钝化层以及进行带负载电压测量。
在步骤41中，通过测量装置26测量电池13的端子处的电压Vbat。优选地，可以通过多个连续测量进行电压Vbat的测量，这使得例如可以计算电压Vbat的平均，以便获得Vbat的更可靠的值。接着中断放电电流Id。
在步骤42-43中，将测量的电压Vbat与第一和第二阈值Vmin和VOFF进行比较。
在步骤42中，将测量的电压Vbat与第一阈值VOFF进行比较(Vbat<VOFF？)。
如果电压Vbat小于第一阈值VOFF(Vbat<VOFF)，电池13被认为是有缺陷的(步骤44)，并且有利地是替换它。
有利地，将缺陷状态的检测与此状态向用户的指示相关联(步骤45)。
跟随此指示事件，可以通过等待阶段终止该管理方法用于替换电池13。例如，可以有利地利用由输出41发送到发光二极管的离散信号、或者利用发送给监视设备的另一组件的数字或模拟信号进行指示。在具体实施例中，例如，阈值VOFF等于2.3V。
如果在步骤42中电压Vbat高于第一阈值VOFF(Vbat>VOFF)，则将测量的电压Vbat与第二阈值Vmin进行比较。在步骤43中，将测量的电压Vbat与第二阈值Vmin进行比较(Vbat>Vmin？)。
如果电压Vbat高于第二阈值Vmin(Vbat>Vmin)，则电池13被认为是有效的。该数据可以被存储在存储器中。
接着，管理方法返回到等待状态(步骤40)，或者其执行电压Vbat的另一测量步骤(步骤41)。在有利方式中，监视方法返回到初始状态40，并等待新测量命令，以便避免对电池13施加太大的负载。
如果电压Vbat低于第二阈值Vmin(Vbat<Vmin)，这意味着电压Vbat在包含于第一阈值VOFF与第二阈值Vmin之间的区间内。电池13可能呈现能够被校正的问题。
启动电池13的附加测试协议(步骤46)。再次通过负载28将放电电流Id施加在电池13上，以便破坏钝化层。在有利方式中，随着放电电流Id的施加，计数器30被递增，以便知道此类型的问题的发生次数(步骤47)。
计数器被配置为记录放电电流Id的激活的循环次数。如以上所表示的，计数器记录表示循环次数(n)的数据。因此，可以记录时间、电负载、所进行的循环次数或另一个量。
可以在步骤46之前、步骤46期间或步骤46之后执行计数器的递增(步骤47)。
在放电电流Id的一定施加时段之后，再次测量电池13的端子处的电压Vbat(步骤41)，以便测量电压Vbat的演变。
如之前，将测量的电压Vbat与第一和第二电压值进行比较(步骤42和43)。
如果电压Vbat高于第二阈值Vmin(Vbat>Vmin)，则电池13被认为是有效的。可以将此数据存储在存储器中，并有利地重新初始化计数器30。
如果电压Vbat低于第一阈值(Vbat<VOFF)，电池13被认为是有缺陷的，并有利地更换它。可以应用上文描述的协议。
如果电压Vbat在包含于第一阈值VOFF与第二阈值Vmin之间的电压区间中，则可以再次产生放电电流Id。
为了避免在电压Vbat低于第一阈值VOFF之前电池13的终端处的放电电流Id的重复，有利地是引入将记录在计数器30中的值与临界值Nc进行比较的比较步骤48(n<Nc？)。这里，仍然，步骤48相对于步骤46和47的位置是不重要的。
一旦已经达到了限制值Nc，则认为电池13不能再被修复，并且电池被认为是有缺陷的(步骤44)。为了通知用户，有利地应用故障协议。
因此，如果测量的电压Vbat包含在第一和第二阈值之间，则有利地是进行计数器的值与临界值的比较(步骤48)，以便确定电池13是否有缺陷，或者放电电流是否可以改进该情况。这构成使得能够检测缺陷电池的附加标准。
步骤42和43可以颠倒，只要可以确定电压Vbat是低于第一阈值VOFF，高于第二阈值Vmin还是在前面所指示的区间中即可。
在有利的实施例中，管理协议包括以周期的方式对某些步骤进行重复，以便监视电池13的状态随时间的演变。有利地，周期性地执行电池13的端子13a处的电压Vbat的测量。
在有利的实施例中，当新电池13连接到监视设备1时触发管理协议。以此方式，用户快速地知道电池13是有效的还是有缺陷的。
还可以例如通过用户动作(通过按压按钮33或利用通信接口)强制进行测量协议。
在具体操作模式中，可以图5中表示的方式示意地描述在步骤41中进行的电压Vbat的测量。在图5中所示的实施例中，以循环的方式执行电压的测量。周期等于时间Δtm。
如果电池13被认为是有效的，即，如果测量的电压高于阈值Vmin，则有利的是以第一周期Δtm1(例如等于24小时)执行电压测量。如果另一方面电池13被认为是潜在有缺陷的，即如果测量的电压低于阈值Vmin但高于阈值VOFF，则有利的是以第二周期Δtm2(例如等于19分钟)执行电压测量。
在有利方式中，当测量到电池13的端子处的电压在电压Vmin和VOFF限定的区间内时，施加放电电流Id，并在预定等待时段之后测量电压Vbat，该预定等待时段从放电电流Id的停止开始延续。
在周期Δtm2中，应用电流等于Id的放电阶段。该周期性的放电阶段使得电池的端子能够工作来缩减钝化层的形成。
在优选方式中，在第一等待时间Δt1(例如至少等于48ms)之后执行电压测量。此第一等待时间对应于将电流Id的施加的结束与电压Vbat的第一测量分开的时间。第一等待时间能够使电压测量可靠。还可以在电流Id流动时测量电压Vbat。这里，再次，有利的是以固定的操作条件执行电压测量，例如在第一等待时间Δt1之后。
如在上文所表示的，为了获得电池的端子处的电压Vbat的更精确的测量，优选进行若干次电压测量。例如，进行三次电压测量。
在图5的时间t1、t2和t3处进行这些测量。可以相同的休止时段分开这三个测量，或者可以在第一和第二测量之间以及在第二和第三测量之间施加不同的休止时段。
在给出良好结果的操作模式中，在两个连续的电压测量之间存在至少等于2ms的等待时间。
在周期Δtm中，存在施加电流Id的放电阶段以及休止阶段。在休止阶段期间，可以施加第二电流。第二电流低于第一电流Id。第二电流有利地小于第一电流Id的一半(绝对值)。也可以在休止阶段没有第二电流。
作为变型，在放电阶段期间，放电电流Id是周期电流，其具有第一电流的放电时段与低于第一电流的第二电流(绝对值)或零电流的休止时段的交替。
例如，在图5中，在周期Δtm中，存在从t0至t3的具有等于Id的电流的放电阶段以及从t3至周期Δtm结束的具有大大低于Id的电流的休止阶段。
为了示例的目的，在周期Δtm等于19秒的时段，从t0至t3等于50毫秒的阶段(其中电流等于Id)，用于监视电压Vbat和电池的去钝化，已经获得了良好的实验结果。
为了示例的目的，图6中表示电池的端子处的电压的演变。直到时间A为止，测量的电压Vbat包含在电压VOFF和Vmin之间。对可能是有效的但被钝化的电池的状态存在怀疑。直到时间A，从电池13施加放电电流。
从时间A直到时间B，电压Vbat高于电压Vmin，电池13被认为是有效的。周期性地执行电压Vbat的测量。
从时间B直到时间C，电压Vbat包含在电压Vmin与电压VOFF之间。再次施加放电电流。
从时间C起，电压Vbat低于电压VOFF，电池13被认为是有缺陷的。
因此，提供了一种高效、能简单制造且特别适用于存储电路24的电源电池13的状态的设备。
Claims (10)
1.一种电路断路器，包括：
一系列输入端，被设计为连接到第一微控制器(3)，所述第一微控制器(3)被配置为测量电源线(2)的电流的特性，以检测所述电源线(2)的电气故障，
第二微控制器(4)，其由所述电源线(2)供电，并具有第一耗电值，所述第二微控制器(4)被配置为分析来自所述第一微控制器(3)的数据，以便检测所述电源线(2)的电气故障，
第三微控制器(5)，其由所述电源线(2)供电，并被连接为从所述第一和第二微控制器(3、4)接收数据，所述第三微控制器(5)被配置为指示所述电路断电器(1)的跳闸的原因，所述第三微控制器(5)具有第二耗电值，所述第二耗电值小于所述第一耗电值，
备用供电源(13)，其被配置为在所述电源线(2)不可用的情况下，向所述第三微控制器(5)供电。
2.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，所述第三微控制器(5)被配置为，在从所述第一和/或第二微控制器(3、4)接收到指示检测到所述电源线(2)的电气故障的信号时离开待机状态。
3.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于：
所述第一微控制器(3)通过第一通信线(9)连接到所述第二微控制器(4)，所述第一通信线(9)包括将所述第一微控制器(3)和所述第二微控制器(4)分开的第一缓冲存储器(18a)，
所述第二微控制器(4)通过第二通信线(9’)连接到所述第三微控制器(5)，所述第二通信线(9’)包括将所述第二微控制器(4)和所述第三微控制器(5)分开的第二缓冲存储器(18b)，
所述第二微控制器(4)向所述第三微控制器(5)发出同步信号，以限定所述第一和第二缓冲存储器(18、18’)的读取优先级。
4.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于：
所述第一微控制器(3)通过包括第一缓冲存储器(18a)的第一通信线(9)连接到所述第二微控制器(4)，
所述第一微控制器(3)通过在所述第一通信线(9)上分支连接的第二连接线(9’)连接到所述第三微控制器(5)，所述第二连接线(9’)包括第二缓冲存储器(18b)，
所述第二微控制器(3)向所述第三微控制器(4)发送同步信号，以限定所述第一和第二缓冲存储器(18a、18b)上的读取优先权。
5.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，所述第二和第三微控制器(4、5)连接到第一存储器(10)，并且所述第二微控制器(3)向所述第三微控制器(5)发出同步信号，以限定所述第一存储器(10)上的读取优先级。
6.如权利要求5所述的电路断路器，其特征在于，所述第一存储器(10)是电可擦除可编程非易失性存储器类型，或者是具有永久磁记录类型的随机访问存储器，并且具有电容器形成的备用电源。
7.如权利要求2所述的电路断路器，其特征在于，所述第三微控制器(5)配置为当接收同步信号失败时离开待机状态。
8.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，所述第二和/或第三微控制器(4、5)连接到第二存储器(19)，所述第二存储器(19)连接到近场通信装置。
9.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，所述第二微控制器(4)和所述第一微控制器(3)各自具有电容器(8、8’)形成的备用电源。
10.如权利要求1所述的电路断路器，其特征在于，其包括通过所述电源线(2)供电的第一微控制器(3)。
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