一种多功能电能表电池充电回路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电能计量技术，尤其是涉及一种多功能电能表电池充电回路。
【背景技术】
[0002] 电能表是电能计量装置重要的组成部分，电能表安装使用在千家万户，用于电费 的结算和收取。近年来电能消费急剧增长，电力部门需要具有更多功能的电能表来更公平 合理的收取电能费用，以及更好的规划电能生产。电池是电能表中的重要部件，关系电能表 在外部停电条件下的可靠工作。现场使用的电池种类较多，充电管理系统必须能对镍氢、镍 镉等电池进行充放电管理。
[0003] 根据电能表相关技术规范的要求，电能表完全掉电后充电电池至少维持内部时间 和寄存器数据不小于90天，特殊要求的电能表维持时间和寄存器数据为一年。然而在实际 运行中，部分电能表电池在掉电之后电压急剧下降，无法提供所需的电量，严重影响计量数 据的准确性。电能表设备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。
【发明内容】
[0008] 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电能表电池充电回路，由充电电池 BT1、BT2,纽扣电池 BT3,二极管 Dl、D2,开关Sll、S12、S21和S22,电容Cl、C2,电阻R，电压检测端UB1、UB2、UR组成。
[0009] 其中，纽扣电池 BT3正极接二极管D1正极、BT3负极接二极管D2负极，充电电池 BT1通过开关S11接电源U+和U-，充电电池 BT2通过开关S21接电源U+和U-，电容C1、C2 和电阻R并联，Cl和R中间通过开关S12连接，C2和R中间通过开关S22连接。
[0010] 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：
[0012] 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。
[0013]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。
[0015] 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。
[0016] 本实用新型具有以下优点和有益效果：解决了目前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，避免了电能表由于外部停电和电池电量低而引起寄存器 数据丢失，无法记录电量导致经济损失。提高了电能表数据的可靠性，降低了人工维护成 本。本实用新型提出的4种工作状态可定期对电池进行在线维护，激活电池休眠电量，延长 了电池的寿命，有效解决电池浅充浅放的问题，减少记忆效应的影响。
【附图说明】
[0017] 图1是本实用新型的电路原理图。
【具体实施方式】
[0018] 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：
[0019] 如图1所示，本实用新型提供了一种多功能电能表电池充电回路，由充电电池 811、8了2，纽扣电池^'3，二极管01、02，开关311、312、321和322，电容(：1、02，电阻1?，电压 检测端UB1、UB2、UR组成。
[0020] 其中，纽扣电池 BT3正极接二极管D1正极、BT3负极接二极管D2负极，充电电池 BT1通过开关S11接电源U+和U-，充电电池 BT2通过开关S21接电源U+和U-，电容C1、C2 和电阻R并联，Cl和R中间通过开关S12连接，C2和R中间通过开关S22连接。
[0021] 所述电压检测端UB1用于检测充电电池 BT1电压。
[0022] 所述电压检测端UB2用于检测充电电池 BT2电压。
[0023] 所述电压检测端UR用于检测电阻R电压。
[0024] 所述纽扣电池 BT3优选电压为6V。
[0025] 所述充电电池 BT1、BT2优选电压为6V，额定容量均大于500mAh。
[0026] 本实用新型具有4种工作状态：正常状态、维护状态、掉电状态、保护状态。
[0027] 一、正常状态
[0028] 当电能表外部供电正常时，管理系统运行于正常状态，实现对电池的充电功能。当 开关S11、S21闭合，S12、S22断开时，系统处于正常状态。此时电池 BTUBT2接于电源U+ 和U-两端。电源U+和U-可以对电池充电，充电电流由开关S11、S21的占空比设置。当两 节电池的容量或者剩余电量不同时，可通过开关Sll、S21设置不同的充电电流，优化每节 电池的充电效率，缩短整体充电时间。
[0029] 二、维护状态
[0030] 维护状态为电池提供了放电回路。当开关S11、S21、S22断开，S12闭合，或者开关 Sll、S12、S21断开，S22闭合时，系统处于维护状态，电池 BT1或BT2单独向负载电阻R放 电。维护状态的主要功能，一是用于测试电池容量，二是用于电池的激活维护。电池长时间 使用之后容量会降低，因此需要定期测试电池容量。
[0031] 三、掉电状态
[0032] 当电能表外部供电异常时，电源U+和U-的电压低于设置值，优选4. 2V，电能表处 于掉电状态。此时开关S12、S22断开，Sll、S21闭合，电池 BT1和BT2并联向电能表供电。 若BT1和BT2并联时内阻差别较大或者电压差别较大时，可能会影响输出效果。可通过调 节S11和S21的占空比分别设置BT1和BT2的放电电流，均衡两电池的放电电流，提高掉电 状态下的放电效率。
[0033] 四、保护状态
[0034] 当开关311、312、321、322断开时，系统处于保护状态，此时电池^'1和^'2与电能 表电源完全脱离。检测电源U+和U-的电压，并检测电压检测端UB1、UB2、UR的电压变化。 当电能表由于外部电源受到扰动（如浪涌冲击、过电压）而导致电源U+和U-过高时，为了 保护BT1和BT2免受过压损坏，电池系统进入保护状态。待外部电源恢复正常后退出保护 状态。
[0035] 若此时电能表出现完全掉电状态，电源U+和U-处于完全掉电状态，纽扣电池 BT3 通过电源U+和U-向电能表供电，保证电能表时钟和寄存器数据不丢失。纽扣电池 BT3正 负极处安装有二极管D1、D2,可在保证BT3不受到外部电源浪涌冲击、过电压冲击或电磁扰 动。
【主权项】
1. 一种多功能电能表电池充电回路，其特征在于，由充电电池BT1、BT2,纽扣电池BT3， 二极管Dl、D2,开关Sll、S12、S21和S22,电容CUC2,电阻R，电压检测端UB1、UB2、UR组 成； 其中，纽扣电池BT3正极接二极管Dl正极、BT3负极接二极管D2负极，充电电池BTl通 过开关Sll接电源U+和U-，充电电池BT2通过开关S21接电源U+和U-，电容CUC2和电 阻R并联，Cl和R中间通过开关S12连接，C2和R中间通过开关S22连接。2. 根据权利要求1所述的一种多功能电能表电池充电回路，其特征在于，所述纽扣电 池BT3优选电压为6V。
【专利摘要】一种多功能电能表电池充电回路，其特征在于，由充电电池BT1、BT2，纽扣电池BT3，二极管D1、D2，开关S11、S12、S21和S22，电容C1、C2，电阻R，电压检测端UB1、UB2、UR组成；本实用新型具有以下优点和有益效果：解决了目前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，避免了电能表由于外部停电和电池电量低而引起寄存器数据丢失，无法记录电量导致经济损失。提高了电能表数据的可靠性，降低了人工维护成本。本实用新型提出的4种工作状态可定期对电池进行在线维护，激活电池休眠电量，延长了电池的寿命，有效解决电池浅充浅放的问题，减少记忆效应的影响。
【IPC分类】H02J7/00
【公开号】CN204947671
【申请号】CN201520704206
【发明人】沈鑫, 闫永梅, 马红升, 虞丽华, 李月梅
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年9月11日