УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ ПРИЧИН РАСЦЕПЛЕНИЯ ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОГО УСТРОЙСТВА РАСЦЕПЛЕНИЯ
DEVICE FOR CONTROLLING DECOUPLING CAUSES FOR ELECTRONIC DECOUPLING DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение имеет отношение к устройству контроля причин расцепления в прерывателе цепи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
После расцепления электронного прерывателя цепи важно хранить информацию о причине расцепления. Также важно хранить некоторую информацию о событиях, которые имели место непосредственно перед расцеплением.
Традиционно, информация о причине расцепления генерируется посредством микропроцессора, который сохраняет эти данные на запоминающих устройствах. Микропроцессор также выполняет сохранение данных, касающихся электрических величин до и во время расцепления. На микропроцессор приходится высокий расход энергии во время сохранения данных, что требует использования микропроцессора большого размера.
Существуют несколько документов, посвященных этой проблеме. Например, документ EP 0279692 описывает прерыватель цепи с индикатором неисправности. Данные, касающиеся состояния контролируемого энергоснабжения непосредственно перед неисправностью, сохраняются одним микропроцессором.
Для простоты, прерыватель цепи снабжается энергией непосредственно из контролируемой линии. В такой конфигурации, если происходит расцепление, на прерывателе цепи уже не включено питание.
Документ US 5,089,928 описывает прерыватель цепи, использующий микрокомпьютер для контролирования цепи и для сохранения данных, касающихся контролируемой цепи.
Документ US 5,311,392 раскрывает прерыватель цепи, снабженный двумя процессорами, чтобы контролировать цепь энергоснабжения. Процессоры обеспечиваются энергией независимо, так что второй процессор работает и когда энергоснабжение для первого процессора прервано. Первый процессор имеет доступ к большему объему информации, чем второй процессор.
Документ US 5,224,011 раскрывает систему, в которой используется батарея для выполнения сохранения данных в электрической цепи в случае недоступности энергоснабжения от сети.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Отметим, что существует потребность обеспечить прерыватель цепи, эффективнее и надежнее предоставляющий информацию о причинах расцепления.
Эта задача успешно выполняется посредством прерывателя цепи, содержащего:
- ряд входов, выполненных с возможностью соединения с первым микроконтроллером, выполненным с возможностью измерения характеристик электрического тока в линии энергоснабжения для обнаружения электрической неисправности линии энергоснабжения,
- второй микроконтроллер, снабжаемый энергией от упомянутой линии энергоснабжения и представляющий первое значение потребления электроэнергии, при этом второй микроконтроллер выполняется с возможностью анализа данных, поступающих от первого микроконтроллера, для обнаружения электрической неисправности линии энергоснабжения,
- третий микроконтроллер, снабжаемый энергией от упомянутой линии энергоснабжения и подсоединенный таким образом, чтобы принимать данные от первого и второго микроконтроллеров, при этом третий микроконтроллер выполняется с возможностью указания причины расцепления прерывателя цепи, причем третий микроконтроллер представляет второе значение потребления электроэнергии, которое ниже, чем первое значение потребления электроэнергии,
- резервный источник энергоснабжения, выполненный с возможностью снабжения энергией третьего микроконтроллера в случае недоступности линии энергоснабжения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие преимущества и признаки станут более очевидными из последующего описания конкретных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенных только в рамках неограничивающего примера и представленных на прилагаемых чертежах, на которых:
- Фиг. 1A иллюстрирует первый вариант осуществления прерывателя цепи в схематичной форме,
- Фиг. 1B иллюстрирует второй вариант осуществления прерывателя цепи в схематичной форме,
- Фиг. 2 иллюстрирует блок-схему последовательности операций способа с основными действиями, выполняемыми прерывателем цепи,
- Фиг. 3A и 3B представляют два варианта осуществления прерывателя цепи в схематичной форме,
- Фиг. 4 представляет блок-схему последовательности этапов для контроля состояния батареи,
- Фиг. 5 представляет времена и циклы, задающие последовательность изменений тока, выдаваемого батареей, в рамках способа контроля разряда батареи,
- Фиг. 6 представляет примеры изменения электрического напряжения, измеряемого на клеммах батареи, в зависимости от времени.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
Фиг. 1A и 1B демонстрируют устройство 1 мониторинга электрических линий энергоснабжения электроэнергетической системы 2. В предпочтительной форме, устройство 1 мониторинга образует часть прерывателя цепи, соединенного с одной или несколькими электрическими линиями энергоснабжения электроэнергетической системы 2. Устройство мониторинга анализирует эти линии для того, чтобы определить, работают они нормально или работают неправильно. Прерыватель цепи выполняется с возможностью анализа электрических характеристик контролируемой линии энергоснабжения посредством микроконтроллеров и запуска отсоединения этой линии энергоснабжения, если была обнаружена электрическая неисправность. Устройство 1 может содержать первый микроконтроллер 3, второй микроконтроллер 4 и третий микроконтроллер 5, особенности которых будут определены в дальнейшем. В качестве варианта, первый микроконтроллер 5 находится вне устройства 1 мониторинга, но он соединен с рядом входов устройства 1 так, чтобы предоставлять последнему данные по электрическим величинам, характеризующим электроэнергетическую систему 2.
Первый микроконтроллер 3 соединяется с линией энергоснабжения электроэнергетической системы 2. Первый микроконтроллер 3 оснащается средством 6 измерения для измерения количественных характеристик электроэнергетической системы 2 (этап F1), таких например, как напряжение V, ток I и частота f. Первый микроконтроллер 3 может быть интегрирован в прерыватель цепи или находиться вне прерывателя цепи. Первый микроконтроллер 3 выполняется также с возможностью мониторинга электроэнергетической системы 2 и обнаружения возможной неисправности.
В предпочтительном варианте осуществления, первый микроконтроллер 3 снабжается электричеством благодаря первичному энергоснабжению 7, которое обеспечивается электрической линией, которая будет контролироваться. Это первичное энергоснабжение 7 является основным источником электроэнергии первого микроконтроллера 3. Поскольку энергоснабжение прерывателя цепи и, в частности, устройства 1 мониторинга выполняется электроэнергетической системой 2 или ответвлением от этой энергетической системы 2, в случае расцепления прерывателя цепи линия первичного энергоснабжения прерывается, и на первом микроконтроллере 3 уже не включено питание. Кроме того, энергия, поставляемая благодаря первичному энергоснабжению 7, может меняться в зависимости от электрической нагрузки, подсоединенной к электроэнергетической системе.
Резервный источник снабжения электроэнергией обеспечивается первым электрическим конденсатором 8 для снабжения энергией первого микроконтроллера 3 в течение ограниченного времени, когда его первичное энергоснабжение 7 прерывается. Таким образом, когда команда на расцепление отправляется на прерыватель цепи или когда первый микроконтроллер 3 обнаруживает потерю первичного энергоснабжения, имеется достаточно энергии, остающейся в конденсаторе 8, чтобы выполнить пересылку значимых данных другим компонентам прерывателя цепи. Это резервное энергоснабжение 8 позволяет записать важные электрические данные при обнаружении электрической неисправности на линии энергоснабжения.
Первый микроконтроллер 3 может обнаружить неисправность в электроэнергетической системе и запустить отсоединение электроэнергетической системы. Данные, касающиеся электроэнергетической системы 2 и, в частности, контролируемой линии, сообщаются различным компонентам прерывателя цепи по первой линии 9 связи от первого микроконтроллера 3.
В конкретном варианте осуществления, показанном на Фиг. 1А и 1B, второй микроконтроллер 4 соединяется с первым микроконтроллером 3 посредством первой линии 9 связи. Таким образом, второй микроконтроллер 4 принимает данные, касающиеся электроэнергетической системы 2, через первый микроконтроллер 3. Второй микроконтроллер 4 может также принимать данные, касающиеся электроэнергетической системы 2, от других устройств устройства мониторинга. Эти другие устройства предоставляют результаты измерений электрических величин электроэнергетической системы.
Основной функцией второго микроконтроллера 4 является анализ и сохранение данных, касающихся электроэнергетической системы 2. Второй микроконтроллер 4 выполняет более глубокий анализ измеренных электрических величин, который дает возможность провести более детальное изучение электроэнергетической системы (этап F2). В этой конфигурации, второй микроконтроллер 4 может запрашивать отсоединение системы энергоснабжения в случае проблем, не обнаруженных первым микроконтроллером 3, например падения напряжения ниже пороговой величины и/или аномального изменения частоты. Второй микроконтроллер 4 реализуется также с возможностью выполнения более точных анализов электрических характеристик контролируемой линии, например, результатов измерений напряжения, частоты и/или гармонических составляющих, и передачи этих данных пользователю и/или на другие вычислительные модули.
Для углубленного анализа данных, касающихся электроэнергетической системы 2, второму микроконтроллеру 4 необходимо большое количество электроэнергии. Эта энергия может также использоваться для передачи собранных данных на другие вычислительные модули или пользователю. Для его энергоснабжения, второй микроконтроллер 4 соединяется с первичным энергоснабжением 7. В предпочтительной форме, второй микроконтроллер 4 снабжается энергией посредством системы энергоснабжения типа DC/DC, которая сама снабжается энергией от первичного энергоснабжения 7. Как и ранее, в случае неправильной работы электроэнергетической системы или если первичное энергоснабжение 7 не может обеспечить необходимую энергию, второй микроконтроллер 4 уже не в состоянии функционировать.
Резервный второй источник электроэнергии обеспечивается вторым конденсатором 8', чтобы снабжать энергией второй микроконтроллер 4 в течение ограниченного времени, когда его первичное энергоснабжение 7 прерывается. Таким образом, когда отправляется команда на расцепление прерывателя цепи или когда второй микроконтроллер 4 обнаруживает потерю первичного энергоснабжения, имеется достаточно энергии, остающейся в конденсаторе 8', чтобы дать возможность переслать значимые данные другим компонентам прерывателя цепи.
Второй микроконтроллер 4 соединяется с запоминающим устройством 10. Предпочтительно, если запоминающее устройство 10 снабжается энергией посредством первичного энергоснабжения 7. В случае неправильной работы первичного энергоснабжения 7, предпочтительно соединить запоминающее устройство 10 с резервным источником энергоснабжения, который образован конденсатором 11, чтобы обеспечивать электроэнергию в течение ограниченного времени. Таким образом, данные, вычисленные вторым микроконтроллером 4, могут быть записаны в запоминающее устройство 10.
Предпочтительно, если запоминающее устройство 10 представляет собой электрически стираемый и программируемый энергонезависимый тип запоминающего устройства или оперативное запоминающее устройство с магнитным постоянным типом записи или другим, позволяющим легко записывать и сохранять данные даже без какого-либо снабжения электроэнергией. Впоследствии пользователь может прочитать записанные данные.
Пересылка данных между вторым микроконтроллером 4 и запоминающим устройством 10 выполняется посредством второй линии 12 связи. Как правило, сохраненные данные создаются в результате анализа информации, касающейся электроэнергетической системы 2. Например, данные касаются изменения с течением времени и/или разовых значений тока I, напряжения V или частоты f переменного тока, присутствующего в электроэнергетической системе 2.
В предпочтительной форме, второй микроконтроллер 4 реализуется с возможностью выполнения вычислений гармоник, что требует исполнения вычислений преобразования Фурье, которые являются чрезвычайно энергоемкими.
Имеется третий микроконтроллер 5, который соединяется со вторым микроконтроллером 4 с использованием протокола, дающего возможность пересылки данных в обоих направлениях. Для его энергоснабжения, третий микроконтроллер 5 соединяется с первичным энергоснабжением 7. В предпочтительной форме, третий микроконтроллер 5 соединяется с той же системой энергоснабжения, что и второй микроконтроллер 4, например, посредством преобразователя DC/DC.
Предпочтительно, если третий микроконтроллер 5 соотносится с резервной системой энергоснабжения 13, которая является источником, независимым от электроэнергетической системы 2. Этот источник энергии может быть, например, батареей 13. Батарея 13 является электрохимическим устройством, которое преобразует химическую энергию в электроэнергию посредством окислительно-восстановительной химической реакции. Батарея 13 может быть неперезаряжаемой и упоминаться как одноразовая батарея или электрическая батарея. Батарея является предпочтительной по сравнению с конденсатором, поскольку ее легче заменить в случае неправильной работы.
В случае недоступности первичного энергоснабжения 7, третий микроконтроллер 5 снабжается энергией от батареи 13. Батарея 13 компонуется с третьим микроконтроллером 5 так, что на третьем микроконтроллере 5 питание включено в течение более длительного времени, чем на первом и втором микроконтроллерах, в случае недоступности первичного энергоснабжения. Лучше, если батарея 13 компонуется с третьим микроконтроллером 5, чтобы обеспечивать постоянное энергоснабжение третьего микроконтроллера 5. Под постоянным энергоснабжением понимается обеспечение энергоснабжения третьего микроконтроллера 5 в течение заметно более длинного периода, чем время, необходимое для технического обслуживания и ремонта, так что первичное энергоснабжение восстанавливается прежде, чем закончится заряд батареи. Чтобы получить такой результат, третий микроконтроллер 5 демонстрирует уменьшенные функциональные возможности с потреблением небольшой энергии. Третий микроконтроллер 5 демонстрирует функциональные возможности представления данных, вычисленных в первом и/или втором микроконтроллерах. Третий микроконтроллер 5 демонстрирует потребление электроэнергии, которое ниже, чем потребление электроэнергии второго микроконтроллера 4. Например, третий микроконтроллер 5 не предусматривает средства вычисления преобразования Фурье. Это приводит к тому, что второй микроконтроллер демонстрирует более высокое потребление электроэнергии, чем потребление электроэнергии третьего микроконтроллера.
Такая конфигурация позволяет второму микроконтроллеру 4 быть предназначенным для операций с высоким энергопотреблением для выполнения детального анализа электроэнергетической системы, исходя из данных, предоставленных первым микроконтроллером 3 и/или другими устройствами, поставляющими результаты измерений электрических величин электроэнергетической системы 2, а также позволяет успешно передавать все или часть этих данных пользователю или на другие компоненты прерывателя цепи.
Третий микроконтроллер 5 предназначен для операций передачи данных о причинах расцепления, в частности, пользователю, что требует меньше энергии. Предпочтительно, если третий микроконтроллер выполняет отображение причин расцепления. После расцепления прерывателя цепи больше нет необходимости анализировать электроэнергетическую систему, которая была прервана, но при этом важно знать основания, которые вызвали расцепление и, вследствие этого, прекращение энергоснабжения от энергетической системы. Следовательно, нет необходимости поддерживать работу второго микроконтроллера 4 и, наоборот, важно снабдить электроэнергией третий микроконтроллер 5, чтобы собрать значимые данные и сделать их доступными.
Разделение функциональных возможностей между двумя микроконтроллерами с разным потреблением электроэнергии позволяет выполнять все необходимые функции, когда первичное энергоснабжение присутствует, и гарантировать, что соответствующие данные предоставляются после отсоединения в течение периода времени, который может быть долгим. Эта особенность также позволяет предоставить компактное и полноценное устройство, поскольку больше нет необходимости обеспечивать резервное энергоснабжение, которое подается на все компоненты прерывателя цепи.
Конденсаторы 8 и 8' выполняют энергоснабжение первого и второго микроконтроллеров 3 и 4 в течение короткого временного периода, чтобы иметь возможность записать электрические характеристики энергетической системы до и сразу после отсоединения. Эти данные записываются в запоминающее устройство 10. Поскольку запоминающее устройство 10 снабжается электроэнергией тоже от резервного источника 11 энергоснабжения конденсаторного типа, третий микроконтроллер 5 имеет возможность извлечь эти данные.
Поскольку микроконтроллеры снабжаются энергией от первичного энергоснабжения 7, последнее может быть не в состоянии поставлять энергию, необходимую для правильной работы второго микроконтроллера 4. Этот сценарий может происходить, когда имеется только небольшая нагрузка на электрической линии или если происходит замыкание на землю. Если неисправность обнаруживается первым микроконтроллером 3, последний уведомляет третий микроконтроллер 5, и данные сохраняются без вмешательства второго микроконтроллера 4 в том случае, когда существует прямая линия связи между первым микроконтроллером 3 и третьим микроконтроллером 5.
Предпочтительно, если третий микроконтроллер 5 имеет первое средство 14 анализа, выполненное с возможностью анализа характеристик электроэнергетической системы, и, предпочтительно, анализа сильных токов I и высоких напряжений V электроэнергетической системы 2. Эти данные легко могут быть вычислены, и эти вычисления расходуют лишь немного энергии. Третий микроконтроллер 5 может использоваться для обнаружения неправильной работы в электроэнергетической системе (этап F3).
Предпочтительно, если второй микроконтроллер 4 в свою очередь имеет второе средство 15 анализа, выполненное с возможностью анализа только слабых или сильных токов I и высоких напряжений V, которые присутствуют в электроэнергетической системе 2. Лучше, если анализ, выполняемый вторым микроконтроллером 4, происходит на основании данных, предоставляемых первым микроконтроллером 3 или другими устройствами, которые предоставляют результаты измерений электрических величин электроэнергетической системы 2. В этом случае нет никакого риска расцепления из-за перенапряжения, а третий микроконтроллер 5 тоже может быть реализован с возможностью выполнения надлежащего анализа энергетической системы. Эта конфигурация делает возможным получение прерывателя цепи, который работоспособен в более широком диапазоне токов I.
Для того чтобы облегчить извлечение данных в третьем микроконтроллере 5, предпочтительно, чтобы разные элементы данных отправлялись от второго микроконтроллера 4. Второй микроконтроллер 4 отправляет информацию о своем собственном присутствии посредством сигнала синхронизации. Так что, если на втором микроконтроллере 4 уже не включено питание, третий микроконтроллер 5 обнаруживает это состояние по отсутствию сигнала синхронизации. Второй микроконтроллер 4 также отправляет сигнал, указывающий, что была инициализирована команда на отсоединение электроэнергетической системы, чтобы облегчить извлечение электрических данных (этап F5) за счет инициирования извлечения данных как можно раньше.
В конкретном варианте осуществления, показанном на Фиг. 1A, используются, по меньшей мере, две линии связи. Первая линия 9 связи используется между тремя микроконтроллерами 3, 4 и 5, предпочтительно, для пересылки данных, касающихся электроэнергетической системы 2. Две ветви соединяются с разветвлением так, чтобы микропроцессоры 4 и 5 принимали одни и те же данные. Линия 16 синхронизации, соединяющая второй микроконтроллер 4 и третий микроконтроллер 5, тоже дает возможность обмена данными. Линия 16 синхронизации позволяет определить микроконтроллер, отвечающий за чтение данных. В предпочтительной форме, пока на втором микроконтроллере 4 включено питание, он имеет приоритет или исключительное право на чтение и анализ данных, предоставляемых первым микроконтроллером 3. Третий микроконтроллер 5 может оставаться в состоянии ожидании или даже в неактивном состоянии, пока нет расцепления прерывателя цепи. Линия 17 индикации указывает на отсоединение энергетической системы и причину, обнаруженную вторым микроконтроллером 4, (этапы F5 и F6), с помощью специального сигнала.
В другой конкретной конфигурации, показанной на Фиг. 1B, используются, по меньшей мере, две различных линии связи. Первая линия 9 связи используется для пересылки данных, касающихся электроэнергетической системы 2, между первым микроконтроллером 3 и вторым микроконтроллером 4. Вторая линия 9' связи используется для пересылки данных, касающихся электроэнергетической системы 2, между вторым микроконтроллером 4 и третьим микроконтроллером 5. Линия 16 синхронизации, соединяющая второй микроконтроллер 4 и третий микроконтроллер 5, тоже дает возможность обмена данными. Линия 16 синхронизации позволяет определить микроконтроллер, отвечающий за чтение данных, как и в предыдущем варианте осуществления. В предпочтительной форме, пока на втором микроконтроллере 4 включено питание, он читает и анализирует данные, предоставленные первым микроконтроллером 3. Третий микроконтроллер 5 остается в состоянии ожидания или даже в неактивном состоянии, пока нет расцепления прерывателя цепи. Линия 17 индикации указывает на отсоединение энергетической системы и причину, обнаруженную вторым микроконтроллером 4, (этапы F5 и F6), с помощью специального сигнала.
В этих двух конкретных случаях вариантов осуществления, показанных на Фиг. 1А и 1B, линия 17 индикации позволяет второму микроконтроллеру 4 сообщать третьему микроконтроллеру 5, например, данные, являющиеся результатом его анализа электроэнергетической системы 2. Таким образом, третий микроконтроллер 5 не должен непрерывно анализировать данные, касающиеся электроэнергетической системы 2, принимаемые по линии 9 или 9' связи. Предпочтительно, если у третьего микроконтроллера 5 есть неактивный режим, в котором он не потребляет электроэнергию. Таким образом, устройство 1 мониторинга обеспечивает более эффективную работу по показателю электроэнергии. Третий микроконтроллер 5 выходит из неактивного режима, когда он принимает, например, сигнал пуска от первого микроконтроллера 3 или от второго микроконтроллера 4. Например, при получении сигнала, указывающего на расцепление прерывателя цепи, третий микроконтроллер 5 будет извлекать данные, поступающие из запоминающих устройств (например, запоминающего устройства 10), которые обеспечиваются первым и/или вторым микроконтроллерами (этап F7 и F8).
Также предпочтительно, чтобы третий микроконтроллер 5 был выполнен с возможностью выхода из неактивного режима в случае неудачного приема сигнала синхронизации. Так что, если энергии, поставляемой основным источником, недостаточно, данные могут сохраняться в запоминающих устройствах 10 и 19, даже если второй микроконтроллер 4 бездействует.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на Фиг. 1A, первый микроконтроллер 3 соединяется со вторым и третьим микроконтроллерами 4 и 5 посредством двух соединений, подсоединенных с разветвлением к линии 9. Таким образом, два микроконтроллера 4 и 5 принимают одни и те же данные, поступающие от первого микроконтроллера 3.
В еще более предпочтительной форме, и как показано на Фиг. 1A, пересылка данных выполняется посредством буферного запоминающего устройства 18. Первое буферное запоминающее устройство 18a устанавливает соединение между первым микроконтроллером 3 и вторым микроконтроллером 4, а второе буферное запоминающее устройство 18b устанавливает соединение между первым микроконтроллером 3 и третьим микроконтроллером 5. Следовательно, есть первая линия связи, обеспеченная буферным запоминающим устройством 18a, и которая соединяет первый микроконтроллер 3 со вторым микроконтроллером 4. Также есть вторая линия связи, обеспеченная буферным запоминающим устройством 18b, и которая соединяет первый микроконтроллер 3 с третьим микроконтроллером 5.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на Фиг. 1B, первый микроконтроллер соединяется со вторым микроконтроллером 4, затем второй микроконтроллер 4 соединяется с третьим микроконтроллером 5 посредством двух различных соединений, соответственно, обозначенных 9 и 9'. Таким образом, микроконтроллер 5 принимает данные от первого микроконтроллера 3 через второй микроконтроллер 4.
В еще более предпочтительной форме, и как показано на Фиг. 1B, пересылка данных выполняется посредством буферного запоминающего устройства 18. Первое буферное запоминающее устройство 18a устанавливает соединение между первым микроконтроллером 3 и вторым микроконтроллером 4, а второе буферное запоминающее устройство 18b устанавливает соединение между вторым микроконтроллером 4 и третьим микроконтроллером 5. Следовательно, есть первая линия связи, обеспеченная буферным запоминающим устройством 18a, и она соединяет первый микроконтроллер 3 с третьим микроконтроллером 5. Также есть вторая линия связи, обеспеченная буферным запоминающим устройством 18b, и которая соединяет второй микроконтроллер 4 с третьим микроконтроллером 5.
В предпочтительной форме, в вариантах осуществления, показанных на Фиг. 1А и 1B, второй микроконтроллер 4 выдает сигнал синхронизации на третий микроконтроллер 5, чтобы определить приоритет для чтения на буферных запоминающих устройствах 18, 18'.
В настолько же предпочтительной форме, первый микроконтроллер 3 соединяется с двумя другими микроконтроллерами 4 и 5 посредством одной из линий 9 и 9' связи, служащих для передачи с указанием неисправности в электроэнергетической системе, что приводит к запросу на отсоединение (этапы F4 и F5). Использование одной из этих линий связи дает возможность гарантировать запись данных о причинах отсоединения.
В конкретном варианте осуществления, показанном на Фиг. 1А и 1B, третий микроконтроллер 5 соединяется со вторым запоминающим устройством 19 для того, чтобы иметь возможность сохранять данные от микроконтроллера 5. Таким образом, часть данных записывается дважды. Существует избыточность между запоминающими устройствами 10 и 19, что позволяет легче извлекать данные в случае проблемы, затрагивающей целостность прерывателя цепи.
В предпочтительной форме, если третий микроконтроллер 5 обнаруживает, что на запоминающем устройстве 10 уже не включено питание, он записывает данные в другое запоминающее устройство, например, внутреннее запоминающее устройство микроконтроллера 5, но последнее при этом является энергозависимым запоминающим устройством. Кроме того, можно сохранять эти данные и в запоминающем устройстве 19.
В предпочтительном варианте осуществления первый, второй и третий микроконтроллеры не обмениваются данными напрямую. Обмен данными выполняется посредством запоминающих устройств, которые являются общими для двух микроконтроллеров, например запоминающее устройство 10 и/или запоминающее устройство 19, или посредством параллельных линий связи, каждая из которых обеспечена запоминающим устройством, например буферными запоминающими устройствами 18 в линии 9 и/или линии 9'.
Предпочтительно, если конфигурация, показанная на Фиг. 1A, дает возможность не использовать третий микроконтроллер 5, который в этом случае может быть в неактивном режиме на протяжении значительной части времени работы прерывателя 1 цепи.
Лучше, если средство 20 передачи соединяется со вторым запоминающим устройством 19 и/или с запоминающим устройством 10, чтобы упростить передачу записанных данных. Пользователь может принимать и читать данные, касающиеся электроэнергетической системы 2, без использования третьего микроконтроллера 5, что позволяет ограничить потребляемую энергию. Например, средство 20 передачи передает данные, касающиеся электроэнергетической системы 2, с помощью связи ближнего действия, или другой связи, основанной на электромагнитных волнах.
Предпочтительно увязать третий микроконтроллер 5 с одним или более устройствами индикации (этап F9), чтобы облегчить чтение причин, обусловивших расцепление прерывателя цепи. Третий микроконтроллер 5 имеет выход 21 индикации, который выполняется с возможностью указания информации для пользователя, извлеченной из данных, касающихся электроэнергетической системы 2. Это указание может, например, выполняться при помощи светоизлучающих диодов, которые соединяются с выходом 21 индикации. Следовательно, в случае расцепления, пользователь очень быстро узнает, связано ли расцепление прерывателя цепи с проблемой перегрузки, скачка напряжения, утечки в землю, перенапряжения или другой аварийной ситуацией, что быстро направляет пользователя по правильному пути в его поисках причин аварийной ситуации.
В предпочтительной форме, прерыватель цепи содержит часы 22, которые позволяют проставлять дату для различных происходящих событий. Например, запись соотносится с датой, чтобы определить хронологическое постепенное изменение различных электрических параметров относительно друг друга.
В одном варианте осуществления первый микроконтроллер 3 является микроконтроллером типа "Специализированная Интегральная Схема", который непрерывно измеряет ток I и напряжение V электроэнергетической системы 2. Когда он обнаруживает неисправность в электроэнергетической системе 2, он указывает на это второму микроконтроллеру 4 и третьему микроконтроллеру 5 и запускает прерывание тока, присутствующего в электроэнергетической системе 2.
Работа устройства 1 мониторинга может быть гарантирована в двух рабочих ситуациях. В первой рабочей ситуации электроэнергетическая система 2 производит большой электроэнергетический поток, например, ток около или более 25% от номинального тока прерывателя цепи, что сводится для прерывателя 1 цепи к контролированию высоких значений для тока I и/или для напряжения V. В этой ситуации первичного энергоснабжения достаточно для снабжения энергией всех компонентов устройства 1 контроля. В этом случае второй микроконтроллер 4 способен анализировать данные, касающиеся электроэнергетической системы 2, и он непрерывно сохраняет данные, связанные с энергетической системой 2, в запоминающем устройстве 10, и он может принимать во внимание данные, сохраненные в запоминающем устройстве 10. Третий микроконтроллер 5 может находиться в неактивном режиме, в то время как второй микроконтроллер 4 выполняет анализ данных, касающихся электроэнергетической системы 2.
В этой рабочей ситуации, когда первый микроконтроллер 3 обнаруживает неисправность в энергетической системе 2, он запускает отсоединение энергетической системы 2. Основное энергоснабжение 7 тоже прерывается, поскольку оно поставляется от электроэнергетической системы 2. Посредством первого конденсатора 8, первый микроконтроллер 3 может уведомить третий микроконтроллер 5, на который подается электроэнергия от резервной системы энергоснабжения 13.
Посредством часов 22, третий микроконтроллер 5 может проставлять дату отсоединения, инициированного первым микроконтроллером 3, и сохранять дату во втором запоминающем устройстве 19. Посредством второй линии 12 связи, третий микроконтроллер может читать данные, связанные с анализом электроэнергетической системы 2, которые были записаны вторым микроконтроллером 4 в первом запоминающем устройстве 10 перед тем, как произошла неисправность в энергетической системе 2, и во время возникновения неисправности в энергетической системе. Третий микроконтроллер 5 может передавать все данные средству 20 передачи, которое может отправлять их пользователю. Третий микроконтроллер 5 также может отправлять сигнал, соответствующий причине расцепления, через выход 21 индикации, чтобы уведомить пользователя, например, при помощи нескольких светоизлучающих диодов. Все данные, связанные с энергетической системой 2, следовательно, передаются пользователю.
В конкретном рабочем режиме, который может быть объединен с другими рабочими режимами, часы 22 совместно используются третьим микроконтроллером 5, вторым микроконтроллером 4 и первым микроконтроллером 3. Как вариант, каждый микроконтроллер может соотноситься с отдельными часами, или часы могут быть общими для двух микроконтроллеров.
Во второй рабочей ситуации, электроэнергетическая система 2 производит протекание слабого электрического тока, например, меньше 20% от номинального тока прерывателя цепи. Соответственно, первичное энергоснабжение 7 является недостаточным для работы второго микроконтроллера 4. В этом случае первый микроконтроллер 3 отправляет данные, касающиеся электроэнергетической системы, на третий микроконтроллер 5. Если первый микроконтроллер 3 обнаруживает неисправность электроэнергетической системы 2, только третий микроконтроллер 5 может проанализировать причину неисправности и сохранить данные, касающиеся энергетической системы 2.
Как указано ранее, предпочтительно иметь третий микроконтроллер 5 с предусмотренным неактивным состоянием, в котором потребление очень сильно снижено или нулевое. Поскольку третий микроконтроллер 5 не используется для анализа условий работы линии энергоснабжения, он находится в неактивном состоянии большую часть времени.
В предпочтительной форме, третий микроконтроллер 5 выполняется таким образом, чтобы выходить из неактивного состояния при приеме сигнала от первого и/или второго микроконтроллера, указывающего на активность электроэнергетической системы 2 или обнаружение электрической неисправности. А значит, при нормальной работе прерывателя цепи в отношении контролирования энергетической системы, третий микроконтроллер 5 находится в неактивном состоянии, а при обнаружении активности или электрической неисправности третий микроконтроллер 5 активируется для того, чтобы извлечь значимую информацию до окончательного отсоединения двух других микроконтроллеров 3 и 4.
В вариантах осуществления, показанных на Фиг. 1А и 1B, микроконтроллеры и запоминающие устройства питаются между одним и тем же опорным напряжением 23, которое является землей в данном случае, и напряжением, поставляемым от системы первичного энергоснабжения. Как вариант, можно использовать разные опорные напряжения для каждого микроконтроллера и/или для каждого запоминающего устройства.
В предпочтительном варианте осуществления есть возможность активировать третий микроконтроллер 5 периодически или по команде от пользователя для выполнения одной или нескольких других функций.
В особенно предпочтительном варианте осуществления устройство 1 мониторинга содержит систему контроля разряда батареи 13. Фактически выяснилось, что в некоторых случаях, при приведении в действие прерывателя цепи, батарея уже не достаточно мощная, чтобы снабжать электроэнергией третий микроконтроллер 5.
Описанная выше работа может быть обобщена на Фиг. 2. Первый и второй микроконтроллеры 3 и 4, а возможно и третий микроконтроллер 5, выполняют анализ электрических величин электроэнергетической системы 2 (этапы F1, F2 и F3). Электроэнергетическая система обозначена как "первичная линия".
Если, по меньшей мере, один из микроконтроллеров обнаруживает аномалию в электроэнергетической системе 2, он отправляет сигнал, который является, для прерывателя цепи, командой на отсоединение энергоснабжения. Энергоснабжение прерывается на этапе F4, и то же самое, следовательно, имеет место для первичного энергоснабжения прерывателя цепи. Одновременно или вслед за командой на отсоединение, информация передается первым микроконтроллером 3 и/или вторым микроконтроллером 4 на третий микроконтроллер 5 для того, чтобы уведомить об отсоединении энергоснабжения (этап F6). Как указывалось ранее, третий микроконтроллер 5 извлекает значимые данные, касающиеся электроэнергетической системы (этап F7), из первого и второго микроконтроллеров и/или из буферных запоминающих устройств 18 линий связи и/или из запоминающих устройств 10 и 19. Собранные и, возможно, проанализированные данные пересылаются в запоминающее устройство 10 и, возможно, в запоминающее устройство 19 (этап F8). В дополнение к записыванию, устройство указывает тип нарушения нормальной работы, которое вызвало отсоединение электроэнергетической системы (этап F9).
Как указывалось ранее, в особенно предпочтительном варианте осуществления, контрольное устройство содержит устройство контроля разряда батареи 13. Фактически, было замечено, что в определенных ситуациях, когда имеет место расцепление прерывателя цепи, батарея 13 не способна снабжать энергией третий микроконтроллер 5. В стандартной конфигурации, прерыватель цепи не предназначен для регулярного автоматического отключения, и резервное энергоснабжение используется редко. Поэтому в этой исключительной ситуации важно, чтобы устройство мониторинга имело возможность помочь пользователю в диагностике для обнаружения причины электрической неисправности.
Фиг. 3A иллюстрирует устройство 1 мониторинга, например, прерыватель цепи, выполненное с возможностью мониторинга одной или нескольких электрических линий энергоснабжения. Устройство 1 мониторинга предназначается для подсоединения к электрическим линиям энергоснабжения и выполняется с возможностью измерения электрических характеристик линий, например, напряжения, присутствующего на линии, и/или тока, протекающего в электрической линии. При наличии прерывателя цепи, в случае обнаружения неправильной работы может происходить отсоединение контролируемой линии энергоснабжения.
Устройство 1 мониторинга содержит ряд клемм энергоснабжения, предназначенных для соединения с источником 2 первичного энергоснабжения. Источник первичного энергоснабжения является основным источник энергоснабжения, т.е. он главным образом, или в приоритетном порядке, снабжает энергией различные компоненты устройства 1 мониторинга.
Для того чтобы покрывать недостаточность источника 2 первичного энергоснабжения, устройство 1 мониторинга содержит источник 13 резервного энергоснабжения, который образован батареей. На батарее 13 предусмотрены два контакта 13a, которые соединяют батарею 13 с компонентами устройства 1 мониторинга. В предпочтительной форме, все электронные схемы или только часть электронных схем устройства 1 мониторинга снабжаются электроэнергией от батареи 13, чтобы обеспечить большую автономию в случае недоступности основного энергоснабжения 2. В предпочтительной форме, батарея 13 снабжает энергией, по меньшей мере, схему 24 хранения, которая записывают показатели, связанные с измеряемыми электрическими величинами. В случае прерывателя цепи желательно, чтобы схема 24 хранения записывала показатели, связанные с причинами расцепления прерывателя цепи.
Источник 13 резервного энергоснабжения помещается в устройство 1 мониторинга, чтобы избежать подбора нового набора линий энергоснабжения, разобщенных с первым набором линий энергоснабжения. Таким образом, можно получить устройство 1 мониторинга, которое является компактным и которое обеспечивает почти непрерывную работу.
Поскольку устройство 1 мониторинга находится в агрессивной окружающей среде, предпочтительно иметь источник 13 резервного энергоснабжения, который тоже способен выдерживать такие условия.
В предпочтительном варианте осуществления устройство 1 мониторинга выполняется таким образом, чтобы источник 2 первичного энергоснабжения был линией энергоснабжения, которая будет контролироваться, или был связан с линией энергоснабжения, которая будет контролироваться. Линия электроснабжения, которая будет контролироваться, предназначена для снабжения энергией одной или нескольких других электрических нагрузок. Если устройство 1 мониторинга обнаруживает неправильную работу на линии энергоснабжения, это вызывает отсоединение линии, что приводит к отключению источника 2 первичного энергоснабжения.
Итак, в этой конфигурации, когда линия энергоснабжения, которая будет контролироваться, прекращает работу, основного энергоснабжения 2 недостаточно, и нужно переключиться на резервное энергоснабжение 13.
Как представлено на Фиг. 3A, устройство 1 мониторинга содержит схему управления, представленную в данном случае, по меньшей мере, микроконтроллерами 4 и 5. Эта схема управления выполняется с возможностью анализа линии энергоснабжения, которая будет контролироваться. Схема 24 хранения увязывается со схемой управления. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3А и 3B, схема 24 хранения является частью схемы управления и предпочтительно, если она является частью третьего микроконтроллера 5.
Батарея 13 выполняется с возможностью снабжения электроэнергией схемы управления или части схемы управления (в частности, схемы 24 хранения) в случае отказа основного энергоснабжения 2. Предпочтительно, если батарея снабжает энергией третий микроконтроллер 5, что позволяет обеспечить хорошие рабочие характеристики устройства 1 мониторинга.
Устройство 1 мониторинга дополнительно содержит схему 25 контроля, выполненную с возможностью анализа состояния батареи 13 и обнаружения возможной неправильной работы батареи 13.
Использование схемы 25 контроля, которая проверяет состояние батареи 13, позволяет иметь представление, с течением времени, способен ли источник 13 резервного энергоснабжения снабжать энергией схему 24 хранения и, предпочтительно, третий микроконтроллер 5, и, следовательно, обеспечивать удовлетворительную работу устройства 1 мониторинга при недоступности основного энергоснабжения.
bat
bat
Средство 26 измерения выполняется с возможностью измерения напряжения V на клеммах батареи 13. Средство 26 измерения соединяется с входом устройства 27 сравнения для предоставления ему информации о состоянии батареи 13 посредством напряжения V.
m
bat
bat
m
Средство 26 измерения может быть реализовано с возможностью выполнения периодического измерения напряжения на клеммах батареи 13, при этом период, обозначенный как Δt, на Фиг. 5, например, с помощью использования часов 22. Также можно выполнять измерение батареи 13 при получении сигнала измерения. Обозначение измеренное напряжение V может представлять собой напряжение на клеммах батареи 13 или величину, характеризующую это напряжение. В конкретном варианте осуществления, напряжение на клеммах батареи V измеряется каждые 24 ч, т.е. Δt=24 ч.
bat
OFF
min
min
OFF
Устройство 27 сравнения выполняется с возможностью сравнения измеренного напряжения V с первой пороговой величиной V и со второй пороговой величиной V. Вторая пороговая величина V выше первой пороговой величины V.
min
bat
min
Значение второй пороговой величины V соответствует работоспособной батарее 13. Таким образом, если измеренное напряжение V выше второго порогового значения V, устройство 27 сравнения выдает первые данные, характеризующие это сравнение, и батарея 13 считается работоспособной с точки зрения схемы контроля.
OFF
min
bat
Интервал между первым пороговым значением V и вторым пороговым значениемV соответствует батарее 13, которая может представлять собой проблему, которую есть возможность исправить. Таким образом, если измеренное напряжение V находится в пределах этого интервала, устройство 27 сравнения отправляет соотнесенные с этим вторые данные схеме контроля.
OFF
bat
OFF
Значение первой пороговой величины V соответствует неисправной батарее 13, которая не может быть восстановлена. Таким образом, если измеренное напряжение V ниже первого порогового значения V, устройство 27 сравнения выдает третьи данные, характеризующие это сравнение, и батарея 13 считается неисправной. Батарея 13, например, должна быть заменена.
Данные, выдаваемые устройством 27 сравнения, отправляются схеме 25 контроля. Если схема 25 контроля принимает первые данные, она может сохранить эти данные в запоминающем устройстве.
Если схема 25 контроля принимает третьи данные, она может уведомить пользователя, что батарея 13 неисправна и что должна быть запланирована замена последней для поддержки работы устройства 1 мониторинга со всеми его рабочими характеристиками. Указание неисправной батареи 13 может быть выполнено посредством светового индикатора, например, посредством светоизлучающего диода. Кроме того, можно использовать электромагнитную волну или электронный сигнал, чтобы уведомить пользователя об отказе батареи 13. Например, схема 25 контроля указывает конец срока службы батареи 13 посредством выхода 21 или другого предназначенного для этого выхода.
Если схема 25 контроля принимает вторые данные, она задействует протокол испытаний, чтобы определить, работоспособна батарея 13 или неисправна.
Схема 25 контроля связана с электрической нагрузкой 28, выбранной так, чтобы разряжать батарею 13. В этих условиях электрический ток течет из батареи 13 на электрическую нагрузку 28 (через клеммы 13a батареи 13).
bat
OFF
min
Частичная разрядка батареи 13, таким образом, запускается, когда измеренное напряжение V на клеммах 3a батареи 13 выше первой пороговой величины V и ниже второй пороговой величины V.
Разрядка батареи 13 запускается схемой 25 контроля, которая задает условия разрядки, например силу тока, длительность тока, величину электрических зарядов, поступающих от батареи 13, форму тока во времени (сила в зависимости от времени) и/или количество повторений разрядного тока, задающие модель.
d
d
Разрядный ток I выдается из батареи 13, и разрядный ток I выбирается так, чтобы, по меньшей мере, частично удалить пассивирующий слой, имеющийся на клемме или одном из внутренних электродов батареи 13.
d
Например, разрядный ток I обеспечивается в виде нескольких импульсов прямоугольной формы.
В одном варианте осуществления, схема 25 контроля соединяется с управляющим электродом переключателя 29. Переключатель 29 электрически соединяет две клеммы 13a батареи 13, или он соединяет одну из клемм 13a батареи 13 с опорным потенциалом 23, который способен отводить ток с электрических нагрузок. Этот вариант осуществления является предпочтительным, поскольку он компактен и позволяет легко управлять течением тока от батареи 13.
d
В еще более конкретном варианте осуществления переключатель 29 представляет собой транзистор. Транзистор 29 позволяет разрядному току I проходить от анода батареи 13 к опорному потенциалу 23 через электрическую нагрузку 28. Опорный потенциал 23 является, например, землей. Использование транзистора 29, связанного с электрической нагрузкой 28, позволяет получить чрезвычайно компактное устройство, в то же время обеспечивая возможность хорошего управления величиной тока, который нужно пропустить. Транзистор 29 позволяет установить длительность электрического тока, а электрическая нагрузка 28 позволяет установить силу тока.
Предпочтительно, если устройство 1 мониторинга содержит счетчик 30, который выполнен с возможностью измерения величины, характеризующей поток электронов.
d
d
d
Например, предпочтительно, если устройство 1 мониторинга содержит счетчик 30, который выполнен с возможностью измерения величины тока, протекающего через клеммы 13a батареи 13, или измерения числа повторений подачи тока, протекающего через клеммы 13a батареи 13. Счетчик 30 может представлять собой счетчик, который получает данные от схемы 25 контроля с указанием автоматического отключения разрядного тока I. В этом случае счетчик 30 записывает число повторений подачи разрядного тока I. Счетчик 30 также может быть счетчиком, измеряющим активирование управляющего электрода переключателя 29. Дополнительно счетчик может быть устройством измерения тока I, протекающего через батарею 13. В этом случае записанные данные представляют собой количество электронов, которые пропускаются через клеммы 13a батареи 13.
C
bat
В конкретном варианте осуществления, схема 25 контроля соединяется со счетчиком 30. Схема 25 контроля выполняется с возможностью указания отказа батареи 13, если устройством 27 сравнения отправляются вторые данные и если счетчик 30 предоставляет значение выше критического значения N. В этих условиях, было обнаружено, что напряжение V на клеммах батареи 13 находится в пределах интервала, в котором должен быть применен протокол испытаний, а счетчик 30 указывает, что протокол испытаний уже был применен несколько раз. А значит, по всей видимости, падение напряжения не связано с пассивирующим слоем или протекание тока на клеммах батареи 13 недостаточно для разрушения пассивирующего слоя. Выдача сигнала отказа дает возможность предвидеть ухудшение ситуации, когда батарея 13 больше не будет в состоянии подавать достаточное напряжение для снабжения электроэнергией схемы управления, третьего микроконтроллера или, по меньшей мере, схемы 24 хранения.
Эта конфигурация дает возможность быстрее обнаружить батарею 13, которая будет неработоспособна, и это позволяет восстановить некоторые пассивированные батареи 13 без необходимости вмешательства пользователя.
bat
В конкретном варианте осуществления схема 26 измерения выполняется с возможностью измерения напряжения V на клеммах батареи 13 сразу, как только батарея 13 была установлена.
В этих условиях, только что смонтированная батарея 13 обнаруживается автоматически, что позволяет пользователю сразу же знать, представляет ли проблему сама по себе новая батарея 13. Таким образом, предотвращается ситуация, когда пользователь, который только что смонтировал новую батарею, должен возвращаться, чтобы сменить эту батарею, которая неисправна.
Схема 26 измерения, устройство 27 сравнения и схема 25 контроля могут быть успешно выполнены с помощью отдельных электронных схем, или они могут быть, по меньшей мере, частично успешно выполнены в одной и той же электронной схеме, например, схеме управления и, в частности, с помощью микроконтроллера.
Использование микроконтроллера для формирования, по меньшей мере, чего-либо из схемы 25 контроля, схемы 26 измерения, устройства 27 сравнения и/или счетчика 30 является предпочтительным, поскольку это позволяет получить компактное устройство с низким энергопотреблением.
dd
В конкретной конфигурации, представленной на Фиг. 3b, первичный источник 2 электроэнергии подает питающее напряжение V на устройство 1 мониторинга через первый диод 31. Эта конфигурация особенно предпочтительна, когда первичное энергоснабжение происходит из контролируемой линии энергоснабжения, которое является энергоснабжением AC (переменный ток) или DC (постоянный ток).
dd
Напряжение V подается на анод первого диода 31. Первый диод 31 выполняется с возможностью снабжения электроэнергией схемы 25 контроля. Катод первого диода 31 в данном случае соединяется с входом третьего микроконтроллера 5.
В предпочтительном варианте осуществления первый диод 31 соединяется также с первым контактом развязывающего конденсатора 32, выполненного с возможностью сглаживания напряжения, подаваемого системами энергоснабжения. Второй контакт развязывающего конденсатора 32 соединяется с опорным потенциалом 23, в данном случае с землей. Энергоснабжение схемы 25 контроля со стороны первичного источника 2 энергии позволяет экономить электрическую батарею 13, последняя включается в работу только в случае отказа первичного источника 2.
То же самое предпочтительно и для других компонентов, участвующих в мониторинге состояния батареи 13, т.е. схемы 26 измерения, счетчика 30 и устройства 27 сравнения.
pol
Анод батареи 13 соединяется с истоком транзистора 29. Схема 25 контроля подает напряжение V на затвор упомянутого транзистора 29, что позволяет управлять течением тока от батареи 13 (Фиг. 3b).
2
В показанном примере сток транзистора 29 соединяется с анодом второго диода 31'. Катод диода 31' соединяется с входом схемы управления, а точнее, в данном случае, с входом третьего микроконтроллера. Электрическое соединение между этими двумя диодами 31 и 31' с развязывающим конденсатором 32 образует второй узел N. Транзистор 29 представляет собой, например, полевой МОП-транзистор P-типа.
dd
bat
в предпочтительном варианте осуществления питающее напряжение V, поставляемое благодаря первичному энергоснабжению 2, составляет приблизительно 3,3 В с допуском плюс-минус 5%. Электрическое напряжение V батареи 13 составляет приблизительно 3,6 В для полностью заряженной батареи 13.
d
В одном варианте осуществления, развязывающий конденсатор 32 представляет собой конденсатор, имеющий емкость приблизительно C=1 мкФ.
В конкретной конфигурации первый диод 31 и второй диод 31' представляют собой диоды Шоттки или кремниевые диоды, имеющие низкое прямое напряжение.
d
В конкретном рабочем режиме, показанном на Фиг. 3b, разрядный ток течет через третий микроконтроллер 5. Электрическая нагрузка 28 включается между третьим микроконтроллером 5 и опорным напряжением 23. Электрическое сопротивление приблизительно 1 кОм может, например, использоваться для формирования электрической нагрузки 28. В этом случае, разрядный ток I приблизительно 3 мА предпочтителен для обеспечения разложения пассивирующего слоя. Предпочтительно, если разрядный ток равен 3 мА, что соответствует разновидностям варианта осуществления для тока в диапазоне между 2,7 и 3,3 мА.
1
bat
1
2
2
В этой конфигурации, первый электрический узел N образуется соединением анода батареи 13 с контактом истока транзистора 29 и входом энергоснабжения схемы 4 управления. Напряжение V батареи 13 может быть измерено в узле N с помощью средства 26 измерения. Второй электрический узел N образуется соединением катода первого диода 31 с катодом второго диода 31' и вторым входом третьего микроконтроллера 5. Контакт развязывающего конденсатора 32 тоже соединяется с узлом N.
В процессе работы, контрольное устройство 1 может применять протокол контроля состояния батареи 13, который следует ниже и который показан на Фиг. 4.
Начало технологического процесса представлено этапом 40, батарея 13 присутствует и устройство 1 мониторинга снабжается электроэнергией или от батареи 13 или от источника 2 энергоснабжения. Этап 40 может рассматриваться как нахождение в неактивном состоянии.
bat
d
Команда на измерение выдается, чтобы инициировать измерение напряжения V на клеммах 13a батареи 13. Затем предпочтительно, если разрядный ток I подается на батарею 13 через нагрузку 28 для того, чтобы разрушить пассивирующий слой и произвести измерение напряжения под нагрузкой.
bat
bat
bat
bat
d
На этапе 41 напряжение V на клеммах батареи 13 измеряется с помощью средства 26 измерения. Лучше, если измерение напряжения V может быть сделано путем многократных последовательных измерений, что позволяет, например, вычислить среднее значение напряжения V, чтобы получить более надежное значение V. Затем разрядный ток I прерывается.
bat
min
OFF
На этапе 42-43 измеренное напряжение V сравнивается с первым и вторым пороговыми значениями V и V.
bat
OFF
bat
OFF
На этапе 42 измеренное напряжение V сравнивается с первым пороговым значением V (V<V ?).
bat
OFF
bat
OFF
Если напряжение V ниже первого порогового значения V (V<V), батарея 13 считается неисправной (этап 44), и предпочтительно ее заменить.
Предпочтительно, если обнаружение неисправного состояния соотнесено с указанием этого состояния пользователю (этап 45).
OFF
После этого события указания, способ контроля может быть прекращен на фазе ожидания для замены батареи 13. Предпочтительно, если указание может быть произведено, например, с использованием дискретного сигнала, отправляемого от выхода 41 на светоизлучающий диод, или с использованием цифрового или аналогового сигнала, отправляемого на другой компонент устройства мониторинга. В конкретном варианте осуществления пороговое значение V равно, например, 2,3 В.
bat
OFF
bat
OFF
bat
min
bat
min
bat
min
Если напряжение V, на этапе 42, выше первого порогового значения V (V>V), измеренное напряжение V сравнивается со вторым пороговым значением V. На этапе 43 измеренное напряжение V сравнивается со вторым пороговым значением V (V>V ?).
bat
min
bat
min
Если напряжение V выше второго порогового значения V (V>V), батарея 13 считается работоспособной. Эти данные могут сохраняться в запоминающем устройстве.
bat
Затем способ контроля возвращается в состояние ожидания (этап 40), или он выполняет еще один этап измерения напряжения V (этап 41). В предпочтительной форме, способ мониторинга возвращается в начальное состояние 40 и ждет новой команды на измерение, чтобы избежать размещения слишком большой нагрузки на батарею 13.
bat
min
bat
min
bat
OFF
min
Если напряжение V ниже второго порогового значения V (V<V), это означает, что напряжение V находится в пределах интервала напряжения между первым пороговым значением V и вторым пороговым значением V. Батарея 13 может представлять собой проблему, которую можно исправить.
d
d
Дополнительно задействуется протокол испытания батареи 13 (этап 46). Разрядный ток I снова подается на батарею 13 через нагрузку 28 для того, чтобы разрушить пассивирующий слой. В предпочтительной форме, при приложении разрядного тока I, счетчик 30 производит приращение, чтобы знать количество возникновений проблем такого типа (этап 47).
d
Счетчик выполняется с возможностью записи количества повторений активации разрядного тока I. Как указано выше, счетчик записывает данные, характеризующие количество повторений (n). Следовательно, можно записывать время, электрическую нагрузку, количество сделанных повторений или другую величину.
Приращение счетчика (этап 47) может быть выполнено перед этапом 46, в ходе этапа 46 или после этапа 46.
d
bat
bat
После определенного периода приложения разрядного тока I, напряжение V на клеммах батареи 13 измеряется заново (этап 41), чтобы измерить постепенное изменение напряжения V.
bat
Как и ранее, измеренное напряжение V сравнивается с первым и вторым значениями напряжения (этапы 42 и 43).
bat
min
bat
min
Если напряжение V выше второго порогового значения V (V>V), батарея 13 считается работоспособной. Эти данные могут сохраняться в запоминающем устройстве, и предпочтительно заново инициализировать счетчик 30.
bat
bat
OFF
Если напряжение V ниже первого порогового значения (V<V), батарея 13 считается неисправной, и предпочтительно ее заменить. Протокол, описанный выше, может быть применен.
bat
OFF
min
d
Если напряжение V находится в пределах интервала напряжения между первым пороговым значением V и вторым пороговым значением V, можно снова генерировать разрядный ток I.
d
bat
OFF
C
C
Для того чтобы избежать повторяемости разрядного тока I на клеммах батареи 13, пока напряжения V ниже первого порогового значения V, предпочтительно ввести этап 48 сравнения значения, записанного в счетчике 30, с критическим значением N (n<N ?). Здесь снова позиция этапа 48 относительно этапов 46 и 47 не имеет большого значения.
C
После того, как было достигнуто предельное значение N, считается, что батарея 13 уже не может быть отремонтирована, и эта батарея считается неисправной (этап 44). Предпочтительно, если протокол отказа применяется для того, чтобы уведомить пользователя.
bat
Итак, если измеренное напряжение V находится в диапазоне между первым и вторым пороговыми значениями, предпочтительно производить сравнение значения счетчика с критическим значением (этап 48) для того, чтобы определить, является батарея 13 неисправной или же разрядный ток может улучшить ситуацию. Это вводит дополнительный критерий, позволяющий обнаружить неисправную батарею.
bat
OFF
min
Порядок этапов 42 и 43 может быть изменен, насколько это допустимо для определения, является ли напряжение V ниже первого порогового значения V, выше второго порогового значения V или находится в интервале, указанном выше.
bat
В предпочтительном варианте осуществления, протокол контроля содержит периодическое повторение определенных этапов, в целях контролирования постепенного изменения состояния батареи 13 со временем. Предпочтительно, если измерение напряжения V на клеммах 13a батареи 13 выполняется периодически.
В предпочтительном варианте осуществления, протокол контроля запускается при подсоединении новой батареи 13 к устройству 1 мониторинга. Таким образом, пользователь быстро узнает, работоспособна батарея 13 или неисправна.
Также есть возможность принудительно задавать протокол измерения, например, посредством пользовательского действия либо путем нажатия кнопки 33, либо используя интерфейс связи.
bat
m
В конкретном рабочем режиме, измерение напряжения V, производимого на этапе 41, может быть схематично описано в форме, представленной на Фиг. 5. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 5, измерение напряжения выполняется циклически. Период равен времени Δt.
min
m1
min
OFF
m2
Если батарея 13 считается работоспособной, т.е. если измеренное напряжение выше пороговой величины V, предпочтительно выполнять измерение напряжения с первым периодом Δt, например, равным 24 ч. Если, с другой стороны, батарея 13 считается потенциально неисправной, т.е. если измеренное напряжение ниже пороговой величины V, но выше пороговой величины V, предпочтительно выполнять измерение напряжения со вторым периодом Δt, например, равным 19 минутам.
min
OFF
d
bat
d
В предпочтительной форме, при результате измерения напряжения на клеммах батареи 13 в пределах интервала, задаваемого напряжениями V и V, подается разрядный ток I, и напряжение V измеряется после предварительно заданного периода ожидания, который следует за прекращением разрядного тока I.
m2
d
В течение периода Δt, применяется фаза разгрузки с током, равным I. Эта периодическая фаза разгрузки позволяет клеммам батареи производить работу, чтобы уменьшить формирование пассивирующего слоя.
1
d
bat
bat
d
1
В пользующейся предпочтением форме, измерения напряжения выполняются после первого времени Δt ожидания, например, равного, по меньшей мере, 48 мс. Это первое время ожидания соответствует времени, разделяющему окончание подачи тока I и первое измерение напряжения V. Первое время ожидания позволяет повысить надежность измерения напряжения. Кроме того, можно измерять напряжение V при протекании тока I. В этом случае опять же предпочтительно выполнять измерение напряжения в постоянных условиях работы, например, после первого времени ожидания Δt.
bat
Как указывалось ранее, чтобы получить более точное измерение напряжения V на клеммах батареи, желательно производить несколько измерений напряжения. Например, производятся три измерения напряжения.
1
2
3
Эти измерения производятся в моменты t, t и t времени на Фиг. 5. Три измерения могут разделяться одинаковым периодом покоя, или можно применять разные периоды покоя между первым и вторым измерениями и между вторым и третьим измерениями.
В рабочем режиме, дающем хорошие результаты, время ожидания, по меньшей мере, равно 2 мс, имеющимся между двумя последовательными измерениями напряжения.
m
d
d
d
В течение периода Δt есть фаза разгрузки, когда подается ток I, и фаза покоя. Во время фазы покоя может подаваться второй ток. Второй ток меньше первого тока I. Предпочтительно, если второй ток меньше половины первого тока I (в абсолютных значениях). Кроме того, можно иметь нулевой второй ток во время фазы покоя.
d
В качестве варианта, во время фазы разгрузки, разрядный ток I является периодическим током с чередованием периодов разгрузки при первом токе и периодов покоя при втором токе, меньше первого тока (в абсолютных значениях), или при нулевом токе.
m
d
0
3
d
3
m
Например, на Фиг. 5, в течение периода Δt, есть фаза разгрузки с током, равным I, от t до t, и фаза покоя при намного меньшем токе относительно I, от t до конца периода Δt.
m
0
3
d
bat
Для иллюстративных целей, хорошие экспериментальные результаты были получены с периодом Δt, равным 19 секундам, и фазой от t до t, когда ток равен I, равной 50 миллисекундам, для контролирования напряжения V и депассивирования батареи.
bat
OFF
min
Для иллюстративных целей, постепенное изменение напряжения на клеммах батареи представлено на Фиг. 6. До времени A, измеренное напряжение V находится в диапазоне между напряжениями V и V. Имеется неясность по состоянию батареи, которая может быть работоспособной, но пассивированной. До времени A, разрядный ток подается от батареи 13.
bat
min
bat
От времени A до времени B, напряжение V выше, чем напряжениеV, и батарея 13 считается работоспособной. Измерение напряжения V выполняется периодически.
bat
min
OFF
От времени B до времени C, напряжение V находится в диапазоне между напряжением V и напряжением V. Опять подается разрядный ток.
bat
OFF
От наступления времени C, напряжение V ниже, чем напряжение V и батарея 13 считается неисправной.
Итак, предоставлено устройство, которое является эффективным, простым в производстве, и весьма подходящим для состояния батареи 13 энергоснабжения схемы 24 хранения.