专利名称：紧急电源器材的预期寿命分析的制作方法
技术领域：
由于蓄电池通常是在通讯网络的电源系统中作为紧急电源来运用的，因此有效维护这些电池显得极为重要。当系统运行时，即使在串连蓄电池组电路中有一个电池单体出现故障，也会影响紧急电源系统的可靠性。这就对通讯系统这样重要的设备的稳定运行带来麻烦。
通常，交流蓄电池的等效电路是一个具备电阻R、电感L与电容C的串连网络。在IEEE 1188-1996的论文中，建议在分析密封型蓄电池的老化状态时只测量影响最大的电阻R因素。
通常，要衡量某种材料(比如蓄电池)的老化状态是如何与其内阻抗的增加成正比的，必须按图1所示在蓄电池的两极产生交流恒定电流IS，对电池的健康状况进行分析，且计算内阻抗导致电压下降时(阻抗电压VIS)此类内阻抗的数值。
众所周知，测量密封型串连电池两极的交流电流时，电池端子之间的交流电压的波状是这样的频率越高，电感L作用下的电压相位比电流相位更超前，频率越低，在电容C的作用下电流相位有滞后于电压相位的倾向。
当正弦波(交流恒定电流)的恒定电流生产于一个60-1,000HZ的频带宽度时，与2/Zc’的谐振频率点相应，相位几乎达到能为蓄电池进行供电的程度，于是有效阻抗的大致数值便能计算出来，方法是测量由内阻抗产生的交流电压，这时要排除电感与电容的因素。当测定的频率在1KHZ左右时，与电容因素作用下的阻抗相比，面间电阻变小，甚至可以忽略，电池电路与电解质电阻或双层系列电容器等效。衡量蓄电池的健康状况，可以通过比较蓄电池的内阻抗所产生的直流电电压VIS与交流恒定电流IS之间的相位差来进行，可以通过如图1所示的为蓄电池供应1KHZ左右的交流电正弦波的恒定电流来进行，还可以通过测量电池两极所产生的正弦波电压的有效值与上述正弦波的交流恒定电流来进行。
这种发明使得对蓄电池进行有效控制成为可能，就是在对电池充电时无需通过诸如微处理器这样的器件来把蓄电池与运行系统分离开来。微处理器拥有多种操作功能，它能实时测量诸如电池阻抗、端子之间的电压与温度等重要参数，以发现蓄电池的好坏状况并在必要时发出告警信息。
此外，通过观察紧急电源系统(UPS，电池充电器)在任何情况下的中断或运行状况来监测电源质量的输出波形，可以用日报或月报数据的形式来储存与管理有关蓄电池的健康状况史。这种历史记录可用于管理紧急电源系统，充分利用无线通讯系统或远程网络系统。
背景技术：
迄今为止，已实行的对于蓄电池的老化状况的分析系统是一种对样品电池的剩余容量进行测量的系统以满载的容量或必要的放电处于运行中的蓄电池，根据时间的变化来观察电池端子之间的电压。
这种方法已普遍运用于工业当中。与上述方法相比，可以更准确地分析运行系统中的蓄电池的剩余容量(寿命)；但它并不适合于发现所有的不良电池单体。因为那种放电的实际方法在分析蓄电池组的总剩余容量时只是掌握了电池组中电池单体的最小容量而已，所以它也并不适合于发现所有那种已经老化很严重的电池单体。而且，在充电的状态下分析蓄电池组的老化状况需要投入大量的人力和成本。
为了检查蓄电池的健康情况，已经将测量工具商业化，以顺利检测蓄电池的端子电压与温度等问题，并通过“实验室浏览程序”(数据分析软件)与“数据获取卡”来检查每个电池。这些软件已于近期投入商业运营，它们只测量每个蓄电池的电解液温度以及处于浮充浮充电与充电电流之中的电压。通过对浮充浮充电中的电池单体的端子电压以及蓄电池的同组串联中的电池单体的电压进行比较，可运用上述方法掌握老化状况的发展程度。但由于浮动电压本身的丰富性以及串联或并联中的电池的影响，端子电压的变化并不大。而且，由于剩余容量(即老化状况)与浮充浮充电中的端子电压相互之间并没有绝对的联系，采用上述方法作为衡量蓄电池寿命或健康状况的分析工具的可靠性是值得怀疑的。
有两家主要公司，即日本的YUASA与加拿大的POLYTRONICS都对测量蓄电池内阻抗的工具进行了商业化。因为这些工具在运用集成半导体芯片所带来的同步波形探测方法的基础上，能产生与内阻抗相一致的直流信号。当手动测量浮充浮充电中每个蓄电池组时，并不能准确地测量内阻抗，因为交流电压波形受到了充电纹波电流(纹波电流)的影响。
另外，对经过测量和存储的数据进行分析以作为系统性维护管理的数据库，对内阻抗的手动测量是通过将测量导向器移向浮充浮充电中的电池的每个端进行的。所以，分析测量的数值时存在电击的危险，也存在重复人力的不利条件。而且，不能同时测量温度、电解液重量以及充电电流等老化状况分析所需的数据。要取得几个样品性的阻抗测量数值并不难，但要从许多电池中同时取得准确的有关寿命分析的测量数值则有极大的困难。
由John W.Wurst在1994年1月25日公布发明的“在线电池阻抗测量”技术(专利号US Patent 5,281,920)是针对蓄电池的寿命分析而开发的，但它的实施方法却完全不同。这项专利由一个电压测量模块构成，模块被连接到一组由系统负载控制器、电流测量系统与MPU控制的传输装置中。阻抗数值是通过蓄电池在0.5milli-sec与20milli-sec中放电的端子电压的减速数值来计算的。
发明内容
此项发明分析了蓄电池的健康状况与剩余容量，并通过在实时状态下运行几百次并联与串联电池的电路以及通过测量蓄电池的电压、充电与放电电流、内部温度、内阻抗与电解液的重量以发现蓄电池状况中的各种相关因素来分析蓄电池的剩余寿命。
为了确保不中断的电源供应(即UPS)或维持有线与无线通讯网络的电源系统，本发明总是通过监测可充电蓄电池来牢牢控制对UPS这种紧急电源系统的运行状况的监测功能。
图2显示了基于微处理器的工作流程概念是怎样识别紧急电源系统的健康状况以及系统的功能结构的。为了解释这种结构与工作模式，测量端子电压V，电流I与温度T是根据如图2所示的从电压、电流传感器与热敏电阻传感器中得出的预定序列把蓄电池中待分析的特定数据比如端子电压、电流与温度等输入MPU来实现的。通过MPU的ON\OFF开关开始供应交流恒定电流IS以产生恒定电流源之后，蓄电池的内阻抗就能通过MPU的程序算法计算出来，算法是基于蓄电池的内阻抗所产生的电池端子恒定电流与交流电阻抗电压的。要进行多个电池的测量，需要准备多组继电器电路组以产生信号来选中某个由MPU测量的电池。蓄电池的每项基准数据都是通过继电器组合中某个选定组的一致性传输来连接到MPU的内存的。内阻抗的测量所需的恒定电流是通过继电器电路组的传输被供应到蓄电池的。
MPU对这些控制做出指令，由这些控制产生的信息数据储存在测量与分析系统的内存中。根据这些信息，可以通过激活MPU的老化状况分析算法的程序来分析蓄电池的老化状况。
键盘与液晶显示器LCD是用户的使用界面。如果在紧急电源供应或蓄电池的输出波形中出现不正常的情况，可以在测量与分析系统的LCD屏幕上产生必要的告警信息来有效地控制紧急电源系统与蓄电池的质量。所获得的数据是作为历史资料来储存的，它们可通过通讯设施比如串行通信被传送到某个外部主机上。如果主机位于很远的地方或者很难从控制区域接近，比如位于有线或无线通信网络传输站，可以通过远程通信网络或无线通信网络来进行数据传输。当地计算机或远程主机获取并分析所传输的数据。所以，是可以在理解蓄电池状况的基础上制定图表作为数据库的。在实时状态下对数据进行管理可以提高电源系统的可靠性。而且，从管理的角度来说，它的成本更为高效。
图1是分析蓄电池老化状况的有关内阻抗测量的概念性方框图。
图2是基于此项发明的微处理器的运行方框图。
图3是关于此项发明的老化状况分析系统的各个模块的组织方框图。
图4是这项发明的功能方框图。
图5是有关这项发明的数据获取程序与衡量时间的概念性方框图。
图6是并联继电器电路组的运行示范。
图7是关于此项发明的MCU与一组传输电路之间的功能连接方框图。
图8是关于此项发明的恒流电路的方框图。
图9是关于此项发明的B级放大电路运行的详细示范图。
图10是关于此项发明的B级放大电路运行的另一组详细示范图。
图11是关于此项发明的自动脉冲计数电路的组织方框图。
图12是计时中断程序的时间表。
图13是关于此项发明的运行示范的主要程序流程图。
图14是恒流IS与阻抗电压VIS的过零电路连接方框图。
图15是关于此项发明的老化状况衡量与分析系统的有线与无线通信概念性方框图。
图16是关于此项发明的老化状况衡量与分析系统的有线与无线通信的运行示范。
图17是分析系统与各个分析单位之间的互通方框图。
本发明具有紧急电源系统的老化状况分析功能(即质量监测)，能提示如何通过一般的通信网络在远程区域对紧急电源系统进行管理。有关这方面的详尽解释是通过一个运行示范来进行的。
图3显示了识别蓄电池的基本单位(通常由12节，24节与56节电池单体组成)的分析系统结构的方框图。MPU1是对整个系统进行控制与管理的中央处理器，它能在存储原件的作用下储存蓄电池中的每个电池单体的历史数据。蓄电池的每个电池单体都连接到继电器电路组中，而中继的触点通过4端的电路网络连接到每个对应的电池单体的端子上。MPU1的选定信号作用于继电器电路组的输入端子上，以激活连接在待测定的蓄电池上的传输线圈。然后，N号继电器组合中被选定的1号继电器组开始工作。在开始恒定电流源5的供应的同时(几个milli-seconds之后)，发出的几十KHZ的同步脉冲信号CLK作用于恒定电流的电路中，恒定电流流入蓄电池。
蓄电池的电压V、温度T、阻抗Z与重量G等数据信息被MPU1从自动脉冲计数电路7与直流交流转换器6中转换为可读数据，以作用于MPU1的输入端子。MPU利用安装在其自身的老化状况识别程序所存储的数据来对电池单体的老化状况的历史数据进行计算机整理，整理的结果储存在LCD所显示的存储原件2之中，并通过RS232、RS422、RS485与CDMA等通信方法8向外传送出去。当无需使用继电器电路组时，比如在只分析几个电池单体的情况下，可直接将4端电路网络的输出端子连接到蓄电池电池单体的端子上。
图4显示了功能性方块连接的分析系统的硬件结构。结构由主控制件MCU11、辅助电源10、交流恒定电流电路5、继电器电路组4、交流电传感器电路15与直流电传感器电路14等组成。主控制件11由下列各项组成MPU、存储原件2、从传输电路中正确选定并放大蓄电池的特征性数据的自动脉冲计数电路7、对紧急电源系统的质量信息数据进行放大的前置放大器16、转导数据信号的直流交流转换器6以及RS232、RS422、RS485与CDMA等通信元件。
硬件运行所必需的控制电源是由辅助电源10供应的。
恒定电流电路5承担着输送固定幅度的恒定电流以产生蓄电池阻抗电压的作用。继电器电路组4通过MPU1的主控制器11产生的选定控制信号从多组电池中来选定某个电池单体，而MPU则供应矩形的波形时钟信号CLK以启动恒定电流电路5。恒定电流电路接收时钟信号并传送出去以产生正弦波的交流恒定电流，而恒定电流IS通过继电器电路组的传输被供应给蓄电池中被选定的电池单体。本发明的运行示范中，正弦波的生成器是由一个数字计数器组成的。当几十KHz的同步脉冲CLK信号产生作用时，脉冲被转化以产生恒定电流源5的频率并激活恒定电流源。当恒定电流源由R-C或晶体振动器组成时，电流源在MPU的ON\OFF启动信号下开始运行。当已经完成所选定的电池单体的特征性数据的测定时，MPU会停止供应16KHz的时钟信号以中止恒定电流源的运行并立即切断相应的传输。当MPU根据上述运行序列控制恒定电流源的启动与ON/OFF的传输时，并不会损坏触点，触点的寿命仍然能够延长，因为它们在被读取或放电时并没有电流在其间流过。
如上所示，为确保UPS对计算机、对有线或无线通信网络(整流器)电源与对本系统中的蓄电池组的监测功能的可靠性，必须监测紧急电源系统比如UPS的运行条件，才能为通信设施或计算机供应不中断的AC电源。
主控制器11通过继电器电路组收集每个电池单体的特征性数据，分析蓄电池的状况，监测紧急电源系统18的交流电输出电压与电流，监测公开的交流传感器电路15与直流传感器电路14中的充电或放电电压DCV与充电或放电电流DCA，在任何时间内记录它们。
更详细地说，在监测电源系统的质量时，主控制器衡量与分析3相电压(交流电压)与3相电流(交流电流)，并存储在稳定状态下每相位的均方根值与在电源故障状态下每相位的均方根值以及实时波形，不包括检查蓄电池属性的时间。存储的数据在一定时间内被传送至主计算机，传送时间可通过内装的实时时钟计时器RTC求得，也能记录电源故障的时间。当由于瞬时电压下降或电源故障而使获取的数据数值超过限度时，就得通过通信接口来完成将数据传送至主计算机的功能。
由于电池单体的内阻抗电压很低，低于1MV，它受到了上述信号电压的测量值的影响，这是由测量电路与充电中的纹波电流的传输线电压降造成的。因此，为了减少端子的接触电阻(接线头的线路电阻与插头的接触电阻)的影响，需使用4端测量方法。通过恒定电流电路的端子为蓄电池的电池单体供应交流电流IS，蓄电池内阻抗的电压降则按图4所示连接到前置放大器16的高阻抗电路中。如果接线头的线路电阻与端子的接触电阻中几乎没有电流经过，就不会出现电压降。运用这种测量方法，能使接触电阻几乎不受影响，因为线路电阻与接触电阻所造成的电压降被最小化了。而且，为了抵偿前置放大器16与自动脉冲计数器7的错误性测量数值以及线路电阻与接触电阻的测量错误，当输入信号显示为零时，可以通过在测量阻抗之前将输出引线端子互相接触起来的方式把模拟数字A/D的输出数值校准到零的位置，还可以选择性地将此测量值用作衡量实际值时的校准值。
通过继电器电路组4在每个电池单体所测定的端子电压波形(AC实际电压VSM)是一个只有几MV的弱信号，与电池单体的端子电压相比也显得小(一比几千)，还包含了电磁噪音。只能对经过性能优异的前置放大器16的读取或拾取的交流电压VIS进行放大。当纹波电流流入浮充浮充电的蓄电池中时，蓄电池的端子电压波形具有充分的纹波电压的谐振。在上述纹波电压的频率中，谐振的含量随整流脉冲的多少而变化。它具有一种60HZ的市电频率的奇数倍纹波频率。比如，如果出现3相整流方式，当作用于交流电的恒定电流IS的频率为1KHZ时，大约900HZ(第15次谐波)、1020HZ(第17次谐波)与1140HZ(第19次谐波)会主要地影响测量值。也就是说，在交流电阻抗电压VIS与多种谐波纹波电压混在一起的情况下，所测定的、流入MPU输入端子的信号电压波形具有在持续阶段内进行摆动的形态。
带有多次谐波的纹波电压具有不同的持续阶段TRP。这种纹波电压含有多次的纹波)，但大部分纹波都可以通过前置放大器16的带通滤波器进行去除。与测量所需的阻抗电压相似的纹波电压的噪音也是不能被过滤的，只能与阻抗电压VIS的信号一起通过，从而对阻抗测量值造成严重的影响。
正如运行示范所示，本发明能准确地测定由交流电电源IS引导的阻抗电压的数值。交流电电源是由包含噪音性纹波电压的交流电实际电压VSM产生的恒定电流源供应的。基于这点，它对硬件的组织、运行算法与程序执行作了详尽的程序规划，以获取内部阻抗的有效数值(电阻)。所以，利用本发明，可以通过准确测定蓄电池与直流电解电容器的内部阻抗的途径来分析处于浮充浮充电运行状态下的蓄电池的老化状况。即使在进行水肿性部位的医疗诊断的情况下，输入信号中出现噪音，也仍然能把噪音信号从测量信号中过滤出来。
当MPU1的每道功能性运行的系列程序得以执行时，本分析系统总能实时监测与控制紧急电源系统比如蓄电池的健康状况，在事故发生前找出老化状况的发展程度与起因，从而正确地处理它。由于计算机软件与用户功能表都可以配置，在出现电源故障的情况下仍然能通过稳定的预备电源为切割性器件供电，从而确保高技术领域的工作运行的可靠性。通过恰当的经济维护，可对紧急电源系统进行合理的管理。
具体实施例方式
如上所示，充电电流的高频纹波电压VRP与交流恒定电流IS的阻抗电压VIS混合在交流电实际电压信号VSM之中，信号是在处于浮充浮充电状态下的电池单体的端子上获取的。10-2003-0028521的韩国专利申请号是针对测定噪音纹波(纹波)所包含的弱信号的有效电压值的方法而编定的。这种技术这样提示可以准确获取来自交流电实际电压VSM的内阻抗所产生的极弱电压信号(阻抗电压，VIS)，上述纹波电压VRP在实际电压中被混合。
让市电的基本频率在蓄电池的浮充浮充电状态下成为余弦状，供应给电池单体并用于测定内阻抗的恒定电流IS的频率被定为S倍的频率波。当恒定电流IS产生阻抗电压时，频率也变成SH序列倍的频率。噪音排除电路比如上述带通滤波器被设计出来，是实现对仅与STH次频率相适应的信号进行放行的功能。像上述带通滤波器这种理想的噪音滤波电路只能让被设为通带频率的与STH次频率相近的信号通过，但在现实中，这种噪音滤波电路也是很难实行的，要实行也必将增加成本。
这就是说，过滤并不是完善的，因为一般的带通滤波器只能减弱与低波段截止频率FL或高波段截止频率FH相邻的频率波的30％。比如，带通滤波器是用于使共振频率FH等于STH次谐振、低波段截止频率几乎等于(S-2)TH序列谐振、高波段截止频率几乎等于(S+2)TH序列谐振的，超过这些频率的信号则被过滤和弱化。作为运行示范，处于浮充浮充电中的谐振纹波电压VRP大都只有纹波频率元素与50或60HZ的市电的基本频率的奇数倍或偶数倍相一致。
在上述高频率纹波电压VRP中，由恒定电流IS产生的阻抗电压VIS与带有偶数或奇数类似序列的频率的谐振是在通过噪音滤波电路之后出来的，而其它谐振则被弱化或去除。
因此，谐振纹波电压(VRP，FLT)可以表达为V(t)RF，FLT＝KS-2#f((S-2)#wst)+Ks#f(S#wst)+Ks+2#f((S+2)#wst)。其中，f(S#wst)＝cos(S#wst)与K是XTH序列纹波电压的共振，而S是一个合成数字，因为每个谐振都比第2序列高。
当S＝1，(S-2)是一个特定条件的负整数，K则只由基本的和第3位的谐振组成。首先，作为运行示范，如果带有STH次频率的恒定电流(IS)产生的阻抗的共振为K，则V(t)IS＝K#f(S#wst)Eq.(2)此外，在通过上述噪音滤波电路与阻抗电压之后与谐振纹波电压(VRP，FLT)混在一起的交流电实际电压(VSM)可以表达为Eq.(1)与Eq.(2)的综合。
VSM(t)＝Ks-2#f((S-2)#wst)+Ks#f(S#wst)+Ks+2#f((S+2)#wst)+K#f(S#wst)Eq.(3)一个函数的均方根(RMS)数值(S)的定义相当于Eq.(4)，函数具有一个周期(TSYN)的选择性倍数(Ts＝1×Tsyn，1整数)。上述交流电实际电压(VSM，RMS)的均方根值可以从Eq.(3)与Eq.(4)中获得，Eq.(3)与Eq.(4)作为EMS值因此，作为2#cosA#cosB＝cos(A+B)+COS(A-B)Eq.(6)cos(-C)＝cos(C)Eq.(7)如上f(S#wst)＝cos(S#wst)。当运用已知的三角函数于Eq.(6)与Eq.(7)时，由EQ5右边的不同数乘法组成的乘法数可以被这样取代在上述Eq.(8)，Eq.(9)与Eq.(10)的等式中，f(2#(S-1)#wst)，f(2#wst)，f(2#(S+1)#wst)，f(2#S#wst)是偶数谐振，比如2(S-1)倍、2倍、2(S+1)倍、2S倍与4倍于市电的基本频率(COS)。
如同在Eq(11)的三角函数中，当谐振是基本频率的整数倍时，在基本频率的一个周期内的整合数值为零，M是整数。
Eq.(8)，Eq.(9)与Eq.(10)作为2cos的整数倍来表达，周期内与2cos相应的整合数值(通常，市电的频率是60或50HZ，与大约376.99rad/sec一致，周期8.33ms/10.0ms)为零。就是说，Eq.(12)成为充足条件，使得(8)(9)(10)的所有等式为零。所以，Eq.(5)中交流电实际电压VSM的均方根值(VSM，RMS)就是下面对TSM的表达。另一方面，通过噪音滤波电路之后，像Eq.(1)与Eq.(4)一样来表达谐振纹波电压(VRP，FLT)的均方根值。当像Eq.(6)与Eq.(7)那样使用已知的三角函数定理时，Eq.(14)左边的乘法数在等式(15)，(16)与(17)中成了f(2#(S-1)#wst)，f(2#wst)，f(2#(S+1)#wst)，f(2#S#wst)，f(4#wst)，谐振是市电的基本频率的2(S-1)倍、2倍、2(S+1)倍、2S倍与4倍。早先就显示过，按照同样的原理，等式(15)(16)(17)被表达为2cos的整数倍，周期的整合数值与2mus一致，这时的充足条件是Eq.(18)。
所以，谐振纹波电压(VRP，FLT)的均方根值(VRP，RMS)在通过噪音滤波电路之后按如下表达Eq.(13)中的TSM与Eq.(19)中的TRF是同样的周期数值，可以这样表达，<BR>1#<BR><BR>TD＝TSM＝TRF＝2fs Ws<BR>Eq.(20)同时，来自Eq.(2)与Eq.(4)带有STH次频率的恒定电流(IS)产生的阻抗电压(VIS)的均方根值是这样表达的，TIS可以被定义为如Eq.(4)所示的周期的选择性整数倍，被设定为Eq.(20)的同数值，可以表达为Eq.(22)，<BR><BR><BR><P>1#<BR><BR>TD-TSM＝TRF＝TIS＝2fs＝Ws<BR><BR>Eq.(22)。所以，可以按如下从Eq.(13)与Eq.(19)中计算上述阻抗电压(VIS)的均方根值(VIS，RMS)。就是说，谐振纹波电压(VRP，FLT)的均方根值(VRP，RMS)在通过公开的噪音滤波电路后被整合到半基本频率(COS)的整合间断TD上，交流实际电压VSM的均方根值(VSM，RMS)被整合到同样的整合间断TD上。对上述两个均方根值进行平方并计算上述平方值的差距，可知与差距平方根值相应的等式的结果等于阻抗电压VIS的均方根值(VIS，REMS)的同样结果。
详细地说，有半基本频率的整合间断TD，通过计算交流实际电压VSM与谐振纹波电压(VRP，FLT)的均方根值，可以使等式(8)，(9)，(10)与(15)，(16)，(17)的乘法值都变成零。通过计算VSM，RMS与VRP，RMS的平方值差距，可以发现结果只是VIS，RMS的平方值，而其它值都被去除，阻抗电压VIS的准确均方根值(VIS，RMS)也就容易得出了。
在上面，作为运行示范，通过选定供应给电池单体的恒定电流IS的频率(是市电频率的S倍)，我们可以使它与电池充电电流所促成的谐振纹波电压(VRP，FLT)的特定序列频率协调一致。下面解释了轻易获取阻抗电压VIS的均方根值的方法，谐振纹波电压VRPFLT的频率组成元素或者只是市电频率(COS)的偶数倍，或者只是市电频率的奇数倍。
下面是另一个运行示范，交流恒定电流的频率与纹波电压(VRP，FLT)的谐振不一致。恒定电流的频率被选为市电的基本角频率的S倍，而谐振纹波电压(VRP，FLT)既包含市电频率的奇数倍，也包含偶数倍，但只有STH次频率(S×os)不存在于谐振纹波电压(VRP，FLT)中。上面提到，按同样的概念，谐振纹波电压在通过噪音滤波电路之后可以如下表达。
V(t)RF，FIT＝Ks-23f((S-2)#wst)+Ks-1#f((S-1)#wst)+Ks+1#f((S+1)#wst)+Ks+2#f((S+2)#wst)Eq.(24)。因此，交流电实际电压(VSM)的谐振元素是由谐振电压产生的元素f((S-2)#wst)，f((S-1)#wst)，f((S+1)#wst)，f((S+2)#wst)与供应给电池单体的恒定电流的元素fwst组成的。在计算交流实际电压(VSM，RMS)的均方根值的过程中，得到了相互乘法产生的Eq.(8)，Eq.(9)与Eq.(10)这些整合值。
在这些值中，存在r 5V tam0 TSM01 n75w与-？元素，把Eq.(6)与Eq.(7)所示的三角函数运用于这些相互乘法值，就可得到1TasT.^.v，T{f((2’S-3)wSt)dt+ff(wst)dt}and TTKS_7KS------y((2-6’-1).ws0-’-s0，..。当整合间断被选为基本频率(WUS)的周期时，整合值变为零。就是说，如上所示，当谐振纹波电压(VRP，FLT)包含每个序列谐振元素时，或者只存在奇数或只存在偶数序列频率时，而被选为整数序列频率的恒定电流频率与上述谐振纹波元素的频率不相同时，计算均方根值的整合间断就应该双倍增加。这是在比较并考虑谐振纹波电压只包含奇数或偶数序列频率这样一种情况的，因为交流电实际电压(VRP，REMS)包含了所有奇数序列与偶数序列的谐振。这种计算所需的数据量也双倍增加，也需要更多的运行时间。当然，当上述纹波电压包含所有奇数或偶数序列的谐振时，即使是在被选的恒定电流的频率等于任何纹波电压的整数序列谐振的情况下，也能获得同样的结果。
至于另一个执行示范，供应给电池单体的恒定电流的频率可以被选为相邻的谐振频率的平均值(比如第13序列与第14序列的平均值是第13.5序列)。均方根值的整合间断应增长4倍，而这种计算机化的数据量也增长4倍。
可以从运行程序中看到，所有频率元素都处于交流电实时波形(VISM)中。
通过实际电压VSM的所有谐振元素的频率，运用频率的互相加减所得出的运行结果可以计算出第一最大公约数GCM。通过谐振纹波电压(VRP，FLT)的所有谐振元素的序列，运用频率的互相加减得出的运行结果可以计算出第二最大公约数。从上述第一与第二公约数可得出第三公约数，当通过第三公约数的整合数倍决定了整合间断TD时，可以取得阻抗电压VIS的准确的均方根值(VIS，RMS)。为了最大地减少阻抗电压的均方根值的计算时间，决定第三公约数作为整合间断TD是好的。为了最大地减少整合间断TD，必须最大地减少计算结果的最大公约数，这种计算是通过交流电实际电压VSM的所有谐振元素的频率得出的。因此，供应给电池单体的恒定电流IS的频率被选为与特定谐振纹波电压(VRP，FLT)的序列频率相同的频率。
当谐振纹波电压(VRP，FLT)的序列只是由一个奇数或偶数组成时，在计算阻抗电压的均方根值时可把整合间断TD选为商业频率周期的一半。所以，通过选定与特定的纹波电压的谐振频率相等的电池单体的恒定电流IS的频率，从而减少运行时间是有好处的。
可以把上述有关均方根值的抽象程序的概念用于数字运行系统的软件程序中，比如微处理器。有关实际电压VSM、纹波电压(VRP，FLT)与阻抗电压VIS的均方根值的运行程序显示如下。
首先，交流恒定电流IS没有被运用时的状态如图5所示。谐振纹波电压是在IS部分(Is’section(P1))的一个固定的周期内取得的，它由电池单体在通过噪音滤波电路后的在浮充浮充电状态下的充电电流所产生。在第一次收集时间内(T1，RP)，已被计算的基值(V0)是从纹波电压(VRP，FLT)所获取的瞬时值里减出来的，然后，<BR><BR><BR><BR>(VRP，FLT-Vo)2<BR><BR>的平方结果被放入基础配置记忆件M1中。此后，第二收集时间(T2，RP)的纹波电压(VRP，FLT)被进行顺序地获取，再重复上述减法与<BR><BR><BR>(VRP，FLT-Vo)22<BR>的平方运算。运算结果加入记忆件M1中，其中平方值(VRP，FLT-Vo)12 is E](VRP，FLT-Vo)i2已被储存，再把’＝”2存入M1中。然后，在n(VRP，FLT-Vo)i2市电频率的半个或一个周期的固定时段的收集时间内重复上述基本运算，计算结果’＝’存入M1中。某个时间后，恒定电流源开始启动，恒定电流IS供应给电池单体。
交流电实际电压VSM的瞬时值在第二部分(2nd section (P2))获取，它与阻抗电压VIS和通过噪音滤波电路的谐振纹波电压(VRP，FLT)混在一起。同样地，在固定的时段内周期性地获取实际电压VSM，已被计算的基值V0在第一收集时间(T1，sM)从实际电压VSM中减出来，2i，sm平方值存入另一个记忆件M2中。在第二收集时间(T2，sM)求得实际电压VSM的瞬时值并减去基值V0，进行<BR><BR><BR><BR><BR>2<BR><BR>的平方化，把结果(SM°2w5M iS加入M2中，其中<BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR><BR>@-##2<BR><BR><BR>的平方值(VSM-Vo)2i，SM已被储存，然后将本值存入记忆件M2中，j-12也存入M2。然后，在n#(VSM-Vo)i，SM2<BR><BR><BR>市电频率的半个或一个周期的固定时段的收集时间内重复上述基本运算，计算结果存入<BR><BR><BR><BR><BR><BR>M2中。
为方便运用另一个应用示范，上述运行程序可通过在第一部分(1st section(P1))的某个固定时段内获取交流电实际电压VSM来应用，实际电压与恒定电流IS和谐振纹波电压(VRP，FLT)所产生的阻抗电压VIS混在一起；当没有运用恒定电流时，也可以在第二部分(2nd section(P2))的某个固定时段内获取谐振纹波电压(VRp，FLT)来应用上述程序，纹波电压是由浮充浮充电状态下的电池单体所产生的。
当上述系列步骤完成后，并在通过噪音滤波电路求得纹波电压(VRp，FLT)的平方值后，某个固定周期的整合运行结果n<BR><BR><BR><BR>ici<BR>存入记忆件M1中。在记忆件M2中，通过对实际电压(VSM)进行平方化，某个固定的n#(VSM-Vo)i，SM2period l＝1周期的整合结果被存入。通过计算上述M1与M2之间的差值，并在市电频率的半个或一个完整同期内进行差值的分隔(或除法)运算，计算结果的平方根值(1-)，可求得准确的阻抗电压VIS。
作为本发明应用之实例，图6展示了4组并联继电器电路的连接方式，图7展示了主控制器与继电器电路组的功能性连接图表。如图7所示，每组继电器电路4有16位继电器组合，且每个继电器组合有若干继电器组合用做恒定电流供应(Xna)、电压感应(Xnb)、温度感应(Xnc)以及引力感应(Xnd)。要在众多电池单体中选择一个具体电池单体，自MPU1的选择控制信号将被解码。相应继电器电路组中的继电器组合将被上述译码信号选择，且连接至已选择继电器组合或继电器组的电池单体将被连接至测量电路。
应用实例图7中，选择控制信号用于大量电池单体中选择具体电池，其运行过程见下面详细解释。
总体而言，工业电池运行于12、24、36或48个以上的电池单体串组合中，而电信传输站的电池一般运行于4个12伏特之电池单体组合中。因此，考虑到电路的方便性与经济性，若电池串包括4或6个12伏特电池，就可发明一个简单环路，它可以使用3位或4位选择控制信号选择性地控制最多达7或15个继电器组合，并可发明(如本实例)可选择48至最多为60个继电器组合的电路，其选择控制信号包括6比特。
首先，将MPU(1)处产生的6比特选择信号分为两类。将2比特信号(00，01，10，orll)导入4比特解码电路MUX之输入电路连接端(G1，G2)。若2比特信号为(00)，则无任何选择。若2比特信号为01、10、11，3组继电器电路中的一组则包括最多达16个继电器组合，即主组(4-1)、1号从属电路组(4-2)或2号从属电路组(4-3)将被选择。然后，6比特选择信号中剩余4比特信号将被导入解码电路MUX之输入终端(D0，D1，D2，D3)。
总体而言，N输入端的解码电路MUX，其解码功能可从N输入信号之2N输出端口选择一个端口。此实例中，使用4比特输入信号(D0-D3)时产生了16个输出信号。上述解码电路4比特输入信号所选端口输出信号在16个已由2比特以上信号选择的继电器电路组之继电器组合中选择其一。已选继电器组合或组可由连接至输出端的三极管放大器(TR array)进行驱动。
另一实例所述2比特信号(00，01，10，11)将被导入所述解码电路(MUX)之输入电路端G1、G2，并于4组继电器电路中选择其一。
剩余4比特BCD信号被导入输入端(Do，D1，D2，D3)来选择并操作连接至输出端口的15个继电器组合之一。电路可设计用来断开所有在继电器电路组中的继电器组合，此时具体信号(如0000)被应用。如此，通过在通常情况下48个继电器组合(3组×16/个)、最多60个继电器组合(4组×15/个)中运行其一，主控制器11便可在电池单体串中选择一个具体电池。因所述继电器电路主组(4-1)与每个从组(4-2，-3或-4)结构相同，这些组便可轻松而经济地安装在3或4个堆栈的某一小空间内并由一个主插件互连。
如前所释，通过分开MPU在主控制器11中产生的时钟信号，电流源电路(5)产生的正弦波交流恒定电流供应大约1千赫兹正弦波交流电流。
供自电流源电路5的正弦波交流恒定电流的合适振幅不少于10mA(在碱性电池或锰电池情况下)。若是高容量，如几百Ah、铅酸电池，可将近可能大的电流用来感应相对较高的内阻抗电压Vis，从而自纹波电压噪声准确地得到电压信号波形(因内阻低于1mQ)实例1-2Amp的最大恒定电流可用于捕获电池(电阻元件内阻抗为0.5mQ)各终端之间0.5-1.0mV的电压信号本发明应用实例图8展示持续电源电路5的功能块框图。
使时钟信号(CLK，e.g.16KHz)输入与主控制器中自MPU1之MPU标准时钟信号一致、用光电偶合器件30进行绝缘、将基本操作时钟从MPU中分离，便通过可控公开的振幅之正弦波发生电路33得到标准频率(比如1KHz)的完美交流正弦波。
通过划分MPU1基本运行时钟而获得用于所述交流恒定电流电路5中的正弦波标准时钟信号CLK，且因正弦波交流恒定电流Is的频率产生于再次划分，基本运行时钟与所述交流恒定电流Is的频率总会同步。
因此，当运行与内部阻抗相关联之特征性数据时，通过划分MPU1的标准时钟信号，正弦波交流恒定电流Is与交流电压Vis的周期可被轻松计算，且相位差也可精确测量。
通过反馈作用产生恒定电流Is，所述持续电源5有控制输出电流的功能。即反馈信号之后，输出电流的反馈值If通过一个转换器(如电流变压器)在由公开的运行放大器组成的整流滤波电路42处被绝缘并变为直流反馈信息。在具有微分放大功能的运行放大器中，通过找出输出电流与恒定电流设定值43之间的差异，并通过整合(缓冲)电路放大该差异，恒定电流电路便被控制，通过在正弦波发生电路的振幅控制终端中输入该差异，恒定电流的供应变为可能。在运行放大器中被转换、放大并与恒定电流设定值43相加之后，所述两种信号的差异可通过输入所述直流反馈信号至集成电路32的非逆向输入终端而放大。另外，某电路可被执行用于运行放大器，以具有与运行放大器31及集成电路32相同的功能。
为测量中不影响电池的特性及健康并改进测量的准确性，快速产生稳定电流而不过冲来减少测量时间(在对电池无影响范围内通过供应最大电流)是很有必要的。为执行该功能，MPU1中持续电源产生的、与所述MPU标准时钟同步的时钟信号CLK被过滤之后，若与电阻R、电容C、缓冲电路组成的集成电路整合，软起始信号SS(通过电子电容时间常数从初始阶段缓慢增加的)可以被产生。若软起始信号通过二极管连接至运行放大器31(具有微分运行及集成电路32功能)的输出终端来启动初始阶段的恒定电流电路5(当产生所述标准时钟信号CLK时)，即使产生了具有微分运行及集合电路功能之运行放大器输的输出值，由于软起始信号SS小于所述运行放大器及集成电路的输出值，软起始信号SS被优先输入正弦波发生电路的振幅控制终端10，它可能会在短暂的10分钟内达到正弦电流波形的稳定状态。为改进正弦交流波形(信号)瞬态反应(由所述方法自正弦波发生电路获得)，它从实际值的瞬时增值电路34中瞬时输出电流的反馈值If里被减去并输入1号B型放大器电路35进行放大。
图9所示为持续电源信号Is的双步骤B型电流放大器电路实例。所述正弦波交流信号Is在1号放大器电路35被放大(起初无失真)，并用次要部位(配有两个反向连接的隔离/绝缘绕组)输入高频信号变压器T2的主要部位。
由于电池内阻抗相对较高，当需要小于1安培的持续电源时，持续电源电路可通过连接1号放大器至输出变压器来简单排列。
所述正弦波信号Is在所述变压器T2反向连接的二次绕组输出端被180度同相改变，最终在二次绕组处获取正弦波(sin ot)及180度反向正弦波(sin ot+8度)。1号放大器电路包括运行放大器U3一个，以及三极管(Q1，Q2)。
由于运行放大器U3的输出被连接至NPN三极管Q1与PNP三极管Q2的每个基终端，且控制变压器T2的一次绕组连接至每个发射终端的互连公共点，所述信号Is被放大并经由控制变压器T2流出，且放大的输出信号被再次导入运行放大器U3的反向(-)终端，如此，稳定的电流放大变为可能，即使电流振幅率Hfe有变化。
2号B型放大电路包括运行放大器U9A、U9B、NPN三极管(Q3，Q4)及输出变压器TM1等等。
所述正弦波及以180度反向的同相信号分别通过2号B型放大器电路的运行放大器U9A及U9B。其输出通过导入各NPN三极管(Q3，Q4)的基终端被二次放大。输出变压器TM1一次绕组的开始点与结束点连接至三极管(Q3，Q4)的集电极端(或N道FET情况下连接至漏端子)。所述U9A与U9B的输出通过输出变压器TM1放大后(其中心抽头连接至正极+)最终被停止。
图9中，所述三极管(Q3，Q4)被图解为双极型单NPN三极管，且所述2号B型放大器电路的放大水平允许升级，或其特性可被N道FET三极管取代而改进，或用复合三极管排列电路并改进。
图10为2号B型放大器的另一实例。
尽管图9、图10中2号B型放大器电路与A型放大器电路相比下具有更高效的优势，但它会交叉失真。为改进此缺点，用电阻器R1与可变电阻器VR1划分+12V控电，偏压电压(0.6-0.7V)被导入所述三极管(Q3，Q4)的基本输入终端。此种方式放大的正弦波恒定电流之输出直接供往电池，由输出变压器TM1绝缘，通过高频偶合电容器Cdc(用于测量电池阻抗)作为持续电源。就电力而言，电池单体的端子电压与持续电源并无受到高频偶合电容器Cdc的干扰。用于测量电池单体内阻抗的恒定电流Is可通过所述步骤产生。因其可控性，某振幅的额定电流可以流动，即使其内阻抗在短路负荷的情况下会变低。
电池端子电压VDC与电流源不能被耦合电容器CDC进行电子干扰。
如上所解释，由电流源电路5供应的、为测量电池内阻抗所需的恒定电流的振幅被统一地控制。
电池内阻抗的交流电压信号的振幅在电池单体的端子间所测定的数值随着电池的老化状况或容量而发生比例性变化。在阻抗电压信号被某种放大器放大，而放大增益又固定的情况下，如果所测定的电压信号变小，那么测量的准确性就很低，因为信号的测量层次被低层次地置入主控制件11的输入端子上。
如果测定的电压信号在超出输入电压幅度时显得高，主控制件11就会被烧毁或引起功能失控。
为解决这个问题，就必须根据交流电压信号VIS的幅度选定具有合适的放大增益的运行放大器，方法是将几个具有不同放大增益的运行放大器50进行并联。
将上述并联放大器的输出信号输入选定器(比如模拟开关)，并根据上述电压信号的幅度选定放大增益。
图11是一个应用示范，装有x1，x5，x10，x50的4种放大增益的放大器50。
以下是根据所测定的电压信号VIS的振幅并针对正确的放大增益进行放大器(50-1，50-5，50-10，50-50)选定的方法。为确保上述放大器的正确运行，当放大器所放大的输出信号大于放大器运行电压的定量值时，应使输入信号处于正确的幅度中。很明显，电压信号不能按放大器的放大增益进行比例性放大，放大信号只能处于运行电压的饱和幅度内。因此，要选定具有正确的放大增益的放大器，首先必须选定具有最大放大增益的放大器(50-50)，如果放大器输出信号因为输入信号太大而饱和，那么主控制件11就会发现这种饱和状态，然后顺序地选定下一个放大增益较小的放大器，被正确放大的电压信号VIS置入主控制件11的输入端子。另一方面，如果输入电压信号太小，放大输出信号也变得太小，那么主控制件11就会发现这点，然后顺序地选定下一个放大增益较大的放大器。在这种方式下，就能在阻抗运行中自动地取得具有正确的放大增益的放大器，这被称为“自动校准”。
由一系列理论概念所运行的蓄电池紧急电源系统的基本数据以及监测紧急电源质量的测定数据都通过MPU储存在主控制件11的内存中。MPU分析每相位紧急电源系统的老化状况并计算均方根值，在电源发生故障时计算每相位位的均方根值与实际电压，通过通信端口向外发射储存数据，利用系统内的实时时钟计时器RTC识别发射时间，记录故障时间，将电源故障信息发射到远程区域或主计算机。由上述数据所计算出来的电池单体的特征性数据，比如温度、电压、充电或放电电压、充电或放电电流与特定内部电阻等都显示在紧急电源监测与分析系统所配备的外部输出设备如液晶显示器中。
每个数据与指令都通过键来输入。分析蓄电池的状况是通过内部电阻的计算振幅所激活的老化状况标准算法程序来进行的。不良电池的情况可以视觉(警示灯)或听觉(告警声)来显示，并可发送到远程区域。一系列的MPU运行都通过程序化软件算法来执行，细则如下。
上述软件算法由主程序与定时中断程序组成。在主程序阶段，主要实施与执行低优先级的程序，比如外部输入与输出装置管理以及不严格限制执行时间的电池联络与阻抗的计算等。在定时中断程序阶段，如图4所示，主要在规定的时间内运行与执行电流源电路5控制、继电器电路组4的运行、由交流传感电路15与直流传感电路14测定的紧急电源系统的数据获取、为监测与分析紧急电源系统所需的电池温度、电压、充电或放电电流、电压数据的获取以及电池内阻抗引起的交流电压数据的获取等。
图12显示了主程序与定时中断程序的执行周期与概念性过程。主程序120与定时中断程序121都是在固定的时段内周期性地执行。当中断程序的执行完成后，它返回到主程序中并重复执行。
为了可靠地测量电池的内阻抗，电流源电路5能产生一种在几KHZ的高频率下振荡的正弦波恒定电流IS。已经显示，这产生了同样频率的阻抗电压。为了获取这种高频率阻抗电压波形VIS而不至于在定时中断程序的阶段产生任何损失，即使程序正处于返回主程序的时间点上，在执行程序获取的功能的序列中也持续地执行124着阻抗波形的获取功能，而且如图12所示即使处在主程序执行周期中也不返回主程序。就是说，在获取紧急电源系统的交流电输入波形、直流电波形与温度的序列的定时中断程序中，程序在获取到这种信息之后返回主程序，并在中断发生时的一致性序列之前继续执行程序的序列。在获取阻抗电压波形与高频率阻抗波形的定时中断程序的执行中，它不返回到主程序中而是以高速度获取阻抗电压波形来继续执行定时中断程序，以增加数据获取的效率，并通过周期性地获取电源系统的监测数据来确保数据的持续性与非损失性。
图13显示了主程序的运行序列。在主控制件11的MPU里，当电源打开时，电源从辅助电源10中供应，主程序得以执行。通过初始化131，在紧急电源系统18与蓄电池做出检查筹备之后，MPU检查132外部设备比如键盘是否到位。当外部输入发生时，如果输入的数据是诊断分析性参数，相应的参数也被设置134。否则，它会检查135联络口是否有分析系统与外部系统之间的数据传送的指令。如果是一个指令，数据传送的变量被设定136。在检查数据传送变量是否设定之后，如果确已设定，数据被传输138，并确认是否还有更多数据等待传送139。如果所有数据都被传送，数据传送变量被清空14。当数据量太大时，数据传输就按照某种固定的量进行，而不是全部进行，再返回到主循环执行另外的程序。返回后，它检查141是否有数据传送的指令。如果有，数据传送变量被设定142，数据在下一主要程序执行中被传送。检查143是否在对定时中断中所测定的电池数据的基础上计算内阻抗的数值。如果内阻抗运行变量被设定，运用运行程序计算这种变量144，储存145所计算的阻抗，并清空145内阻抗运行变量的设定值。上述系列程序被反复执行。
作为本发明的一个示范，阻抗运行常规144是通过如图12所示的定时中断程序获得的，并在储存的内阻抗电压VIS与恒定电流IS的实际值的基础上执行的。更详细地说，阻抗运行常规由周期、平均值或均方根值计算程序阶段、相位差与阻抗计算阶段组成。为了获取均方根值，必须先取得上述电压VIS与恒定电流IS的平均值。
如图14所示，以直流交流变流器输入AC电压VIS与AC恒定电流IS，把恒定电流与电压的每个信号输入过零识别电路中。信号由负到正的转换点是通过过零识别器来发现的。1”过零信号ZCV1、2号过零信号ZCV2、3号过零信号ZCI1与4号过零信号ZCI2输入高速计时器。高速计时器在输入过零信号(ZCV1，ZCV2，ZCI1，ZCI2)时输出1”电压计时数据tv1、2号电压计时数据tv2、1号电流计时数据ti1与2号电流计时数据ti2。AC电压的周期Tv＝tv2-tv1与AC电流的周期Ti＝ti2-ti1可以通过电压信号与电流信号的数据差来计算。
可以利用某个周期内的AC电压与电流的平均值以及储存的电压电流的实时值来计算电压VIS与电流IS的均方根值。在这里，V(n)表示所储存的电压波形的每个实时值，i(n)表示电流波形的实际值，N是总时期内实时值的储存总数。
在相位差的程序中，电压与电流之间的相位差0是在平均值计算程序中获得的电压1号过零信号ZCV1与电流3号过零信号ZCI1之间的差异，它可以从数据值的等式tvi-ti1中求得，数据值是利用随固定频率而增长的高速计时器172获得的。必须以高精确度来设计过零电路以增强准确度，因为哪怕是有低水平的偏差与噪音混在交流电压VIS或电源IS中，也会在相位差的计算中产生错误。
另一个示范是，用于从恒定电流电路5中产生正弦波的标准时钟CLK可以通过上述分割(或除去)MPU1的基础运行时钟的频率来获得。而正弦波恒定电流的频率可以通过分割(或除去)标准时钟来获得。通过这种频率分割(或除去)，基本运行时钟与恒定电流源的频率就总是处于同步化中。因此，可通过对MPU1的基本运行时钟或标准时钟CLK进行计时的方式来求得AC电压与AC电流IS的周期。获取阻抗值的另一个办法是通过利用下列阻抗、电阻与电抗元素的等式以及电压电流的相位差。通过上述运行程序可以获得这些数据，如下X/@＝tan-1#R，这是获取电阻(有效阻抗元素)的一个示范，方法是以相位差cos()来对阻抗值Z进行相乘，因此准确掌握相位差的方法尤为重要。这种方法具有减少运行时间的优点，而其它方法通常是在没有噪音的实数电压信号VSM中存在纯阻抗电压信号时测定RMS实数电压与纹波(纹波)的弱信号；而这种方法却通过相位识别电路等硬件与简单的计时操作来获取相位差，并从电压与电流实时值中计算有效数值。此外，与通过复杂的同步探测运行方法(D-Q转换)来获取RMS阻抗实数值的办法相比，这种办法具有减少阻抗值获取所需的MPU运算量的优点。
如上所解释，定时中断程序是在某个时间段来执行的，执行完成后它会返回主程序。只要定时中断程序执行，储存波形与测定阻抗波形的程序就会执行。定时中断程序将计算执行的次数与计时的计数变量，并将增长直至达到某个值，并在此值上执行特定的程序，或者计数值会被设定在原先的零位上。本发明的运行原理与概念基础提供了紧急电源系统的分析方法，从而监测电源质量，衡量与计算紧急电源系统中电池单体的基本数据。系统会通过运行将上述数据存入记忆件。在这些基本数据的基础上，我们可通过运用MPU中计算电池内阻抗的算法来计算内阻抗数值。
我们还可以将这些数据显示在连接在监测与分析系统中的显示器上。当数据或指令通过键盘等外部输入器件进行输入时，预设的老化状况算法程序就会执行电池的老化状况检查功能，并可能针对故障电池通过告警或其它联络方式向控制室的管理者发出老化状况的信息通知。
此外，此处所述应急供电系统按应急供电系统的容量比基本包括12、24、及36电池串。若要增加该系统容量，一个电池串需要包含100个以上串行连接的电池单体，或将若干应急供电系统安装于一个地点也可。在后者的情况中，4-6串行连接电池串作为一个12V(8V)电池使用，且一个应急供电系统(监测分析系统)可处理多达360个电池(6cell×60)。如此，精确的测量或监视将很困难，此时或许有必要使用多重测量(监测)系统。
图15为下列所述之感念方框图1)通过监测多重应急供电系统而监测安装于某一地点的多重供电系统的发电质量；2)通过实时之多重测量分析系统来分析多重电池的老化状态；3)通过远程通信网络至远程地点的连接来传输1)和2)中要求的监测分析数据。
N应急供电系统160(包括电池单体、分析对象、及数据更新，或输入/输出电源系统)连接至N测量/分析系统(161，164)1)该N测量/分析系统(161，164)使用一系列之前解释过的概念和方法对应急供电系统进行测量及分析，2)并在位于主控装置的通信端口处建立一个串行借口162，从而使测量及分析系统保存所述共有测量数据，3)且此串行接口162连接至本地网163以对并联的N测量/分析系统进行双向连接。当然，所述本地网163也可作为一个无线通信设备。N中某个具体测量/分析系统可选为主测量/分析系统164，使主测量/分析系统与剩余测量/分析系统之间的远程数据传输变为可能。主测量/分析系统的安装不仅可与串行接口162进行，也可与LAN接口165进行，从而将N测量/分析系统所得数据传输至远程地点。LAN接口165与一个远程通信网络166连接。
在这些方案下，主测量/分析系统164与串行接口162连接，LAN接口165与无线接口167将作为一个入口，因而使所有来自测量/分析系统的数据通过远程通信网络166(比如互联网或无线通信网络168比如CDMA)得以传输，此外还作为无线通信网络168如CDMA等的数据传输入口。
细节上(如图16所示)，众多测量/分析系统中的一个测量/分析系统164被指定为主测量/分析系统164，且剩余部分被指定为从属测量/分析系统(164-a，-b，-c，-n)。主测量/分析系统164执行与串行通信(RS-486，RS-422，RS-232)或串行接口(可执行本地通信，如蓝牙)的通信总体控制，执行与从属测量/分析系统的相互通信并控制它们。在本地网络(如个人电脑)中，通过各本地网络163，调整参数并存取主测量/分析系统164与从属测量/分析系统中的数据。
通过本地网络163的相互连接，连接至主测量/分析系统164的本地监测系统169(比如个人电脑)可调整参数并存取从属测量/分析系统中的数据。且各从属测量/分析系统可调整自身参数并存取自身数据。而且，主测量/分析系统164可直接连至一个无线通信网络或一个远程通信网络而非本地监测系统169，因而在从属测量/分析系统中的数据存取也变为现实。
若一个电池串包括几百个以上的电池(如图17)，而非从属测量/分析系统(164-a，-b，-c，，-n)，配有简单串行通信端口(如RS-485)的测量/分析装置(1，2，N)无须使用复杂的输出设备(如LCD)便可与若干电池串邻接安装来检查电池特征。
本测量/分析装置包括一个功能相对简单的主控装置11，持续电源5，以及继电器电路4。
如此，通过简单串行通信端口(如RS-485)的连接，主测量/分析系统164与测量/分析装置(1，2，，N)便有可能通过利用主监测系统164调整参数并拾回测量/分析装置中存储的数据。且连接至测量/分析系统的本地系统169(如个人电脑)使所有通过本地网(如串行接口)相互连接的测量/分析装置(调整参数与拾回数据)的控制变为可能。
而且主测量/分析系统164可连接至一个无线通信网络或远程网络而实现测量/分析装置(1，2，，N)中的所有数据的存取。
图16中任何从属测量/分析系统170在应急供电系统内可被替代，且如果测量/分析系统的通信端口与应急供电系统170相互连接，通过测量/分析系统164进行数据存取是可能的。
用上述方法，通过通信网络(互联网，CDMA)连接至多重测量/分析系统的远程主计算机或个人电脑要求各种指令来使各测量/分析系统监测应急供电网、获取电池的特征性数据并处理老化状态分析的数据。
因此，通过接收所有与测量/分析系统相联的数据(来自远程通信系统)，应急供电网与应急电池的老化状态分析是可能的。
此外，在使用互联网的情况下，通过远程通信手段使用交互式通信来控制各站点的N应急供电系统，附着于主计算机的一个固定互联网协议IP便可监视/控制1,000个在线站点的运行，并由此带来经济保养。
本系统的使用者为互联网数据中心、电子数据处理中心、移动电话中继站、网络通信站、医院、军事通信计算设备、银行、工业控制系统、交通(公路、铁路、地铁)控制系统、船舶、电厂(配电)等，它们都需要一个24小时持续运营的高质量供电系统。本发明具有电脑化自动操作的特点1)支持科学的自动化操作与保养；2)避免由于不可测的二级电源系统供电中断所引起的系统不可操作性。
本发明之经济而科学的管理可执行不间断应急供电系统的监测、早期检测及供电中断前电池的更换。
而且，本发明的分析系统具有电池单体特征性数据的自动测量功能(当有必要对电池的形成过程进行充电/放电时)，并且在老化状态分析以外进行充电/放电时，可利用来分析电池单体的状态，因为各电池单体的端子电压与内阻抗数据库可在短时间内完成。
如更早前所释，阻抗电压Vis的实际值可通过有效过滤噪音中的计算值而获取，即使阻抗电压与噪音被搀杂在一起而获取。
因此，对于医学上水肿部分的诊断，测量信号可在噪声电压中被分离或获取，即使噪音与输入信号同时进入。
权利要求
1.一种电池分析系统，通过测得大量串联电池的特征资料，该电池分析系统被用于监视多路可充电电池组中每个电池的老化状态，排列包括一组继电器电路(4)与电池组每一个电池的连接；前面提到的继电器电路组中的继电器触点通过4端子电路网与蓄电池中每个电池的(+)和(-)连接；由主控制器控制的持续电源与上述继电器电路组连接；设备(如液晶显示器及键盘)的输入/输出与MCU(11)连接；系统整体被所述MPU(11)中的MPU(1)所管控，其操作包括MPU(1)产生的选择控制信号激活相应继电器，继电器将所连接电池按照MCU输入端口的测量顺序进行测量；持续电源(5)由MPU(1)产生的时钟信号(CLK)启动，持续电源(5)产生的恒定电流(Is)通过所述继电器组(4)被供给蓄电池组，特征性数据如电池电压(V)、阻抗电压(Vis)、交流恒定电流(Is)、温度(T)及引力(G)被自动脉冲记数电路放大并经转换器数字化后存储在MPU(1)存储器中；所述MPU(1)停止持续电源(5)，电池单体中的内阻抗由公开的阻抗计算程序来计算；基于特征性数据与电池单体内阻抗，电池老化状态取决于MPU(1)内的程序；所述特征性数据、电池内阻抗及电池状态历史数据记录在存储器中；所述全部系列操作步骤与测量、计算及数据存储重复执行，所述电池串之分析数据通过RS232、RS422、RS485或CDMA(如有必要)被传输至电脑或主计算机。
2.一种测量/分析系统，用来评估每个多路可充电电池的老化状态，并监视应急供电系统(18)的电质，比如UPS和电信供电，此安排包括交流电感应电路(15)连动测量交流电压与应急供电系统(18)的交流电流；直流感应电路(14)连动测量直流电压与应急供电系统(18)的直流电压与直流电电流；通过4端子电路网，继电器触点在继电电路组中与每个电池串的(+)与(-)端子连接；持续电源(5)与继电电路组(4)连动；主控制器(11)包括MPU(11)，前置放大器(16)，此放大器放大输入信号至最佳状态之自动脉冲记数电路(7)、交/直流转换器(6)与通信端口(如RS232、RS485、CDMA及局域网)；输入/输出设备如液晶显示器及键盘等与主控制器(11)连接，其操作包括总系统由所述MCU(11)中MPU(1)管控；通过MPU(1)产生的时钟信号，来自MPU(1)的选择控制信号激活所选继电器与持续电源(5)，来自所述持续电源(5)之被激活交流恒定电流(Is)通过所述继电器电路组被传至所选电池；特征性数据如电压(V)及阻抗电压。交流电(Is)、温度(t)、引力(G)通过所述继电器电路(4)被控制，以收集之数据为依据，所选电池老化状态分析由MPU(1)内的安装程序处理；电池串的充电/放电电压(DCV)及充电/放电电流(DCA)与交流电压及应急供电系统(18)之交流电同时被采集并记录；交流电压与电流波形同时被采集；内部电池阻抗由阻抗计算程序计算，已测量并计算过的数据被记录；所述所有系列操作步骤、测量、计算及数据存储均重复执行；存储的数据通过所述通信端口(8)以预定时间被传输至主计算机；当所述测量数据及计算数据的数值超过预设范围时，将会设定故障报警与事件时间；数据通过通信端口(8)与故障时间一起被传输至远程计算机或主计算机。
3.如权利要求1所述的系统，其特征为该系统还包括移动电池分析仪，无所述继电器电路(4)；所述MCU(11)的输入被连接至电池单体(+)与(-)，手动通过4端子电路网进行测量；电池单体的测量由来自MCU(11)的外部信号或内部信号进行初始化；来自持续电源(5)的交流恒定电流(Is)由同步脉冲信号(CLK)从MPU(1)处启动，或自MPU(1)之ON/OFF信号通过4端子电路网传输至电池单体；特征性数据如经测量之电池单体电压(V)、阻抗电压(Vis)、交流恒定电流(Is)及温度(T)由自动脉冲记数电路放大；所述特征性数据由交/直流转换器(6)进行转换并存储于MPU(1)中；电池单体内阻抗由公开的阻抗计算程序计算；基于电池单体特征性数据及所述内阻抗，电池老化状态取决于MPU(1)中的程序；所述特征性数据、内阻抗及老化状态历史数据被记录于存储器(2)中，所述数据显示于输出设备(如液晶显示器)；所述所有其他电池的系列操作步骤、测量、计算及数据存储均重复执行；MCU(11)中已存储数据通过USB、RS232、RS422及RS485被传输至笔记本电脑、服务器或主计算机。
4.一种测量内阻抗以评估电池、电容器或水肿部分老化状态时，为得到阻抗电压，弱信号的真实均方根值测量方法，其包括供至承载物以测量内阻抗的交流恒定电流(Is)频率被设为市电o3S频率的整倍数；交流恒定电流(Is)所感应之阻抗电压(Vis)频率与所述交流恒定电流(Vis)一致；如有必要，可使用公开的噪声抑制电路(其窄频特征与所述交流恒定电流(Is)频率相同)；通过所有交流实际电压(VsM)协频频率的相减与相加，在所述相加与相减总值中产生出第一个最大公约数(GCM)；通过所述噪音纹波电压(VRp，FLT)中所有协频频率的相加与相减，在所述相加与相减总值中产生出第二个最大公约数(GCM)；在所述第一与第二GCM之间产生第三个GCM；用于所述交流实际电压(VsM)中均方根(RMS)值之计算的整合间断以及噪音纹波电压(VRp，FLT)被调整至所述第三GCM或其公倍数；通过整合所述交流实际电压(VsM)与协频纹波电压(VRp，FLT)为所述整合间断获取均方根(RMS)值。
5.如权利要求4所述的方法，该方法为减少均方根阻抗电压计算时间的方法，其特征为噪音纹波电压(VRp，FLT)所产生之协频部分包括市电频率oS之奇倍数与偶倍数；交流恒定电流(Is)频率被调整至所述噪音纹波电压(VRP，FLT)协频之某个协振频率；有必要用于计算阻抗电压中均方根值的整合间断(TD)被调整至所述市电频率Os的某一周期，减少均方根阻抗电压的计算时间。
6.如权利要求4所述的方法，该方法为减少均方根阻抗电压计算时间的方法，其特征为噪音纹波电压(VRp，FLT)的协频包括市电频率Os偶倍数或公倍数之其中一方的频率；交流恒定电流(Is)频率被调整至所述噪音纹波电压(VRP，FLT)的奇倍数或偶倍数中的某个频率；有必要用于计算阻抗电压均方根值的整合间断(TD)被调整至所述市电频率coS的半个周期，从而减少均方根阻抗电压的计算时间。
7.如权利要求4所述的方法，其特征为交流恒定电流(Is)频率被调整至所述噪音纹波电压(VRP，FLT)中两个毗连协频的平均值；有必要用于计算均方根值的整合间断(TD)被调整至第三最大公约数或其整倍数，从而减少均方根阻抗电压的计算时间。
8.如权利要求4或5或6或7中所述的方法，其特征为均方根阻抗电压的计算由MCU中的应用程序执行；在P1段，噪音纹波电压(VRP，FLT)在整合间断(TD)过程中被获取；在P2段，所述噪音纹波电压(VRP，FLT)总值的交流实际电压(VsM)与所述阻抗电压(Vis)在整合间断过程中获取；用于所述整合间断(TD)中噪音纹波电压均方根值(VRp，RMS)的平方值从所述P1段中获取噪音纹波电压(VRp，FLT)算起；阻抗电压均方根值(VSM，RMS)的平方值(用于所述整合间断)自所述P2段中获取交流实际波形(VsM)算起；此二平方值差额部分平方根值的计算。
9.如权利要求4或5或6或7中所述的方法，其特征为均方根阻抗电压的计算由MCU中的应用程序执行；在P1段中，噪音纹波波形(VRp，FLT)(无交流恒定电流Is)为整合间断所获取(至)；在P2段中，家六实际电压波形(VSM)与交流恒定电流(Is)一起为整合间断(TD)所获取；在所述P1段中，所述噪音纹波电压(VRP，FLT)的平方值通过自乘所述噪音纹波电压第N次采样时间(Tn，Rp)瞬时值与基准数(Vo)<BR><BR><BR>(12<BR>(V RP，FLT-Vo)n2之间的差额部分来获取；继而与指定存储器(M1)中存储的累积值(至n-1次采样时间)总合并由公式方式给出n-1#(V RP，FLT-Vo)i2<BR><BR>i＝1，然后总合被存储于所述存储器(M1)内；所述计算过程从第一采样时间(T1 RP)到第N次采样时间(Tn，RP)被N次处理；在P2段，所述交流实际电压(VsM)瞬时值在第N次获取时间被采样、减去基准数，并自乘；第N次平方值总和与(至n-1次)采样方程式n-1-VO)i<BR>#(VSM，FLT-Vo)i@i＝1的累积值被存储于指定存储器(M2)内；所述计算与存储过程从第一次获取时间(T1，sM)至第N次获取时间(Tn SM)被N次重复；减去存储于所述存储器(M1)与(M2)内的值；差额由所述整合间断(TD)分开并经过平方根处理后计算均方根电压。
10.如权利要求1或2或3中所述的方法，其特征为所述MCU(11)之处理器(MPU)中安装的软件包括主程序与定时中断程序；用预定时距定期执行定时中断程序；继电器电路组由定时中断程序操作，测得数据按定时中断程序的要求进行获取，持续电源(5)由定时中断程序通过指定条件进行激活；恒定电流波形及电池内阻抗电压波形通过指定条件在定时中断程序中获取；电池阻抗计算法在定时中断程序中通过指定条件来执行；直流电压波形、直流电流与交流电压通过指定条件在定时中断程序中获得；阻抗计算法获取的测量数据与计算的阻抗数据被存储在存储器中；所述定时中断程序执行过后返回至主程序，当此程序在所述条件下获取电池内阻抗电压波形时并不返回主程序，而是以固定时间继续执行所述定时中断程序；获取内阻抗电压的同时，涉及应急供电系统质量的数据毫无损失地被获取。
11.如权利要求1或2中所述的系统，其特征为用以控制继电器连接至电池单体的选择控制信号由六比特信号组成；最新四组继电器电路其中一组由2比特选择信号选择；剩余四比特被传至解码器电路(MUX)之输入端子(D0-D3)，并最终于所述2比特选择信号所选择的继电器电路组中选择最新的16个继电器组合；一组继电器电路(4)恒等并适合多层应用程序。
12.如权利要求1或2或3中所述的系统，其特征为自MPU(1)时钟传动的时钟信号(CLK)被连接至持续电源(5)；所述持续电源(5)的交流恒定电流(Is)频率自所述时钟信号(CLK)进行信号传动；由上述操作执行的交流阻抗电压(Vis)与交流恒定电流(Is)的时间周期可以轻松获取。
13.如权利要求1或2或3中所述的系统，其特征为持续电源(5)快速解决无过冲交流输出电流的稳定性，其构成为自MPU(1)时钟传动的时钟信号(CLK)供往所述持续电源(5)；交流输出电流反馈信号(If)连接至运算放大器(31)；位于所述输出电流反馈值(If)与电流设定值(43)之间的差额(-)被应用于正弦波发生电路(33)之振幅控制终端(10)；所述正弦波发生电路(33)的输出通过瞬时值添加电路(34)被微分式加入到输出电流反馈值(If)，继而改进瞬变反应；所述微分式添加值被适用于1号B类放大器(35)；整合时钟信号(CLK)，通过软起始电路以产生缓慢上升的软信号(SS)；以最高优先级连接所述软起始信号(SS)至所述运算放大器(31)。
14.如权利要求1或2或3中所述的系统，其特征为持续电源的构成为交流正弦波由公开的集成电路(IC)或正弦波发生电路产生；所述交流正弦波发生电路(33)以微分方式通过瞬时值添加电路(34)被添加到反馈值(If)；瞬时值添加电路(34)的输出由1号B型放大器(35)放大；此1号B型放大器电路(35)包括运算放大器(U3)的输出被分别连接至NPN三极管(Q1)基极和PNP三极管(Q2)基极，NPN所述NPN三极管(Q1)与PNP三极管(Q2)的集合器分别连接至(+)和(-)直流电源；所述NPN三极管(Q1)与PNP三极管(Q2)的发射器连接至所述运算放大器(U3)的反向(-)输入与共有信号变压器(T2)的初级绕组之其中一端子；恒定电流(Is)在所述信号变压器(T2)的次级绕组(二级绕组)处产生并被电隔离。
15.如权利要求1或2或3中所述的系统，其特征为持续电源的构成为交流正弦波通过公开的集成电路(IC)或公开的正弦波发生电路而产生；交流正弦波发生电路(33)由微分方式通过瞬时值添加电路(34)被添加到反馈值(If)；所述瞬时值添加电路(34)的输出由1号B型放大器(35)放大；所述1号B型放大器(35)连接至信号变压器(T2)的初级绕组；两个所述信号变压器(T2)的次级绕组安排来产生两个正弦信号，此信号为180度相位差；所述两个正弦信号由2号B型放大器(37)放大；所述2号B型放大器(7)的输出由分离电路(38)分离，然后用做持续电源以供电池内阻抗的测量；在此提到的1号B型放大器(35)包括运算放大器(U3)的输出被连接至NPN三极管(Q1)与PNP三极管(Q2)的基极；所述NPN三极管(Q1)与PNP三极管(Q2)的集合器被分别连接至(+)和(-)直流电源；所述NPN三极管(Q1)与PNP三极管(Q2)的发射器连接至所述运算放大器(U3)的反向输入端(-)与信号变压器(T2)初级绕组共有的一个端子；将所述信号变压器(T2)的初级绕组另一端子接地；在此，所述2号B型放大器(37)包括输出变压器(TM1)的初级绕组中心抽头连接至(+)直流电源；所述输出变压器(TM1)初级绕组之起始点与终结点分别连接至三极管Q3和Q4的集合器/排放口；恒定电流(Is)由2号B型放大器(37)的输出而产生，并于所述输出变压器(TM1)中被隔离。
16.如权利要求1或2或3中所述的系统，其特征为住控制器(11)中自动脉冲记数电路(7)的构成为一个测量信号(如交流实际电压(VsM))，它一般与若干运算放大器(50)的输入连接，此放大器具不同放大收益；所述若干运算放大器(50)的输出被连接至信号选择器(51)，比如模拟开关；所述信号选择器(51)的通常输出连接至交/直流转换器(6)的输入端子；具适当放大收益的运算放大器于运算放大器(50)中选择；具有无饱和最大输出量的运算放大器是通过首先检查最高收益放大器的输出来选择，然后检查下一个具有最高输出量的放大器，直至找到无饱和放大器。
17.如权利要求1或2或3中所述的系统，其特征为阻抗计算程序包括如下过程交流电压(Vis)与恒定电流(Is)分别被应用到过零探测电路，且另交叉信号(ZCV1，ZCV2，ZCI1，ZCI2)由过零探测电路产生；在各自过零信号(ZCV1，ZCV2，ZCI1，ZCI2)之初获取的电压记数数据(tel)、第2电压记数数据(to2)、第1电流记数数据(ton)及第2电流记数数据(ti2)用来寻找交流电压(Vis)时段Tv＝tv2-tv1与交流恒定电流(Is)时段Ti＝ti2-ti1；交流电压(Vis)与交流恒定电流(Is)之间的相位差自所述第1电压记数数据(tri)与第一电压记数数据(tii)之间的差额而计算；交流电压(Vis)与交流恒定电流(is)的平均值分别进行计算。
18.监视系统配置，使用多重测量/分析系统对多重应急供电系统(18)与电池单体老化状态进行监视，本配置包括测量/分析系统(164-a，164-b，---，164-n)，相同结构通过内部通信端口(163)进行双向连接；一个测量/分析系统为指定主系统，其他为从属系统，主系统(164)可与每个从属系统(164-a，164-b，--，164-n)进行通信；所述从属测量/分析系统(164-a，164-b，-- -，164-n)通过串行口与局部监控系统连接；主测量/分析系统(164)可配置无线通信端口以供远程无线通信；远程网络通信可通过局部监视系统(169)与主测量/分析系统(164)的连接而实现；所有检测/分析系统(164，164-a，164-b，---，164-n)具有通信串行口以供与任何远程控制设备或控制台设备(包括局部监视系统)进行连接；与主测量/分析系统连接之局部监视系统(169)配置可调整参数并通过通信端口检索从属系统的数据。
19.如权利要求18中所述的系统，其特征为通信协议相同的应急供电系统与从属测量/分析系统被替换到某从属测量/分析系统中；应急供电系统的通信串行口连接至主测量/分析系统；所述应急供电系统可通过提供的通信网络由遥控或局部系统进行控制，
20.如权利要求18中所述的方法，其特征为配置上仅具有电路的一个测量/分析单位(而非所述从属测量/分析系统)包括简单功能之主控制器(11)，持续电源(5)，继电器电路组(4)，及一个通信串行口；所述测量/分析单位(1，2，3，---，N)可与若干电池串进行相邻安装；通过简单通信串行口如RS485，所述主测量/分析系统(164)与所述测量/分析单位(1，2，3，---，N)进行相互连接；对所述测量/分析单位之任何参数或已存储数据通过电脑(PC)进行相邻或检索处理；如有必要，所述主测量/分析系统(164)可被连接至无线通信网络或远程网络以供远程及本地监视系统访问。
21.如权利要求1或2中所述的系统，其特征为远程通信网络包括在线网络，比如无线通信或互联网，其通信端口安装在测量/分析系统中；若采用互联网，通过控制每个站点之N应急供电系统，附着于主计算机的IP地址可控制/监视1,000个以上在线站点的运行；多重应急供电系统的运行状态及其电池老化状态由单个远程计算机监测。
全文摘要
本发明可精确测量包含波纹噪声电压的实际交流波形(V
文档编号G01R21/00GK1759309SQ200480006211
公开日2006年4月12日 申请日期2004年4月22日 优先权日2003年4月23日
发明者金得洙, 金来瑛, 金基泽 申请人:保诚电子工程有限公司