CN117724030A - 一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法。通过采集电能表内部电池的环境温度、电池对外放电电流和运行时间等关键参数，并利用阿伦尼乌斯方程计算电池的自放电容量损耗，我们能够更加准确地评估电池的剩余容量。通过在智能电能表的显示单元实时显示电池的剩余容量，用户可以随时了解电池的使用状态，从而确保电能表内部时钟的正常运行，以及确保其时间准确性和运行稳定性。该方法的优点包括准确性、实时性和成本效益。
Description
技术领域
本发明涉及智能电能表技术领域，具体而言涉及一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法。
背景技术
目前，现有智能电能表的内部时钟在市电断电情况下维持时钟准确运作的方法都是采用一次性锂亚电池作为辅助电源，达到智能电能表复费率功能或分时计量电能量准确性功能的目的，通常该锂亚电池称为时钟电池(以下简称为电池)。但电池在高温等环境下运行或存储会导致其自放电率增加，从而自消耗和降低电池的实际可用容量。
传统的电能表电池失效的判断方法通常仅依靠检测电池电压值来判断，缺乏对实际剩余容量寿命的准确评估和安全性提示。特别是由于电池存在钝化现象，在电池快耗尽的情况下由于电池钝化的现象容易造成误判，因为当电池剩余容量几乎无法驱动单片机正常工作时，电池电压就会与正常电压值偏低，但是电池在静放一定时间后检测电池电压会恢复正常电压值，误认为有电，但再次安装接入电路时，电池电压立马会下拉下来，从而无法驱动工作。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，通过采集电能表内部电池的环境温度、电池对外放电电流和运行时间等关键参数，利用阿伦尼乌斯方程计算出电池自放电容量损耗数据，更加准确地评估电池剩余容量，并及时发现电池性能下降的情况。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：所述方法通过采集电能表内部电池的环境温度、电池对外放电电流和运行时间数据，利用阿伦尼乌斯方程计算出电池自放电损耗；然后通过公式：电池剩余容量＝初始容量-对外放电损耗-电池自放电损耗，计算出实际的电池剩余容量；通过显示单元实时显示电池剩余容量，为用户提供实时监测和提示。
所述对外放电损耗＝放电时间×放电电流。
所述电池自放电损耗的计算方法具体为，使用阿伦尼乌斯方程： AF表示化学反应速率的倍数因子，为对应标准温度下的放电倍率；Ea是反应的活化能；R是摩尔气体常数；T1和T2分别表示测量温度和标准温度值；将这些值代入方程，计算出AF值。
所述电池自放电损耗＝标准温度下的自放电损耗×AF值。
所述方法还包括预设报警时间，当电池剩余容量达到预设的报警阈值时，系统将生成报警信号，用于进一步评估电能表内部时钟一次性锂亚电池的剩余寿命和安全系数。
所述方法还包括有针对性地更换部分失效的电能表的内部时钟一次性锂亚电池，提高或维护电池使用效率和寿命，保障电能表时钟的稳定运行。
本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明提供的一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，具有以下几点优势：
1、准确评估电池剩余容量：通过引入阿伦尼乌斯方程和关键参数采集，我们能够准确计算出电池的自放电容量损耗数据，从而更加准确地评估电池的剩余容量；这有效解决了传统电能表电池失效判断方法只依靠电压检测的不足，提高了评估的准确性。
2、实时监测和提示：通过在智能电能表的显示单元上实时显示电池的剩余容量，用户可以随时了解电池的使用状态。同时，设定预设的报警时间，当电池的剩余容量达到预设的报警阈值时，系统将生成报警信号，及时提醒用户更换电池，保障电能表内部时钟的准确运行。
3、降低更换成本：根据评估结果，可以有针对性地更换部分失效的电能表内部时钟一次性锂亚电池，而无需整批更换。这样，可以有效降低更换成本，提高了设备的维护效率。
具体实施方式
下面通过具体实施例来进一步说明本发明。但这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，具体步骤包括：
1、采集关键参数：首先，收集电能表内部电池的环境温度、电池对外放电电流和运行时间等关键参数；
2、计算自放电容量损耗：根据阿伦尼乌斯方程，利用收集到的关键参数计算出电池的自放电容量损耗数据；
3、计算剩余容量：将计算得到的自放电容量损耗数据与电池的初始容量进行比较，得到电池的实际剩余容量；
4、实时显示和报警设置：将电池的剩余容量实时显示在智能电能表的显示单元上，同时设置预设的报警时间。一旦电池的剩余容量达到预设的报警阈值，系统将生成报警信号；
5、更换失效电池：根据评估结果，有针对性地更换部分失效的电能表的内部时钟一次性锂亚电池，提高或维护电池使用效率和寿命，预防电池耗尽而导致市电掉电后时钟错乱或错误等，保障电能表时钟的稳定运行，从而保障电能表的稳定运行；
6、安全评估和提示：根据报警信号和剩余容量评估结果，对电能表内部时钟一次性锂亚电池的剩余寿命和安全性进行评估和提示，确保电能表的正常运行和数据准确性。
实施例
1、已知条件：
电池标称电压3.6V；标称容量1200mAh；电池对外放电电流20uA；放电时间129600分钟；持续运行电池温度54℃；标准温度下电池自放电率1％。
2、电池对外放电容量计算
对外放电容量＝放电时间×放电电流
对外放电容量＝129600分钟×20uA
对外放电容量＝2160小时×0.02mA
对外放电容量＝43.2mAh
放电时间129600分钟后电池对外放电容量为43.2mAh。
3、电池自放电损耗容量计算
3.1标准温度下(20℃)电池自放电损耗容量计算
标准温度下(20℃)一次性锂亚电池每年的自放电率是1％，换算成每分钟的自放电容量可以按照以下方式计算：
每分钟自放电容量(mAh)＝总容量(mAh)×自放电率(小数)/总分钟数(一年的分钟数)。
总容量为1200mAh，自放电率为0.01，总分钟数为365天×24小时×60分钟。
每分钟自放容量(mAh)＝1200mAh×0.01/(365×24×60)≈0.00002283mAh。
因此，在标准温度下(20℃)每分钟的自放电容量约为0.00138mAh。
3.2电池自放电损耗容量倍数因子计算
使用阿伦尼乌斯方程：
该方程是阿伦尼乌斯方程(Arrhenius equation)，用于描述化学反应速率与温度之间的关系。在该方程中：
AF表示化学反应速率的倍数因子(Arrhenius factor)，即对应标准温度下(20℃)的放电倍率。
Ea是反应的活化能(activation energy)，结合锂电池现状建议取0.6eV。
R是摩尔气体常数：8.314J/(mol·K)。
T1和T2分别是测量温度和标准温度值：T1＝54℃、T2＝20℃。
根据给定的参数，我们可以计算出AF的值。
首先，将给定的数值代入方程中：
法拉第常数＝96485.33289J/mol，
Ea＝0.6eV＝0.6×96485.33289J/mol，
R＝8.314J/(mol·K)，
T1＝54℃＝54+273.15K＝327.15K，
T2＝20℃＝20+273.15K＝293.15K，
然后，将这些值代入方程，计算AF的值：
AF＝exp2.468565321263
AF＝11.79
在54℃的高温环境下，电池自放电损耗容量的倍数因子为11.79。这意味着相对于标准的20℃温度下，电池在高温环境中的自放电速率加快了11.79倍。
3.3自放电损耗容量计算
自放电损耗容量＝标准温度下每分钟自放容量(mAh)×运行时间(分钟)×AF倍数因子
自放电损耗容量＝0.00002283mAh×129600分钟×11.79
自放电损耗容量＝34.88mAh
在54℃下运行129600分钟后电池自放电损耗容量为34.88mAh。
4、电池剩余容量计算
电池剩余容量＝初始容量-对外放电损耗-电池自放电损耗
电池剩余容量＝1200mAh-43.2mAh-34.88mAh
电池剩余容量＝1121.92mAh
在上述描述中，电池标称容量为1200mAh，即其额定容量为1200毫安时。电池在运行过程中以20uA的放电电流对外放电，并持续运行了129600分钟(约等于90天)。在此期间，电池处于较高的运行温度，约为54℃。经过129600分钟的运行后，电池的剩余容量为1121.92mAh，表示电池因为自放电以及对外放电而损耗了一部分容量，导致剩余的容量为1121.92mAh。
这里的自放电损耗是指电池在运行期间由于内部化学反应而导致容量的减少。剩余容量是考虑了自放电和对外放电后的实际容量值。
本发明提供了一种通过阿伦尼乌斯方程监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法。该方法的优点包括准确性、实时性和成本效益。通过采集电能表内部电池的环境温度、电池对外放电电流和运行时间等关键参数，并利用阿伦尼乌斯方程计算电池的自放电容量损耗，我们能够更加准确地评估电池的剩余容量。通过在智能电能表的显示单元实时显示电池的剩余容量，用户可以随时了解电池的使用状态，从而确保电能表内部时钟的正常运行，以及确保其时间准确性和运行稳定性。
此外，设置预设的报警时间，当电池的剩余容量达到预设的报警阈值时，系统将生成报警信号，用于及时提醒用户更换电池。
根据评估结果，我们可以有针对性地更换部分失效的电池，降低了更换成本。
通过这种方法，智能电能表内部时钟的可靠性和使用寿命得到提高，有望应用于智能电能表领域，为相关技术领域带来显著的技术进步和经济效益。
该发明为电能表行业带来了新的技术解决方案，有望推动智能电能表技术的发展和应用，为用户提供更加稳定、可靠的电能计量服务。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (6)
1.一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，其特征在于：所述方法通过采集电能表内部电池的环境温度、电池对外放电电流和运行时间数据，利用阿伦尼乌斯方程计算出电池自放电损耗；然后通过公式：电池剩余容量＝初始容量-对外放电损耗-电池自放电损耗，计算出实际的电池剩余容量；通过显示单元实时显示电池剩余容量，为用户提供实时监测和提示。
2.如权利要求1所述的一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，其特征在于：所述对外放电损耗＝放电时间×放电电流。
3.如权利要求1所述的一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，其特征在于，所述电池自放电损耗的计算方法具体为，使用阿伦尼乌斯方程：AF表示化学反应速率的倍数因子，为对应标准温度下的放电倍率；Ea是反应的活化能；R是摩尔气体常数；T1和T2分别表示测量温度和标准温度值；将这些值代入方程，计算出AF值。
4.如权利要求3所述的一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，其特征在于：所述电池自放电损耗＝标准温度下的自放电损耗×AF值。
5.如权利要求1所述的一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，其特征在于：所述方法还包括预设报警时间，当电池剩余容量达到预设的报警阈值时，系统将生成报警信号，用于进一步评估电能表内部时钟一次性锂亚电池的剩余寿命和安全系数。
6.如权利要求1所述的一种用于监测智能电能表内部时钟一次性锂亚电池剩余容量的方法，其特征在于：所述方法还包括有针对性地更换部分失效的电能表的内部时钟一次性锂亚电池，提高或维护电池使用效率和寿命，保障电能表时钟的稳定运行。
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