TW202212850A - 用於檢測不斷電電源供應器的電池的外部開關狀態的新方法 - Google Patents

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張登科
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Abstract

本發明提供一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，包括如下步驟：步驟一：監測UPS的電池電流；步驟二：如果所述電池電流低於預設的電流閾值，關閉所述UPS的電池充電器一段時間並在該一段時間內監測所述UPS的電池電壓；以及步驟三：如果所述電池電壓低於預設的電壓閾值，則判斷所述電池的外部開關是斷開的。

Description

用於檢測不斷電電源供應器的電池的外部開關狀態的新方法
本發明屬電力電源領域，尤其涉及一種用於檢測不斷電電源供應器的電池的外部開關狀態的新方法。
不斷電電源供應器(UPS)是一種向負載提供不間斷、優質、可靠的交流電能，並具有實時保護和監測監控供電狀態功能的供電設備，對改善供電質量、保證設備正常運行有著重要的作用。具體地，UPS將儲能裝置（例如蓄電池，多為鉛酸免維護蓄電池）與主機相連接，一旦市電供電中斷時，蓄電池立即對逆變器供電以保證UPS電源的交流輸出電壓。因此，在UPS的應用過程中，電池是否正確連接到主機直接關係到能否實現不間斷供電，有必要檢測電池的外部開關的狀態。
參見圖1所示的UPS拓撲的電池充電電路。電池1通過外部開關2連接至充電器3，充電器3包括三個彼此串聯的開關管Q1、Q2和Q3以及分別與開關管Q1、Q2和Q3並聯的二極體D1、D2和D3，在市電工作模式下，UPS對負載供電的同時通過充電器3對電池1充電，通過電流檢測部件5檢測的電池的電流信號SI和通過電壓檢測部件6檢測的電池的電壓信號SV傳輸至UPS資料處理單元4，電池1並聯有用於濾除高頻漣波的電容7。當電池容量快飽和時，充電電流較小，此時，如果外部開關斷開，由於電池充電器正常工作會對電容充電，UPS依然能夠檢測到的正常的電壓，就會誤以為外部開關正常連接。為了解決這個問題，現有技術會採用專門的部件（圖中未示出）檢測外部開關的狀態並將外部開關的狀態信號SS傳輸至UPS資料處理單元4，但這需要外接信號線，通過檢測接到電池端的硬體信號來判斷外部開關的狀態。
因此，本發明的目的在於克服上述現有技術的缺陷，提供一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，包括如下步驟： 步驟一：監測UPS的電池電流； 步驟二：如果所述電池電流低於預設的電流閾值，關閉所述UPS的電池充電器一段時間並在該一段時間內監測所述UPS的電池電壓；以及 步驟三：如果所述電池電壓低於預設的電壓閾值，則判斷所述電池的外部開關是斷開的。
根據本發明的用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，在所述步驟一中，週期性地監測UPS的電池電流。
根據本發明的用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，在所述步驟一中，每間隔一小時監測一次UPS的電池電流。
根據本發明的用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，在所述步驟二中，所述一段時間依賴所述UPS的具體電路型號來設置。
根據本發明的用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，所述一段時間取決於所述UPS中與所述電池並聯的電容兩端電壓的下降斜率。
本發明還提供了另一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，包括如下步驟： 步驟一：增大所述UPS的電池的充電電壓並限制所述UPS的電池的充電電流，同時監測電池電壓； 步驟二：如果所監測的電池電壓在預設時間內達到目標值，則判斷所述電池的外部開關是斷開的。
根據本發明的另一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，在步驟一中，增大所述充電電壓預設的幅值。
根據本發明的另一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，所述預設的幅值為10V。
根據本發明的另一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，較佳地，所述目標值等於所述預設時間內與所述電池並聯的電容兩端能夠達到的電壓。
與現有技術相比，本發明的優點在於：無需設置專門的部件就能夠檢測電池的外部開關狀態，操作簡單，成本低。
為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖通過具體實施例對本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。 第一實施例
該實施例提供了一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，參見圖2所示的該方法的流程圖，其包括如下步驟： 步驟一：控制UPS在市電模式下工作，從而對UPS的電池充電； 步驟二：監測UPS的電池電流； 步驟三：如果所監測的UPS的電池電流低於預設的電流閾值，關閉UPS的電池充電器一段時間並在該段時間內監測UPS的電池電壓，該電流閾值根據電池在基本充飽的情況下的電流來設置，通常預設為1A，對於容量較小的電池可以設置為0.5A，所屬技術領域中具有通常知識者能夠理解，在電池領域，一般小於18AH為小密電池（即小容量電池），大於200AH為大密電池（即大容量電池），二者之間的為中大密電池（即中大容量電池），斷開充電器的一段時間依據UPS的具體電路型號來設置，特別地依賴於電容兩端電壓的下降斜率； 步驟四：如果所監測的UPS的電池電壓比較穩定，則判斷電池的外部開關是閉合的；如果所監測的UPS的電池電壓降低至預設電壓閾值，則判斷電池的外部開關是斷開的，該電壓閾值取決於電容的放電速率和設置的時間間隔（即關閉充電器的時長）。
為了幫助理解該第一實施例，本發明人藉助於圖3解釋電池的外部開關的狀態檢測過程。圖3示出根據本發明的第一實施例的UPS電池的充電電流、UPS檢測的電池電壓、充電電壓、電壓閾值、電流閾值、外部開關狀態和充電器狀態隨時間的變化關係以及相應的開關狀態檢測結果。
首先採用恆定的電流，較佳為恆定的大電流（例如，對於容量為100AH的電池，廠家一般給的預設大充電電流是100AH × (0.15~0.25)= 15A~20A）對UPS電池充電，此時，UPS檢測到電池電壓上升，電池電壓在t1時刻到達設定閾值，採用恆定的電壓對電池充電，充電電流逐漸降低，電池電壓略微回落後達到平衡，電池容量慢慢地接近飽和，充滿。在這個過程中，電池的外部開關一直處於閉合狀態。在t2時刻，充電電流低於電流設定的電流閾值，此時關閉電池充電器一直到t3時刻，在這個過程中，由於外部開關是閉合的，所以UPS檢測到的電池電壓一直是正常的，所以檢測結果是外部開關閉合。在t3時刻打開電池充電器繼續對電池充電。在t4時刻斷開電池的外部開關（人為地斷開或者是由於故障斷開），如果充電器保持充電狀態，那麼檢測到的電池電壓由於其並聯電容的存在而沒有變化，這樣UPS就會誤以為電池的外部開關閉合。為了正確的判斷外部開關的狀態，在t5時刻斷開充電器，此時，如果外部開關為斷開的，那麼UPS就會檢測到電池電壓的降低，此時檢測到的電池電壓是由電池兩端並聯的電容提供的，在t6時刻，檢測的電池電壓降低到設定的電壓閾值時，就判斷為外部開關斷開，如圖3所示的情況。如果外部開關為閉合的，UPS檢測到的電壓由電池提供，此時電池電壓會比較穩定。
在具體實施過程中，為了保證電池的正常充電，週期性地監測電池電流並在電流低於閾值時斷開電池充電器進行開關狀態的檢測，即每間隔一個週期的時間監測一次電池電流，該週期取決於UPS的電池充電週期，即從開始充電到充飽所需的時間，例如1小時，不同的UPS電路和電池型號的充電週期是不同的。也就是說，在該實施例中，在電池充飽的前提下檢測電池的外部開關狀態。 第二實施例
該實施例提供了一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，參見圖4所示的該方法的流程圖，其包括如下步驟： 步驟一：控制UPS在市電模式下工作，從而對UPS的電池充電； 步驟二：增大充電電壓（較佳的增大預設的幅值（例如10V））並限制充電電流，同時監測電池電壓，特別地，充電電流值根據電池容量設置，例如1A，電池容量小時可以設置為0.5A； 步驟三：如果監測的電池電壓在預設時間內達到目標值，就判斷電池的外部開關斷開。在該實施例中，該目標值取決於充電電流、充電時間和與電池並聯的電容器的電容值。判斷依據是：電池相當於一個較大容量的電容，採用預設的充電電流將其充電到設定的目標電壓需要較長的時間，但是，如果電池的外部開關斷開，此時充電器將對與電池並聯的電容充電，同樣大小的充電電流將會在較短的時間內使得電容兩端達到目標電壓。
例如，電池充電器正常以540V的電壓對電池充電，UPS系統將充電電壓增加至550V並將充電電流限制在1A，如果電池的外部開關是斷開的，那麼檢測到的電池電壓在一段時間內（例如1s）將會達到目標值，例如550V。該目標值可以根據具體情況人為設置。
為了便於理解該第二實施例，發明人藉助於圖5解釋電池的外部開關的狀態檢測過程。圖5示出了本發明實施例的UPS電池的充電電流、檢測的電池電壓、外部開關狀態、目標電壓、電流閾值和電壓閾值隨時間的變化關係以及相應的開關狀態檢測結果。
在該實施例中，首先採用恆定的大電流對UPS電池充電，此時，電池電壓上升，然後當電池電壓在t1時刻到達設定閾值的時候，再採用恆定的電壓對電池充電，充電電流逐漸降低，電池電壓略微回落後達到平衡，電池容量在慢慢地接近飽和，被充滿。在這個過程中，電池的外部開關一直處於閉合狀態。
在電池基本充飽的t2時刻，將充電器的目標電壓提高一直到t3時刻，t2和t3之間的時間間隔根據電容上的電壓的上升斜率設置。電容上電壓的計算公式是：（充電電流x充電時間）/電容值。
由於限制了充電電流，即使充電電壓升高，在這段時間內的電池電壓也不會有明顯的變化。但是，如果電池的外部開關是斷開的，如圖5所示的t4時刻將外部開關斷開，此時再提高充電電壓，例如在t5時刻提高充電電壓到t6時刻，這個過程中充電器對電容充電，在很短的時間內就可以使電容兩端達到很高的電壓。例如，如果以1A的電流對384 µF的電容充電0.5s，那麼電容兩端的電壓能達到1302V，如果檢測的電壓達到該目標值，就判斷電池的外部開關斷開。
本發明的檢測UPS電池的外部開關狀態的方法無需設置專門的檢測部件，操作簡單，成本低。
雖然本發明已經通過較佳實施例進行了描述，然而本發明並非侷限於這裡所描述的實施例，在不脫離本發明範圍的情況下進一步包括所作出的各種改變以及變化。
1:電池 2:外部開關 3:充電器 4:UPS資料處理單元 5:電流檢測部件 6:電壓檢測部件 7:電容 Q1, Q2, Q3:開關管 D1, D2, D3:二極體 SI:電流信號 SV:電壓信號 SS:狀態信號
以下參照附圖對本發明實施例作進一步說明，其中： ［圖1］為UPS拓撲的電池充電電路； ［圖2］為根據本發明第一實施例的檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法流程圖； ［圖3］示出根據本發明第一實施例的UPS電池的充電電流、充電電壓、電池電壓、電池電流、外部開關狀態、充電器狀態的變化以及相應的開關狀態檢測結果； ［圖4］為根據本發明第二實施例的檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法流程圖；以及 ［圖5］示出根據本發明第二實施例的UPS電池的充電電流、電池電壓、電池電流、外部開關狀態、充電器電壓的變化以及相應的開關狀態檢測結果。

Claims (9)

  1. 一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，包括如下步驟： 步驟一：監測UPS的電池電流； 步驟二：如果所述電池電流低於預設的電流閾值，關閉所述UPS的電池充電器一段時間並在該一段時間內監測所述UPS的電池電壓；以及 步驟三：如果所述電池電壓低於預設的電壓閾值，則判斷所述電池的外部開關是斷開的。
  2. 如請求項1之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，在所述步驟一中，週期性地監測UPS的電池電流。
  3. 如請求項2之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，在所述步驟一中，每間隔一小時監測一次UPS的電池電流。
  4. 如請求項1之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，在所述步驟二中，所述一段時間依賴所述UPS的具體電路型號來設置。
  5. 如請求項4之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，所述一段時間取決於所述UPS中與所述電池並聯的電容兩端電壓的下降斜率。
  6. 一種用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，包括如下步驟： 步驟一：增大所述UPS的電池的充電電壓並限制所述UPS的電池的充電電流，同時監測電池電壓； 步驟二：如果所監測的電池電壓在預設時間內達到目標值，則判斷所述電池的外部開關是斷開的。
  7. 如請求項6之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，在步驟一中，增大所述充電電壓預設的幅值。
  8. 如請求項7之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，所述預設的幅值為10V。
  9. 如請求項6之用於檢測UPS的電池的外部開關狀態的方法，其中，所述目標值等於所述預設時間內與所述電池並聯的電容兩端能夠達到的電壓。
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