專利名稱：可不間斷供電的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能在交流輸入電源在一短時(shí)間內(nèi)失效時(shí)提供穩(wěn)定的輸出功率的電源裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種當(dāng)用蓄電池作為其一部分時(shí)具有分析該蓄電池容量的功能的電源裝置。
有各種文獻(xiàn)披露過(guò)不間斷電源，如東芝周報(bào)Vol.42，No.11(1987.11)PP。877-880所公開的電源。因此可以了解到這些裝置的工作功能和梗概。下面綜述這些已知的技術(shù)。
可不間斷供電的電源裝置結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)為一個(gè)蓄電池和一個(gè)轉(zhuǎn)換器的組合，即使交流輸入電源在一短時(shí)間內(nèi)失效時(shí)亦可在一預(yù)定期間內(nèi)(如10或30分鐘)向一個(gè)負(fù)載提供穩(wěn)定的交流電功率，其預(yù)定期間由蓄電池的容量來(lái)決定。
如果交流輸入電源失效一段長(zhǎng)的時(shí)間，或者負(fù)載是用于公共事務(wù)的計(jì)算機(jī)，則可以提供一獨(dú)立的發(fā)電設(shè)備作為備用設(shè)備，以便在此獨(dú)立發(fā)電設(shè)備和交流輸入電源之間進(jìn)行切換，使該獨(dú)立發(fā)電設(shè)備通過(guò)轉(zhuǎn)換器向負(fù)載供應(yīng)交流電功率。在這一電功率切換期間，必須靠蓄電池來(lái)保證對(duì)負(fù)載的電源供應(yīng)。
如上所述，該不間斷電源裝置能夠在一預(yù)定的斷電時(shí)間內(nèi)向負(fù)載連續(xù)提供穩(wěn)定的交流電功率。因此，它們愈來(lái)愈多地用于需要可靠性的負(fù)載(如大型計(jì)算機(jī))的電源裝置。
不過(guò)，在不間斷電源裝置中，交流輸入電源停止供電的備用時(shí)間是由蓄電池的容量決定的。該蓄電池的容量最初是根據(jù)系統(tǒng)容量(該不間斷電源裝置的負(fù)載容量)來(lái)選擇的。但是，蓄電池的特性有隨時(shí)間變壞的傾向，其放電容量則根據(jù)工作溫度等類似條件而改變。
因此，在常規(guī)的不間斷電源裝置中，該蓄電池是否能復(fù)蓋住一個(gè)系統(tǒng)所需要的斷電備用時(shí)間，乃是通過(guò)使該蓄電池在交流輸入電源真實(shí)失效時(shí)進(jìn)行放電而確定的。由于這一原因，該蓄電池容量的下降趨勢(shì)只有在實(shí)際發(fā)現(xiàn)斷電備用時(shí)間不夠用時(shí)才被查覺。此外，如果發(fā)生了這樣的問(wèn)題，這就會(huì)給該負(fù)載(計(jì)算機(jī)系統(tǒng))的許多用戶以及未加規(guī)定的用戶帶來(lái)許多麻煩(例如，中斷了銀行的聯(lián)機(jī)系統(tǒng)或中斷了航空線的計(jì)數(shù)器運(yùn)行)。也就是說(shuō)，用這種常規(guī)電源裝置作為需要高可靠性的電源裝置的缺點(diǎn)是，用戶總是受到無(wú)休止的焦慮所困擾。
本發(fā)明考慮了常規(guī)電源裝置的缺點(diǎn)，其目的是提供一種能在交流輸入電源正常工作時(shí)分析蓄電池容量的電源裝置。
為了分析該蓄電池的容量，本發(fā)明包括監(jiān)視來(lái)自蓄電池的放電電流和放電操作期間的電壓變化。在該交流輸入電源正常工作時(shí)，轉(zhuǎn)換器的整流器在一預(yù)定的時(shí)間間隔停止起作用，並只由蓄電池或由整流器與蓄電池兩者來(lái)向負(fù)載供電，從而使蓄電池放電。監(jiān)測(cè)蓄電池的放電電流和放電操作期間的電壓變化，並根據(jù)放電量和電壓的變化之間的關(guān)系來(lái)分析蓄電池的容量。
例如，如果在交流輸入電源正常工作時(shí)用上述方法周期地分析該蓄電池的容量，就能在該交流輸入電源實(shí)際斷電之前檢測(cè)出由于工作溫度或經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后的特性下降而造成的蓄電池的容量變化。
蓄電池的容量一般由“放電電流×放電時(shí)間(Ah)”來(lái)定義。因此，如果使該蓄電池放電一預(yù)定的時(shí)間間隔，監(jiān)測(cè)這一段時(shí)間內(nèi)蓄電池的放電量(Ah)和電壓，就能夠根據(jù)由該種蓄電池決定的剩余容量和電池電壓之間的已知關(guān)系檢測(cè)出蓄電池的剩余容量與起始設(shè)計(jì)值的比例值。這就是說(shuō)，能夠通過(guò)放電量和剩余容量之間的關(guān)系來(lái)分析該蓄電池的容量。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)下面的說(shuō)明得到清楚的描述，並可通過(guò)本發(fā)明的實(shí)例來(lái)了解。本發(fā)明這些目的和優(yōu)點(diǎn)可以借助于具有下述特征的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。這是一種由至少一個(gè)外接電源和一個(gè)蓄電池供能并向負(fù)載供電的電源裝置，其特征在于包括檢測(cè)由蓄電池產(chǎn)生的蓄電池電壓的裝置;
檢測(cè)在該電源裝置由蓄電池供能時(shí)蓄電池放電量的裝置;
在外接電源未斷電時(shí)按電池的電壓變化檢測(cè)蓄電池剩余容量的裝置;
所述電池電壓變化是電池起始電壓和該電池以預(yù)定電流放電一預(yù)定時(shí)間時(shí)得到的現(xiàn)行電池電壓之間的差。
所述剩余容量檢測(cè)裝置包括檢測(cè)所述預(yù)定電流的裝置;
檢測(cè)所述電池電壓變化的裝置;
按所述電池的現(xiàn)行容量和電池電壓變化之間的預(yù)定關(guān)系，根據(jù)所述預(yù)定電流和電池電壓變化計(jì)算所述電池的現(xiàn)行容量的裝置。
所述剩余容量檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括按電池實(shí)際可放電時(shí)間和計(jì)算得的現(xiàn)行容量對(duì)所述負(fù)載電流的比值之間的預(yù)定關(guān)系、分析所述剩余容量的裝置。
本發(fā)明的電源裝置還包括
將所述蓄電池充電的裝置。
按預(yù)定條件控制所述電池充電的裝置，所述預(yù)定條件選自多個(gè)充電條件，以便當(dāng)電池電壓超過(guò)一預(yù)定參考值時(shí)選擇一個(gè)所述充電條件，而當(dāng)電池電壓低于該預(yù)定參考值時(shí)選擇另一個(gè)充電條件。
具有第一整流器裝置和第一變換器裝置的第一交流-交流轉(zhuǎn)換器，第一整流器裝置用于把從所述外電源來(lái)的交流輸入電功率轉(zhuǎn)換為第一直流電功率，第一變換器裝置用于把第一直流電功率轉(zhuǎn)換為供給所述負(fù)載的交流輸出電功率;
具有第二整流器裝置和第二變換器裝置的第二交流-交流轉(zhuǎn)換器，第二整流器裝置用于把所述交流輸入電功率轉(zhuǎn)換為第二直流電功率，第二變換器裝置用于把第二直流電功率轉(zhuǎn)換為所述交流輸出電功率;
把來(lái)自所述蓄電池的直流電功率饋給所述第一和第二變換裝置的裝置。
用從所述外電源得到的能量來(lái)對(duì)所述蓄電池充電的裝置。
控制所述充電裝置的裝置，以使在電池電壓超過(guò)一預(yù)定參考值時(shí)選擇第一充電條件，在電池電壓低于此預(yù)定參考值時(shí)選擇第二充電條件。
第一電功率轉(zhuǎn)換器，它具有把來(lái)自所述外電源的交流輸入電功率變成第一直流電功率的第一整流裝置和把第一直流電功率變成供給所述負(fù)載的輸出電功率的第一裝置;
第二電功率轉(zhuǎn)換器，它具有把所述交流輸入電功率轉(zhuǎn)換為第二直流電功率的第二整流器裝置，和把所述第二直流電功率轉(zhuǎn)換為所述輸出電功率的第二裝置;以及將來(lái)自所述蓄電池的直流電功率饋給所述第一和第二裝置的裝置。
構(gòu)成本發(fā)明一部分的


了本發(fā)明目前較佳的實(shí)施例，它們連同對(duì)這些較佳實(shí)施例的詳細(xì)描述與上面給出的一般描述對(duì)本發(fā)明的原則作了解釋。
圖1為表明本發(fā)明一實(shí)施例的電源裝置的框圖;
圖2A和2B為解釋圖1所示電源裝置工作情況的曲線圖;
圖3至圖5為解釋分析本發(fā)明該電源裝置中的蓄電池放電容量的方法的曲線圖;
圖6為解釋分析本發(fā)明該電源裝置中的蓄電池放電容量的方法的流程圖;
圖7為說(shuō)明本發(fā)明第二實(shí)施例的電源裝置的框圖;
圖8為說(shuō)明本發(fā)明第三實(shí)施例的電源裝置的框圖;
圖9為說(shuō)明本發(fā)明第四實(shí)施例的電源裝置的框圖;
圖10為說(shuō)明本發(fā)明第五實(shí)施例的電源裝置的框圖;
圖11A和11B為解釋圖10所示電源裝置工作的曲線圖;
圖12為說(shuō)明圖10所示電源裝置中整流器控制器的框圖;
圖13為解釋圖10實(shí)施例工作的流程圖;
圖14為說(shuō)明本發(fā)明第六實(shí)施例的電源裝置的框圖。
圖1示出了本發(fā)明的一實(shí)施例。
參考圖1，參考號(hào)10表示交流輸入電源;11為轉(zhuǎn)換器;12為整流器;13為直流濾波電容器;14為變換器;15為變換變壓器;16為交流濾波電容;17為負(fù)載;18為蓄電池;19為電流檢測(cè)器;20為電壓檢測(cè)器;21為剩余容量檢測(cè)器。
在圖1所示的實(shí)施例中，當(dāng)交流輸入電源10處于正常狀態(tài)時(shí)，交流電在轉(zhuǎn)換器11中由整流器12轉(zhuǎn)換成直流電，該直流電由直流濾波電容13濾波並供給變換器14，同時(shí)向蓄電池18提供充電電流。變換器14把濾波后的直流電轉(zhuǎn)換成交流電並通過(guò)變換變壓器15將該交流電供給負(fù)載17。這時(shí)，由變換器14利用已知的PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制把供給負(fù)載的交流電的電壓和頻率控制在預(yù)定的值，從而提供穩(wěn)定的交流電功率。提供交流濾波電容16作為這時(shí)交流電的平滑濾波器。
當(dāng)交流輸入電源10斷電一個(gè)短的時(shí)間間隔時(shí)，由蓄電池供給直流電，并能夠用與上面所述的同樣的方法通過(guò)變換器14把穩(wěn)定的交流電功率供給負(fù)載17。由蓄電池18和轉(zhuǎn)換器11組合構(gòu)成的可不間斷的電源裝置能按上面所述的操作方法，在交流輸入電源10斷電的短的時(shí)間間隔內(nèi)向負(fù)載17提供一預(yù)定時(shí)間間隔(如10或30分)的交流電，該預(yù)定時(shí)間間隔值由蓄電池18的容量來(lái)決定。
參見圖1，由交流輸入電源10通過(guò)轉(zhuǎn)換器11供給負(fù)載17交流電時(shí)，整流器12停止工作一預(yù)定的時(shí)間間隔，而蓄電池18的放電通過(guò)變換器14供給到負(fù)載17，以便核實(shí)蓄電池18的容量。
圖2A和2B示出了來(lái)自蓄電池18的放電電流和電壓。圖2A表示蓄電池18的電壓E20。圖2B示出放電電流I19。整流器12在時(shí)間t1停止工作，在時(shí)間t4再啟動(dòng)。蓄電池18的電壓E20由于內(nèi)部阻抗而從時(shí)間t1到時(shí)間t3突然降低，但又逐漸恢復(fù)到最初的電平。隨著蓄電池18放電，其電壓E20大體上如圖2A所示那樣地變化。
蓄電池的放電電流I19(如圖2B所示)由電流檢測(cè)器19檢測(cè)並被輸入到剩余容量檢測(cè)器21。此外，由電壓檢測(cè)器20來(lái)檢測(cè)電壓E20並把它輸入到蓄電池18從時(shí)間t1到t4的放電量，單位為安培小時(shí)(Ah)。將蓄電池18的初始設(shè)計(jì)電壓與電壓檢測(cè)器20在放電期間的t4時(shí)刻檢測(cè)到的電壓進(jìn)行比較，能容易地核實(shí)該蓄電池18的容量。
在上述預(yù)定的安培小時(shí)放電之后，蓄電池18的剩余容量能根據(jù)蓄電池電壓E20的變化按蓄電池的類型來(lái)計(jì)算。更具體地說(shuō)，如果用剩余容量檢測(cè)器21計(jì)算放電量和電壓變化之間的關(guān)系，就能檢測(cè)出蓄電池18精確的剩余容量，並能檢測(cè)出由于電池質(zhì)量的時(shí)效降低或設(shè)備環(huán)境所造成的蓄電池18容量的下降。
上述剩余容量的檢測(cè)能夠用微機(jī)或類似的設(shè)備方便地進(jìn)行。蓄電池18的容量可以按下列方法更簡(jiǎn)單地檢測(cè)出來(lái)。蓄電池18的容量相對(duì)于初始設(shè)計(jì)值的減少只通過(guò)將初始設(shè)計(jì)值(蓄電池18是新的)與t4時(shí)刻的檢測(cè)電壓(蓄電池18不是新的)相比較就能被確定，這時(shí)，圖2中時(shí)刻t1和t4之間的時(shí)間間隔是固定的(如10分鐘)，並在這一時(shí)間間隔內(nèi)完成放電。
蓄電池18是不間斷電源裝置的一個(gè)重要的構(gòu)成元件。如果蓄電池18的容量不等于該初始設(shè)計(jì)值，在交流輸入電源10斷電時(shí)就不能向負(fù)載提供穩(wěn)定的電功率。然而，用圖1所示的裝置能夠在交流輸入電源10正常工作時(shí)分析蓄電池18的容量。所以便能夠按照及時(shí)的周期性檢測(cè)，提前修理或更新蓄電池18，從而能提供高可靠的不間斷電源裝置。
圖3至圖5為說(shuō)明圖1的電源裝置中分析蓄電池放電容量的方法的曲線圖。
當(dāng)蓄電池18是新的時(shí)，電動(dòng)勢(shì)20的變化為放電時(shí)間的函數(shù)，其中放電電流Id被用作一參數(shù)，其變化曲線由圖3中的曲線A給出(電源的電動(dòng)勢(shì)E20從開始到接近電壓低限V2的持續(xù)時(shí)間由Ta+Tb+Tc給出)。當(dāng)蓄電池18的容量由于老化或其他原因下降時(shí)，這時(shí)實(shí)際的電動(dòng)勢(shì)變化曲線由圖3中的曲線B給出(電源持續(xù)時(shí)間為Ta+Tb)。
當(dāng)蓄電池18是新的時(shí)，圖3中時(shí)刻t4的剩余容量在電源持續(xù)時(shí)間方面相應(yīng)于Tb+Tc。然而，這時(shí)蓄電池18性能降低，時(shí)刻t4的剩余容量相應(yīng)于Tb。
這種剩余容量的下降能夠根據(jù)時(shí)刻t4檢測(cè)到的電壓減量△E來(lái)確定，而不必使蓄電池18從起始電壓V1放電降低到電壓低限V2。時(shí)刻t4是指開始放電(t1)后經(jīng)過(guò)預(yù)定的短時(shí)間間隔Ta(如10分鐘)的時(shí)刻。
圖6為說(shuō)明上述測(cè)定法(即用剩余容量檢測(cè)器21分析蓄電池18放電容量的方法)的流程圖。
圖3中，蓄電池18以預(yù)定的放電電流(Id)在時(shí)刻t1開始放電。檢查這時(shí)放電電流(Id)是否保持在預(yù)定值(ST61)。
以預(yù)定的放電電流開始放電后經(jīng)過(guò)一預(yù)定的時(shí)間間隔(Ta)時(shí)，則可由此時(shí)的電動(dòng)勢(shì)E20和放電初始值V1計(jì)算蓄電池電壓減量△E(＝V1-E20)(ST62)。一旦得到電壓減量△E時(shí)便停止放電(ST63)。
對(duì)每個(gè)蓄電池18，可以提前用實(shí)驗(yàn)獲得以電壓減量△E處的放電電流(Id)作為參數(shù)所確定的電壓減量△E與現(xiàn)行剩余容量AH之間的關(guān)系(由函數(shù)f(△E，Id)給出的AH所獲得的各種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中)?！鱁和AH之間的關(guān)系可由圖4中的曲線表示。
如果把圖6中步驟ST61中檢查出的放電電流Id(＝Id)和步驟ST62中檢查出的電壓減量△E(＝△E)代入圖4中的曲線，就能測(cè)定出目前檢查的現(xiàn)行剩余容量AH(＝AH)(ST64。)如果將現(xiàn)行剩余容量AH除以與下式(1)中表示的實(shí)際負(fù)載容量相應(yīng)的放電電流IL，就可獲得容量測(cè)定時(shí)間(容量系數(shù))KK＝AH/IL ……(1)K即為0.5小時(shí)(30分鐘)。
如果對(duì)各種蓄電池18提前得到圖5所示的容量測(cè)定時(shí)間K和放電時(shí)間T之間的關(guān)系，就能夠根據(jù)式(1)獲得的K值求得被檢查的蓄電池18的實(shí)際能放電時(shí)間(斷電用時(shí)間)Tx。蓄電池18的容量量能根據(jù)Tx進(jìn)行分析(ST65)。
圖7示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。圖中參考號(hào)22表示蓄電池18的電池充電器;23A和23B為二極管。由于圖7中其它的電路構(gòu)成元件與圖1中的一樣，這部分?jǐn)⑹鼍褪÷粤?。圖7中，兩個(gè)轉(zhuǎn)換器11A和11B與交流輸入電源10相連，它們的輸出端並聯(lián)接到負(fù)載17，以便向其提供穩(wěn)定的電功率。蓄電池18為兩個(gè)轉(zhuǎn)換器11A和11B公用。為蓄電池18設(shè)有專用的電池充電器22。額外提供有二極管23A和23B以防止轉(zhuǎn)換器11A和11B的整流器12A和12B之間發(fā)生干擾。
在具有如圖7所示那樣裝置的不間斷電源裝置中，當(dāng)要分析蓄電池18的容量時(shí)，可以同時(shí)停止兩個(gè)整流器12A和12B，或只停止其中的一個(gè)整流器的工作。
根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)交流輸入電源10處于正常狀態(tài)時(shí)，通過(guò)由蓄電池18向負(fù)載提供部分的待提供的電功率來(lái)分析該蓄電池的容量。不過(guò)，應(yīng)注意到兩個(gè)整流器12A和12B只有一個(gè)被停止工作，或兩個(gè)同時(shí)停止工作。
在圖1和圖7所示的實(shí)施例中，停止整流器12的工作，使蓄電池18放電。但是，即使蓄電池18和整流器12并行地運(yùn)行並且至少由蓄電池18向負(fù)載17提供待供給的一部分電功率，以便用剩余容量檢測(cè)器21檢測(cè)蓄電池18的剩余容量，也能獲得與如上所述一樣的效果。
圖8示出本發(fā)明又一實(shí)施例。與圖1相同的參考號(hào)表示同樣的電路組成元件，其敘述部分將被省略。
參照?qǐng)D8，參考號(hào)210表示斷電備用時(shí)間分析儀，用于根據(jù)電流檢測(cè)器19和電壓檢測(cè)器20的輸出分析蓄電池18的容量。此外，分析儀210根據(jù)輸出信號(hào)I24檢測(cè)斷電備用時(shí)間Tx，此信號(hào)來(lái)自電流檢測(cè)器24，用于檢測(cè)最初設(shè)計(jì)的負(fù)載容量或負(fù)載17的實(shí)際容量。在通過(guò)轉(zhuǎn)換器11從交流輸入電源10向負(fù)載17提供交流電功率時(shí)，將整流器12停止工作一預(yù)定的時(shí)間間隔，蓄電池18通過(guò)變換器14向負(fù)載17放電以便檢查蓄電池18的容量。圖2A和2B分別表示此時(shí)蓄電池的放電電流和放電電壓。
來(lái)自蓄電池18的放電電流I19(圖2B)由電流檢測(cè)器19檢測(cè)出來(lái)並輸入到斷電備用時(shí)間分析儀210。電壓檢測(cè)器20檢測(cè)出來(lái)自蓄電池18的電壓E20，也將其輸入到斷電備用時(shí)間分析儀210。該分析儀210檢測(cè)蓄電池18從時(shí)刻t1到時(shí)刻t4的放電量，以安培小時(shí)為單位。將蓄電池18的初始設(shè)計(jì)電壓與由電壓檢測(cè)器20在時(shí)刻t4在此安時(shí)放電期間檢測(cè)到的電壓相比較，能容易地確定蓄電池18的容量。
當(dāng)分析蓄電池18的容量時(shí)，能按負(fù)載17的容量計(jì)算蓄電池18的斷電備用時(shí)間Tx，負(fù)載17的容量在分析時(shí)根據(jù)初始設(shè)計(jì)的負(fù)載容量或來(lái)自電流檢測(cè)器19(或24)的輸出I19(或I24)確定。時(shí)間Tx可以用參考圖3至6所描述的相同方法來(lái)計(jì)算。一般來(lái)說(shuō)，不間斷電源裝置的負(fù)載量對(duì)于負(fù)載17的用戶來(lái)說(shuō)往往是未知的，例如大型計(jì)算機(jī)或其外圍設(shè)備。不過(guò)，在本發(fā)明中，如果分析出一個(gè)實(shí)際工作著的裝置的斷電備用時(shí)間，則用戶就能容易地理解是否能夠確保所需的不間斷電源功能。
圖9示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例。參見圖9，參考號(hào)22表示蓄電池18的電池充電器，23A和23B為二極管。圖9中的其它的電路元件與圖8所示的一致，因而省略了對(duì)它們的描述。
在具有圖9所示構(gòu)造的不間斷電源裝置中，在分析蓄電池18的容量時(shí)，可以同時(shí)停用兩個(gè)整流器，也可以只停用一個(gè)。根據(jù)本發(fā)明，交流輸入電源10為正常狀態(tài)時(shí)，部分待向負(fù)載17提供的電功率由蓄電池18供應(yīng)，以便分析蓄電池18的容量。應(yīng)注意到，向負(fù)載17提供的電功率可根據(jù)電流檢測(cè)器24A和24B的輸出I24A和I24B來(lái)檢測(cè)。
圖10為本發(fā)明的又一實(shí)施例。圖10中相同參考號(hào)表示與圖1相同的電路組成元件。其描述部分省略。
蓄電池18對(duì)負(fù)載17的備用容量由圖10所示的裝置來(lái)分析。整流器12由整流器控制器25根據(jù)上面的分析結(jié)果來(lái)控制，以便按蓄電池18的容量自動(dòng)進(jìn)行均衡充電，從而防止蓄電池18的備用容量降低。當(dāng)圖10所示的控制器25具有控制整流器12使蓄電池18均衡充電一預(yù)定的時(shí)間周期并把充電模式恢復(fù)為浮動(dòng)充電(floating charge)模式的功能時(shí)，可以進(jìn)行下面的操作。
在此不間斷電源裝置中，在通過(guò)轉(zhuǎn)換器11從交流輸入電源10向負(fù)載17提供交流電功率時(shí)，為檢查蓄電池18的容量，用控制器25控制整流器12在一預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)完成均衡充電模式，并將充電模式恢復(fù)為浮動(dòng)充電模式。這時(shí)，蓄電池18的電荷經(jīng)變換器14提供給負(fù)載17。圖11A和11B分別為此時(shí)蓄電池18的放電電流I19和電壓E20。
控制器25在時(shí)刻t0開始均衡充電模式，在時(shí)刻t1切換為浮動(dòng)充電模式。蓄電池18的電壓20從時(shí)刻t1到時(shí)刻t2由于內(nèi)阻抗而陡然降低。此后(時(shí)刻t2之后)，電壓E20逐漸恢復(fù)到最初電平。隨著蓄電池18放電，蓄電池18的電壓E20如圖11A所示那樣整體下降，最終回到浮動(dòng)電壓的電平。
蓄電池18的放電電流I19(如圖11B所示)由電流檢測(cè)器19檢測(cè)并輸入到剩余容量檢測(cè)器21。此外，電壓E20由電壓檢測(cè)器20檢測(cè)，并輸入到剩余容量檢測(cè)器21。
剩余容量器21檢測(cè)蓄電池18從時(shí)刻t1到所需時(shí)刻t3的放電量，單位為安培小時(shí)。通過(guò)比較蓄電池18的初始設(shè)計(jì)電壓和這種以安時(shí)為單位的放電期間時(shí)刻t3時(shí)由電壓檢測(cè)器20檢測(cè)到的電壓，可測(cè)定該蓄電池18的容量。
圖12為圖10所示實(shí)施例中整流器控制器的裝置框圖。圖13為說(shuō)明圖10所示實(shí)施例工作情況的流程圖。
圖10中的檢測(cè)器21包括一具有比較電壓EEref的比較器，該比較電壓與圖11A中的均衡電壓相應(yīng)。檢測(cè)器21的該比較器將蓄電池18的電壓E20和比較電壓EEref相比較，在E20＞EEref時(shí)產(chǎn)生邏輯“1”的比較輸出E21(均衡充電模式，圖13中步驟ST131中的“是”)。
比較輸出E21被輸入到圖12中的電子開關(guān)251處。當(dāng)輸出E21為邏輯“1”時(shí)開關(guān)251選擇出參考電壓EE用來(lái)均衡充電過(guò)程(步驟ST132)。將所選的參考電壓E251(＝EE)施加于比較器252。
比較器252將參考輸入電壓E251與整流器12的輸出電壓E12作比較，用誤差放大器253把比較得到的誤差E252放大，并將其輸入至選通脈沖發(fā)生器254。發(fā)生器254按誤差輸入信號(hào)E253開/關(guān)控制整流器12中的可控硅，使整流器12的輸出電壓E12與均衡充電的參考電壓EE相適應(yīng)。用這種方法進(jìn)行一預(yù)定時(shí)間內(nèi)的均衡充電(圖11A中的t0至t3)(步驟133中的“否”)。
經(jīng)過(guò)該預(yù)定時(shí)間后(步驟ST133中的“是”)，當(dāng)E20＜EEref時(shí)，檢測(cè)器21的比較器產(chǎn)生邏輯“0”的比較輸出E21(浮動(dòng)充電模式)。由于輸出E21為邏輯“0”，電子開關(guān)251選擇浮動(dòng)充電的參考電壓EF(步驟ST134)。將選定的參考電壓E251(＝EF)輸入至比較器252。
比較器252將參考輸入電壓E251與和整流器12的輸出電壓E12相應(yīng)電壓進(jìn)行比較。選通脈沖發(fā)生器254按誤差輸入信號(hào)253開/關(guān)整流器12中的可控硅，使整流器12的輸出電壓E21與浮動(dòng)充電的參考電壓EF相應(yīng)。用此操作，在圖11A中的時(shí)刻t3之間進(jìn)行浮動(dòng)充電。
圖14是本發(fā)明的又一實(shí)施例。參見圖14，參考號(hào)22表示蓄電池18的電池充電器;26為電池充電器22的充電器操作控制器。圖14中其它電路組成元件與圖7中的相同，因而省略了對(duì)它們的描述。
在具有圖14所示結(jié)構(gòu)的不間斷電源裝置中，在要分析蓄電池18的容量時(shí)，兩個(gè)整流器12A和12B可以同時(shí)停用，也可只停用其中之一個(gè)。按照本發(fā)明，在輸入交流電源10處于正常狀態(tài)時(shí)，通過(guò)使蓄電池18向負(fù)載17提供部分待供應(yīng)的電功率來(lái)分析蓄電池18的容量。當(dāng)檢測(cè)器21檢測(cè)出蓄電池18的電壓E20大于圖11A中的浮動(dòng)電壓(EEref)時(shí)，控制器26響應(yīng)檢測(cè)器21的輸出E21，把電池充電器22設(shè)置在均衡充電模式。如果電壓E20等于浮動(dòng)電壓，則控制器26就按浮動(dòng)充電模式設(shè)置電池充電器22。
由于把利用蓄電池完成備用操作的電源裝置用作不間斷電源裝置來(lái)向一個(gè)重要的負(fù)載供電，所以需要高的可靠性。根據(jù)本發(fā)明，顯然可以獲得下列效果(1)可提前分析蓄電池的容量。根據(jù)該分析結(jié)果及時(shí)地周期性進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)需要時(shí)便可修理該蓄電池。因而就大大地增加電源裝置的可靠性。
(2)可周期性進(jìn)行蓄電池的容量分析，以檢測(cè)電池的性能下降趨勢(shì)。此外，由于提前分析了蓄電池的容量，用戶不必采取多余的預(yù)防措施。
(3)由于根據(jù)蓄電池的分析結(jié)果分析負(fù)載的斷電備用時(shí)間，用戶能方便地確定是否保證了所需的斷電備用時(shí)間，從而進(jìn)一步增加了該電源裝置的可靠性。
(4)由于蓄電池的容量是根據(jù)暫時(shí)進(jìn)行均衡充電后，恢復(fù)到浮動(dòng)充電模式時(shí)檢測(cè)到的特性來(lái)分析的，所以蓄電池不會(huì)因放電而受損失。
(5)由于蓄電池的備用容量是相對(duì)于負(fù)載來(lái)分析的，并且進(jìn)行均衡充電，所以能將備用容量保持在一個(gè)恒定值。因而能在斷電期間，在一預(yù)定時(shí)間間隔內(nèi)向負(fù)載可靠供電。
(6)由于按蓄電池的容量分析結(jié)果進(jìn)行均衡充電，所以能防止過(guò)量充電或充電不足。也就是說(shuō)，能有效地進(jìn)行充電。
請(qǐng)注意，與本發(fā)明相關(guān)的技術(shù)在下列美國(guó)專利文件中有所披露(1)美國(guó)專利第4，340，823號(hào)1982，07，20(Miyazawa)“不間斷電源”(2)美國(guó)專利第4，641，042號(hào)1987，02，03(Miyazawa)“電源裝置及其控制方法”本發(fā)明說(shuō)明書中加入了上述美國(guó)專利文件所公開的內(nèi)容。
本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能容易發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和改型。因而，本發(fā)明在廣度方面不只局限于上面已作過(guò)圖示和已描述過(guò)的具體細(xì)節(jié)及有代表性的裝置。因此，各種不同的改型均不會(huì)偏離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的領(lǐng)域和精神。
權(quán)利要求
1.一種由至少一個(gè)外接電源和一個(gè)蓄電池供能并向負(fù)載供電的電源裝置，其特征在于包括檢測(cè)由蓄電池產(chǎn)生的蓄電池電壓的裝置；檢測(cè)在該電源裝置由蓄電池供能時(shí)蓄電池放電量的裝置；在外接電源未斷電時(shí)按電池的電壓變化檢測(cè)蓄電池剩余容量的裝置；所述電池電壓變化是電池起始電壓和該電池以預(yù)定電流放電一預(yù)定時(shí)間時(shí)得到的現(xiàn)行電池電壓之間的差。
2.如權(quán)利要求1的電池裝置，其特征在于所述剩余容量檢測(cè)裝置包括檢測(cè)所述預(yù)定電流的裝置;檢測(cè)所述電池電壓變化的裝置;按所述電池的現(xiàn)行容量和電池電壓變化之間的預(yù)定關(guān)系，根據(jù)所述預(yù)定電流和電池電壓變化計(jì)算所述電池的現(xiàn)行容量的裝置。
3.如權(quán)利要求2的電源裝置，其特征在于所述剩余容量檢測(cè)裝置進(jìn)一步包括按電池實(shí)際可放電時(shí)間和計(jì)算得的現(xiàn)行容量對(duì)所述負(fù)載電流的比值之間的預(yù)定關(guān)系、分析所述剩余容量的裝置。
4.如權(quán)利要求1的電源裝置，其特征在于還包括將所述蓄電池充電的裝置。
5.如權(quán)利要求4的電源裝置，其特征在于還包括按預(yù)定條件控制所述電池充電的裝置，所述預(yù)定條件選自多個(gè)充電條件，以便當(dāng)電池電壓超過(guò)一預(yù)定參考值時(shí)選擇一個(gè)所述充電條件，而當(dāng)電池電壓低于該預(yù)定參考值時(shí)選擇另一個(gè)充電條件。
6.如權(quán)利要求1的電源裝置，其特征在于所述電源裝置包括具有第一整流器裝置和第一變換器裝置的第一交流-交流轉(zhuǎn)換器，第一整流器裝置用于把從所述外電源來(lái)的交流輸入電功率轉(zhuǎn)換為第一直流電功率，第一變換器裝置用于把第一直流電功率轉(zhuǎn)換為供給所述負(fù)載的交流輸出電功率;具有第二整流器裝置和第二變換器裝置的第二交流-交流轉(zhuǎn)換器，第二整流器裝置用于把所述交流輸入電功率轉(zhuǎn)換為第二直流電功率，第二變換器裝置用于把第二直流電功率轉(zhuǎn)換為所述交流輸出電功率;把來(lái)自所述蓄電池的直流電功率饋給所述第一和第二變換裝置的裝置。
7.如權(quán)利要求1的電源裝置，其特征在于還包括用從所述外電源得到的能量來(lái)對(duì)所述蓄電池充電的裝置。
8.如權(quán)利要求7的電源裝置，其特征在于還包括控制所述充電裝置的裝置，以使在電池電壓超過(guò)一預(yù)定參考值時(shí)選擇第一充電條件，在電池電壓低于此預(yù)定參考值時(shí)選擇第二充電條件。
9.如權(quán)利要求1的電源裝置，其特征在于所述電源裝置還包括第一電功率轉(zhuǎn)換器，它具有把來(lái)自所述外電源的交流輸入電功率變成第一直流電功率的第一整流裝置和把第一直流電功率變成供給所述負(fù)載的輸出電功率的第一裝置;第二電功率轉(zhuǎn)換器，它具有把所述交流輸入電功率轉(zhuǎn)換為第二直流電功率的第二整流器裝置，和把所述第二直流電功率轉(zhuǎn)換為所述輸出電功率的第二裝置;以及將來(lái)自所述蓄電池的直流電功率饋給所述第一和第二裝置的裝置。
全文摘要
由一個(gè)外電源和一個(gè)蓄電池供能并向一負(fù)載供電的電源裝置。該裝置包括一電池電壓檢測(cè)器和一檢測(cè)電池放電電流的電流檢測(cè)器。按外接電源未斷電時(shí)電池電壓的變化檢測(cè)電池的剩余容量。將電池電壓變化定義為電池初始電壓和電池按預(yù)定電流放電一預(yù)定時(shí)間而得到的現(xiàn)行電池電壓之間的差。
文檔編號(hào)H02J9/06GK1049074SQ9010487
公開日1991年2月6日 申請(qǐng)日期1990年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月25日
發(fā)明者平田昭生, 宮沢芳明, 山崎三知郎 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝