专利名称：浮充电流监视器的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及电池监视系统，所述电池监视系统测量穿过电池串的内层(intertier)或单元间(intercell)的浮充/放电电流。
背景技术：
不间断的供电系统(诸如用于数据中心的供电系统)通常利用电池作为备用电源。每个电池通常具有串联连接的多个单元或多单元模块以提供所需要的电压，其通常被称为电池串。除非上下文另外指明，本文中术语“单元”将用于指代电池串中的单个单元和多单元模块两者。在一节电池串中彼此相邻的各个电池单元经由导电连接器(诸如铜母线、带、线缆等)而相互连接。该连接器通常被称为单元间或单元间连接器。相邻节的电池串经由诸如线缆或线缆组的较长的导电连接器(其比用于单元间连接器的线缆更长)而相互连接，其被称为内层或内层连接器。由于电池具有有限的寿命，所以它最终会失效。因此，电池监视器通常用于在UPS系统中监视电池。通过在电池可以引起突发的系统故障之前的早期阶段感测电池的问题，改善系统的可靠性。一种用于在UPS系统中监视电池的电池监视器监视电池串中的每个单元的健康状态，并且根据监视器的配置可以监视一个或若干电池，其中每个电池具有串联连接的单元的电池串。在从佛罗里达州的庞帕诺比奇的Alber公司购得的电池监视器(诸如BDS系列电池监视器)中，测量每个电池的电池串中的每个单元的内电阻，因为单元的内电阻是该单元的健康状态的可靠指标。电池监视器还监视其他参数,诸如单元电压、总电压、电池的环境温度、单元间电阻、内层电阻、放电电流、放电事件、浮充电流等。如果被监视的数据表明正被监视的电池的问题，则电池监视器将警告用户。电池监视器通常与本地或远程计算机进行接口连接，所述计算机被编程为显示被监视的数据。例如，电池监视器可利用在1987年11月17日发行的标题为“BatteryTestingand Monitoring System”的美国4，707, 795的教导和/或在2009年9月10日公布的标题为 “System and method for Measuring Battery InternalResistance，，的美国公布第2009/0224771号的教导，上述两个专利的全部内容通过引用并入本文中。图I示出了现有技术的电池监视系统100，其耦接到电池串102。电池串102包括多个电池单元104，其中相邻的电池单元通过单元间106彼此连接。电池串102可包括多个电池串节段108，其中相邻的电池串节段108通过内层110彼此连接。虽然在图I中电池串·102被示出为具有两个电池串节段108，但是应该理解，电池串102可具有多于两个的电池节段108 (其中相邻的电池节段通过内层110连接)或只具有一个电池节段108。每个电池单元104的正极端子和负极端子被连接到相应的电压感测引线112。电压感测引线112被连接到电池监视器100的适当的电压感测输入，所述电压感测输入被耦接到电池监视器100的电压感测电路，所述电压感测电路测量感测到的电压。为简化该图，只示出了两根这样的电压感测引线112。说明性地，电压感测引线112所连接的电池监视器100的输入通过复用器被耦接到电压感测电路，允许这些输入在电压感测电路的正输入和负输入之间切换。每2个、每3个、每4个、每5个或每6个电池单元104的正极端子还通过测试负载引线114被连接到电池监视器100的相应的测试负载输入。又为了简化该图，只示出了两根这样的测试负载引线114。电池监视器100连同其它参数一道测量电池单元104的内电阻以及单元间电阻和内层电阻。图2的流程图以简化的形式示出了使用电池监视器100确定单元间电阻和内层电阻的方法。虽然参照单元间来描述该方法，但是应该理解其也可应用于内层。说明性地，电池监视器100包括控制器(诸如微处理器或微控制器)，所述控制器被编程有实现电池监视器100的控制的软件。 在200处，电池监视器100经由分别连接到电池单元104的正极端子和相邻的电池单元104的正极端子的测试负载引线114而在电池单元104和单元间106两端施加负载。这产生了流经电池单元104和单元间106的测试电流，诸如10安培或20安培。在202处，当测试电流正流经电池单元104和单元间106时，电池监视器100使用电压感测引线112来测量单元间106两端的电压降。电池监视器100还以已知的方式通过板上的分流器来测量测试电流。在204处，利用欧姆定律，电池监视器100接着计算单元间106两端的电阻。在206处，电池监视器100检查是否已经获得所需要的电阻样本大小。如果没有，则重复步骤200至204。如果已经获得，则在208处对样本求平均以获得单元间106的最终电阻(Ric)。所需的样本大小是使得在求平均时所得到的单元间106的最终电阻反映单元间106的实际电阻的样本的数量。该样本大小可说明性地以任何已知的方式(诸如试探法)来确定，并且通过示例而非限制的方式，该样本大小可以是1024个样本。当电池串空载时，浮充电流是流经电池串的电流。在电池串中流动的浮充电流的量表示电池串的健康。因此，希望测量电池串中的浮充电流。一种用于测量电池串的浮充电流的技术使用霍尔效应装置，所述霍尔效应装置被夹在电池串的主电力馈线周围。霍尔效应装置耦接到具有大增益的模拟积分器，所述模拟积分器对来自霍尔效应装置的信号进行积分和低通滤波。所得信号表示浮充电流并被测量，并且由此确定浮充电流。利用上述技术的一种这样的浮充电流监视装置是可从加拿大魁北克省魁北克市的Multitel公司商购的FCCP浮充电流探测器。应该理解，浮充电流监视装置可以与上述图I中的电池监视系统集成，如通过示例的方式，将模拟积分器集成在电池监视系统中，其中霍尔效应装置耦接到电池监视系统的适当的输入。上述类型的浮充电流监视器技术的缺点是使用的霍尔效应装置相当昂贵。

发明内容
根据本公开的一个方面，浮充电流监视装置通过在电池串空载时保持(dwe11 on)得到电池串的单元间或内层两端的电压降测量值，来确定电池串的浮充电流。浮充电流监视装置首先确定单元间或内层的电阻。然后，浮充电流监视装置在电池串空载时得到单元间或内层两端的许多电压降样本，并且根据这些测量值和先前确定的单元间或内层的电阻来确定浮充电流。对电压降测量样本求平均并且然后根据该平均来确定最终的浮充电流，或根据每个电压降测量值来确定浮充电流并且对所得浮充电流求平均以确定最终的浮充电流。在一方面，浮充电流监视装置是独立设备。在另一个方面，浮充电流监视装置被结合到电池监视器中，所述电池监视器监视除了浮充电流之外的电池串的参数。本部分提供了本公开的总体概要，并不是其全部范围或其全部特征的全面公开。根据文中提供的描述，另外的应用领域将变得明显。本发明内容中的描述和特定示例旨在仅用于说明的目的，而非意在限制本公开的范围。



图I是现有技术的电池监视系统的简化示意图；图2是示出了图I的确定单元间电阻的电池监视器的程序的流程图；图3是根据本公开的一个方面的耦接到电池串的浮充电流监视装置的简化图；以及图4是示出了图3的确定浮充电流的浮充电流监视装置的程序的方面的流程图。文中描述的附图仅用于说明所选择的实施例而非所有可能的实施方式，并且不意在限制本公开的范围。遍及附图的若干视图，相应的附图标记表示相应的部件。
具体实施例方式现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。参考图3，根据本公开的一个方面的浮充电流监视装置300被示为耦接到电池串102。浮充电流监视装置300包括一对测试负载输入302和一对电压感测输入304。测试负载输入302中的一个通过测试负载引线316耦接到电池单元104中的一个的正极端子，而另一个测试负载输入302通过另一个测试负载引线316耦接到相邻的电池单元104的正极端子。电压感测输入304通过相应的电压感测引线318耦接到连接两个相邻的电池单元104的单元间106的相对侧，即耦接到电池单元104的负侧以及相邻的电池单元104的正侦U。然而，应该理解，替选地，电压感测输入304可以连接到内层110的相对侧，在内层110中相邻的电池单元104处于相邻的电池串中。因此，测试负载引线316和电压感测引线318的上述连接可与如上所述的一对测试负载引线114和一对电压感测引线112到电池串102的连接相比。浮充电流监视装置300还包括耦接到测试负载输入302的测试负载电路308和耦接到电压感测输入304的电压感测电路310。测试负载电路308说明性地可以是用于在电池串的元件两端连接负载的任何已知类型的电路，诸如上面讨论的在BDS系列电池监视器中使用的测试负载电路。它们还可以是上面引用的美国4，707，795或美国公布第2009/0224771号中描述的测试负载电路。电压感测电路310可以是用在测量电压中的任何类型的电路，诸如上面讨论的在BDS系列电池监视器中使用的电压感测电路。它们还可以是上面引用的美国4，707，795或美国公布第2009/0224771号中描述的电压感测电路。在这一方面，电压感测电路310包括在电压感测输入304处使电压信号数字化的模数转换器。它还可以包括在该信号被数字化之前在电压感测输入304处放大电压信号的模拟增益部。浮充电流监视装置还包括控制器312，诸如微处理器、微控制器、专用集成电路等。控制器312 (例如通过编程到其中的适当的软件)被配置为操作浮充电流监视装置300以确定浮充电流。在操作中，当电池串102空载时，浮充电流监视装置300首先按照上面针对电池监视器100描述的方式确定单元间106的电阻，并且其后周期地如此进行。于是，浮充电流监视装置300在电池串102空载时保持测量单元间106两端的多个电压降，并确定流经单元间106从而也流经电池串102的浮充电流。其是利用欧姆定律基于所确定的单元间106的电阻和单元间106两端的多个电压降测量值来进行的，即If=Vic/Rie，其中If是浮充电流，Vic是所测量的单元间106两端的电压降，以及Rie是如上述确定的单元间106的电阻。图4的流程图以简化的形式示出了用于确定浮充电流的控制器312的程序的部分。这些步骤在电池串102空载时发生，并且周期地(诸如每隔几百毫秒)重复。在400处，浮充电流监视装置测量单元间106两端的电压降。在402处，控制器312如上所述利用欧 姆定律计算浮充电流。在404处，控制器312检查是否已经获得了所需的样本大小。如果没有，则重复步骤400和402，直到获得所需的样本大小。一旦获得了所需的样本大小，控制器312接着对样本求平均以获得最终的浮充电流，所述最终的浮充电流然后可以由浮充电流监视装置300使用，诸如确定电池串的健康状态。应该理解，替选地，电压降测量值可用作样本。在该情形下，在406处，控制器312对电压降测量值样本求平均，并且使平均电压降测量值除以单元间106的电阻以获得最终的浮充电流。还可理解，虽然仅关于图4讨论了本方法的相关步骤，但是可以需要其他软件实现的指令来控制和管理系统的整体操作。所需的样本大小是求平均时准确反映在电池串102中流动的实际真实的浮充电流的样本的数量。该样本大小能够以任何已知的方式确定，诸如试探法等。在这一方面，使用过采样来获得所需的测量分辨率，其中，相比于单元间电阻较高的情形，在单元间电阻非常低的情形下通常更多地利用过采样。说明性地，所使用的过采样基于单元间106的预期电阻来确定。该过采样以已知方式对单元间106两端的电压测量值提供数字或处理增益。说明性地，浮充电流监视装置300可以是独立装置，其中，其输入连接到要监视的电池串。浮充电流监视装置300还可结合到如在图3中以虚构方式被示为电池监视器314的电池监视器，诸如电池监视器100。在后一种情形下，使用电池监视器100的输入来提供用于确定浮充电流的电压感测输入和测试负载输入，并且电池监视器的控制器被编程为实现上述浮充电流监视。提供上述实施例的说明是为了说明和描述的目的。其并不意在穷举或限制本发明。具体实施例的各个元件或特征通常不限于该具体实施例，而且在可应用的情况下可互换，并且即使未具体示出或描述也可用在选择的实施例中。具体实施例的各个元件或特征还可以各种方式改变。这样的改变不应被认为是背离本发明，并且所有这样的修改都旨在包含在本发明的范围之内。
权利要求
1.一种用于确定电池系统中的浮充电流的系统，所述电池系统具有彼此串联连接的多个电池单元，所述系统包括电压感测电路，所述电压感测电路能够操作为测量两个电池单元之间的电连接两端的电压降；测试负载电路，所述测试负载电路操作为在所述电连接和所述两个电池单元中的至少一个两端施加负载，并且测量流经所述电连接的电流；以及控制器，所述控制器被配置为接收来自所述测试负载电路的电流测量值，并且基于所述电流测量值来确定所述电连接的电阻，所述控制器还被配置为保持从所述电压感测电路获取仅当负载未施加在所述电连接两端时得到的电压降测量值，并且根据所述电连接的电阻和所述电压降测量值来计算流经所述电连接的浮充电流。
2.如权利要求I所述的系统，其中，所述控制器接收当负载未施加在所述电连接两端时得到的多个电压降测量值，计算所述电压降测量值的平均，并且通过使平均电压降测量值除以所述电连接的电阻来计算通过所述电连接的浮充电流。
3.如权利要求I所述的系统，其中，所述控制器接收当负载未施加在所述电连接两端时得到的多个电压降测量值，针对所述多个电压降测量值中的每个通过除以所述电连接的电阻来计算电流测量值，并且对所述电流测量值求平均以导出通过所述电连接的浮充电流。
4.如权利要求I所述的系统，其中，所述控制器通过使当负载施加在所述电连接两端时得到的电压降测量值除以所述电流测量值，来确定所述电连接的电 阻。
5.如权利要求I所述的系统，其中，所述电连接被耦接在两个相邻的电池单元之间。
6.如权利要求I所述的系统，其中，所述电连接被耦接在两个电池串节段之间，其中， 每个所述电池串节段包括彼此串联连接的多个电池单元。
7.如权利要求I所述的系统，所述系统被结合到电池监视器装置中。
8.一种电池监视器装置，包括电压感测电路，所述电压感测电路被电耦接到连接器的相对侧，所述连接器耦接两个电池单元并且能够操作为测量所述连接器两端的电压降；测试负载电路，所述测试负载电路被电耦接在所述两个电池单元中的一个和所述连接器两端，所述测试负载电路操作以在至少一个电池单元两端施加负载并且测量流经所述至少一个电池单元的电流；以及控制器，所述控制器被配置为接收来自所述测试负载电路的电流测量值，并且操作以确定所述连接器的电阻，所述控制器还被配置为保持从所述电压感测电路获取多个电压降测量值，并且根据所述电阻来计算流经所述连接器的浮充电流，其中，所述多个电压降测量值仅当负载未施加在所述连接器两端时得到。
9.如权利要求8所述的电池监视器装置，其中，所述控制器对当负载未施加在所述连接器两端时得到的多个电压降测量值进行过采样，并且利用欧姆定律，根据所述多个电压降测量值的平均来计算通过所述电连接的浮充电流。
10.如权利要求8所述的电池监视器装置，其中，所述控制器对当负载未施加在所述连接器两端时得到的多个电压降测量值进行采样，利用欧姆定律，针对所述多个电压降测量值中的每个计算电流测量值；并且对所述电流测量值求平均以导出通过所述连接器的浮充电流。
11.如权利要求8所述的电池监视器装置，其中，所述电压感测电路经由两个电引线被电耦接到一个电池单元的负极端子和另一个电池单元的正极端子。
12.如权利要求8所述的电池监视器装置，其中，所述测试负载电路经由两个电引线被电耦接到一个电池单元的正极端子和另一个电池单元的正极端子。
13.如权利要求8所述的电池监视器装置，其中，所述控制器利用欧姆定律，根据当负载被施加在所述电连接器两端时得到的一个或更多个电压降测量值和所述电流测量值来确定所述连接器的电阻。
14.一种确定电池系统中的浮充电流的方法，所述电池系统具有串联连接的电池单元串，所述方法包括确定所述电池系统中的两个单元之间的单元间连接的电阻；当负载未施加在所述电池单元两端时，测量所述单元间连接两端的多个电压降；以及根据所述电阻和所述多个电压降测量值，计算通过所述单元间连接的浮充电流。
15.如权利要求14所述的方法，其中，确定单元间的电阻还包括当负载在所述单元间连接两端时测量所述单元间连接两端的电压降，当施加所述负载时测量流经所述单元间连接的电流，并且利用欧姆定律计算所述单元间连接的电阻。
16.如权利要求14所述的方法，还包括当负载未施加在所述连接两端时，对所述单元间连接两端的多个电压降测量值进行过采样；以及利用欧姆定律，根据所述多个电压降测量值的平均来计算通过所述电连接的浮充电流。
全文摘要
提供了一种用于确定电池系统中的浮充电流的电池监视器装置(314)。电池监视器装置包括电压感测电路，被电耦接到耦接有两个电池单元的连接器(106)的相对侧，并且可操作为测量连接器两端的电压降；测试负载电路，其操作以在至少一个电池单元和连接器两端施加负载，并且测量流经连接器的电流；以及控制器(312)，其被配置为接收来自电压感测电路的电压降测量值和来自测试负载电路的电流测量值。控制器操作以确定连接器的电阻，并且根据电阻该和仅当负载未施加在连接器两端时得到的电压降测量值来计算流经连接器的浮充电流。
文档编号G01R27/08GK102933971SQ201180024118
公开日2013年2月13日 申请日期2011年5月13日 优先权日2010年5月14日
发明者迈克尔·W·汉森, 马克·J·拉齐科夫斯基 申请人:力博特公司