一种智能电能表电池充电装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电能计量装置制造领域，尤其是涉及一种智能电能表电池充电装 置。
【背景技术】
[0002] 高级量测体系是智能电网的关键技术之一，它不是一个独立的技术实现过程，主 要由智能电能表、采集智能电能表、表计数据管理系统、双向通信的体系架构和相关后台应 用系统组成。智能电能表是高级量测体系中最重要的一环，它的设计和研究紧紧围绕着智 能电网的特点和要求来展开。智能电能表实现了电网企业和电网用户之间的信息交互、需 求交互、和谐共赢，使得社会效益最大化，其优点和优势是十分明显的。目前国外和国内市 场上的智能电能表均具有分时复费率式、预付费式、集中远传式功能，这同时要求了智能电 能表的电池系统需具有较高的充电和控制水平。
[0003] 智能电能表中现有充电电池管理系统主要存在以下问题：
[0004] 1.以电池电压计算剩余电量，无法真实反映剩余电量，当电池容量减少时，无法及 时发出告警信息，提醒更换电池。
[0005] 2.缺乏电池维护功能，当电池长时间不工作时，无法对电池进行适当激活维护，造 成电池实际容量显著降低。
[0006] 3.频繁充电，缩短电池使用寿命。大多数电能表采用恒压法对电池充电，而不是当 电池电量低于阈值时才启动充电，造成电池频繁充电。
[0007] 4.通用性差，不同充电电池的特性存在差异，电能表的电池管理系统通常只适用 于某一类型电池，无法满足电池互换性要求。
[0008] 5.数据丢失，部分智能电能表在工作电源和电压互感器二次电压掉电后，电池电 压急剧下降，无法提供正常通信所需的电量，严重影响计量数据的正确性，引起寄存器内部 数据丢失，导致电量结算等经济问题。
【发明内容】
[0009] 为了解决上述问题，延长电池使用寿命，提高电能表备用电源系统的稳定安全性， 本实用新型提供了一种智能电能表电池充电装置，由η个充电电池 BT1、BT2至BTn，1个纽 扣电池 Β??，2η个二极管D1、D2至D2n，2个稳压二极管D0+和DO-，2η个开关S11、S12、S21、 S22 至 Snl、Sn2, n+1 个电容 C、Cl、C2 至 Cn，2n 个三极管 Ql、Q2、Q3、Q4 至 Q2n，1 个电阻 R， n+1个电压检测端UR、UB1、UB2至UBn组成。
[0010] 其中，纽扣电池 BTO正极接二极管D0+正极、BTO负极接二极管DO-负极，Ql、Dl、 Q2、D2和Q3、D3、Q4、D4和Q2n-1、D2n-1、Q2n、D2n组成了每一个双向开关，用于电池的充 电和向智能电能表供电；充电电池 BT1通过相应双向开关和S11接电源U+和U-，充电电池 BT2通过相应双向开关和S21接电源U+和U-，充电电池 BTn通过相应双向开关和Snl接电 源U+和U-;电容C、电阻R串联后，与电容C1、C2并联；C1连接开关S12、C2连接开关S22、 相应Cn连接开关Sn2。
[0011] 所述电压检测端UB1用于检测充电电池 BT1电压，所述电压检测端UB2用于检测 充电电池 BT2电压，所述电压检测端UBn用于检测充电电池 BTn电压。
[0012] 所述电压检测端UR用于检测电容C1至Cn和电容C、电阻R的并联电压。
[0013] 本实用新型采用安时积分法评估电池的容量，先对电池进行充电使电压达到上限 值，然后利用电阻R进行放电，检测和记录电压UB1、UB2、UR和放电时间t，直到电池电压降 至下限值。则电池的容量可由式（1)计算得到：
[0015] 相比于开路电压法检测电池容量，安时积分法的检测结果更加准确。
[0016] 目前电网停电时间越来越少，运行可靠性很高，电能表在使用过程中停电时间较 少，充电电池长时间不处于放电状态。由镍氢电池和锂电池的特性可知，若电池长时间不进 行充放电，则会影响其寿命。因此在每次充放电循环之后，记录闲置时间T，当T超过阈值 Td时，则需要对电池进行维护。Td可根据电池的特性设置，一般设为3个月。镍镉电池则 由于"记忆效应"，每隔一段时间需进行一次维护放电，恢复电池性能。考虑到电能表电池的 冗余功能，充电电池 BT1和BT2不能同时进行放电。必须完成一节电池的维护之后才允许 对另一节电池进行维护，保证电能表具有合适的备用电量。进行维护时，BT1或者BT2均利 用电阻R进行放电。由式（2)，放电电流"由开关S12或S22的占空比设置，可根据预设放 电曲线对电池进行放电。
[0018] 现有国内外生产的电能表一般只有一节充电电池，当外部供电正常时，为了保证 电能表有足够的备用电量，不允许对电池进行放电操作。因此本实用新型设计的电池充电 装置备有多节电池。是由η节充电电池组成的备用电池组，假设智能电能表所需的备用电 量为C，每节电池的容量为Cs，每次只对一节电池进行维护，（；必须满足关系式（3)，备用电 池总容量(：Σ满足式（4)。
[0021] 由式⑷可知，在备用电量C 一定的条件下，充电电池个数η越多，则备用电池的 冗余容量（C￡ -C)越少。但考虑每节电池及控制电路的成本，电池个数一般为2节或3节。 若使用2节电池，则CS>C ;若使用3节电池，则Cs>0. 5C。
[0022] 目前符合要求的镍氢、镍镉电池在容量、充电截止电压等方面存在差异。为了兼容 不同种类的电池，满足现场电池互换性要求，充电电流优选设为60mA，维护状态中的放电电 流优选设为120mA。充电截止电压优选设为6. 6V，充电状态为恒流限压。为减少"记忆效 应"对电池容量的影响，充电下限电压优选设为4. 4V。放电时先选择剩余电量较少的电池 放电，直至电压降至4. 2V，再选择剩余电量较大的电池放电。由于电能表绝大部分时间处于 外部供电状态，因此电能表电池的充电回路不追求快速充电，而是选择较小的充电电流。
[0023] 本实用新型的4种工作状态：正常状态、维护状态、掉电状态、保护状态。正常状 态是指智能电能表外部供电正常时，进入工作状态；维护状态是电池长时间不进行充放电 时，进入维护状态；掉电状态是指外部电源失效时，电池为智能电能表供电的状态；保护状 态是指智能电能表外部供电异常影响电池安全时，对智能电能表充电电池进行保护，并由 纽扣电池对智能电能表进行供电，ΒΤ0正负极接有稳压二极管，可以对纽扣电池进行保护， 防止电压对纽扣电池进行充电或扰动。
[0024] 本实用新型具有以下优点和有益效果：解决了目前智能电能表电池容量检测不准 确、浅充浅放、在线维护少、通用性差等问题，避免了智能电能表由于外部停电和电池电量 低而引起数据丢失，无法记录电量导致经济损失等情况，提高了智能电能表运行可靠性，降 低了人工维护成本。
【附图说明】
[0025] 图1是本实用新型的电路原理图；
[0026] 图2是本实用新型的工作原理图。
【具体实施方式】
[0027] 下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述：
[0028] 如图1所示，本实用新型提供了一种智能电能表电池充电装置，由η个充电电池 ΒΤ1、ΒΤ2至ΒΤη，1个纽扣电池 Β??，2η个二极管Dl、D2至D2n，2个稳压二极管D0+和D0-， 2n 个开关 Sll、S12、S21、S22 至 Snl、Sn2, n+1 个电容 C、Cl、C2 至 Cn，2n 个三极管 Ql、Q2、 Q3、Q4至Q2n，1个电阻R，n+1个电压检测端UR、UB1、UB2至