CN106019167B - 一种基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于工况模拟的智能电能表电池性能测试方法，包括以下步骤：对电能表的静态功耗进行采集测量；对电能表的动态功耗进行采集测量；对测量所得静态功耗和动态功耗数据分别建立数据模型和数据图表，分别分析推算出电池在电能表上的使用寿命；通过静态功耗和动态功耗数据推算出的电池使用寿命，两者的功耗数据只要其中有一个未达到设计要求，就推断此电池不能用在该电能表上。本发明的方法较好的解决了当前单相智能电能表的电池使用寿命的分析评估问题，将现场因电池原因产生的用电纠纷情况进行了良好的解决。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能电能表，主要应用于智能电能表工作可靠性及内部电池性能测试。
背景技术
国网智能表采用费率计量，具有电量结算、定时冻结、负荷记录、停电按键唤醒、LCD显示等功能。这些功能建立在准确计时的基础上，而准确计时包括停电和外部电源供电时的两个方面的准确计时，电池的正常供电是停电准确计时的条件。按照相关标准要求，智能电能表的设计寿命要≥15年，要使时钟电池在设计寿命内能正常工作，时钟电池的选型及质量控制、电池控制电路设计、MCU低功耗设计等均非常关键，尤其是单相智能电能表设计中，采用的同一个电池同时给时钟芯片供电和给MCU供电工作，如果电池故障，将会导致时钟不准确、重要数据异常等严重故障，影响用户的正常用电结算。
智能表现场运行经验表明，因电池导致的质量问题是智能电能表的主要投诉问题之一。由于电池器件本身特性复杂，又是智能表的备用工作电源，同时支撑MCU、液晶、时钟芯片、存储电路等多路模块供电，一旦电池故障无法提供电源，将会直接导致停电状况下电能表时钟停走，而目前单相智能电能表的标准要求电池是内置式设计，无法进行现场更换，不利于现场维护更换，只能整表更换，费时费力，造成社会资源极大浪费，因此迫切需要一种能有效对智能电能表的电池性能评估的方法。
总结国网单相智能表时钟电池运行及维护中电池容量耗尽的原因分析主要有以下几点：
（1）电池质量问题造成电池耗尽；
（2）软件设计缺陷造成电池耗尽；
（3）硬件设计缺陷造成电池耗尽；
首先电池质量问题受到电池制作检验工艺的影响，不同的品牌质量差异较大，故障概率也呈现不一样。由于当前电能表上使用的电池品牌种类繁多，优劣难分，电池质量问题导致的现场电能表电池故障占了较大比重，如果可以实现方便快捷对电池的性能进行测试，对电池的在智能表上的使用寿命进行评估分析，能提前了解电池在电能表上的使用寿命，避免故障的发生，避免用户纠纷，提升用电服务质量，促进社会和谐。
其次软件设计缺陷造成电池电量耗尽也存在一定的比例，电能表在停电时没有完全进入低功耗，完全进入低功耗后频繁的唤醒MCU工作，进入低功耗后唤醒MCU使MCU工作时间较长导致电池电量耗尽，遇到类似故障，也需要对现场故障电表进行维护加以解决。
另外硬件设计缺陷造成电池电量耗尽也会占有部分的比例，电能表在停电时较大功耗的器件仍用电池供电或MCU低功耗指标相对较高导致电池电量耗尽。
智能电能表停电时电池放电维持电能表的存储数据和时钟。对电能表的电池安装在电能表上后的放电曲线没有充分的测量、分析和研究，对电池在电能表上使用寿命的做出了错误的推算，从而导致电能表在使用运行过程中出现各种电池电压低的问题。
发明内容
本发明是一种基于工况模拟的智能电能表电池性能测试方法，较好地解决了当前单相智能电能表的电池使用寿命的分析评估问题，将现场因电池原因产生的用电纠纷情况得到了良好的解决。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对电能表的静态功耗进行采集测量；
（2）对电能表的动态功耗进行采集测量；
（3）对测量所得静态功耗和动态功耗数据分别建立数据模型和数据图表，分别分析推算出电池在电能表上的使用寿命；
（4）通过静态功耗和动态功耗数据推算出的电池使用寿命，两者的功耗数据只要其中有一个未达到设计要求，就推断此电池不能用在该电能表上。
步骤（1）中，通过计算机与高精度测量仪表连接，分别在不同的工作环境下测量电能表上电池功耗。
采集测量数据包括：常温25℃电能表上电池功耗、高温75℃电能表上电池功耗、低温-25℃电能表上电池功耗和高温85℃、高湿湿度85%电能表上电池功耗。
步骤（2）中，通过计算机与高精度测量仪表连接，利用外部触发使电能表MCU工作，采集测量电能表外部电源供电和断电瞬间电能表电池功耗。
对测量所得静态功耗建立数据模型的方法为：
a. 电池容量除以常温25℃的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
b. 电池容量除以低温-25℃的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
c. 电池容量除以高温85℃、高湿湿度85%的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
d．电池容量除以高温(75℃)的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
e．根据电能表应用地方的当地一年的以上四种极端天气环境的天数推算电池工作的时间。
步骤（3）中，对测量所得的动态功耗建立数据图表，根据数据图表上的动态功耗数据，截取一段时间T内的功耗数据，把这段时间内所有的功耗数据累加，然后除以时间T，计算出电表的平均功耗，推算电池在电能表上的使用寿命。
本发明所达到的有益效果：
本发明提供的智能电能表电池测量方法具有使用简单、数据采集多、更接近现场运行情况、分析准确等优点。使用该方法可有效避免现场使用时出现电池故障的问题，避免现场使用电能表出现电池故障维修而影响用户用电，尤其当前主流电能表均具有费控、费率计量和结算等功能，保证电能表计量可靠性、预防用电纠纷尤为重要。
附图说明
图1是电能表一段时间内的电池功耗数据图。
具体实施方式
对于电池本身质量问题，软件设计缺陷造成电池耗尽，硬件设计缺陷造成电池耗尽的问题，通过对电池在电能表上的静态功耗和动态功耗的测量来推算电池的使用寿命，具体方法如下：
(1).静态功耗的测量：通过计算机与高精度测量仪表FLUKE 8808A 5-1/2 DIGITMULTIMETER连接控制，分别在常温(25℃), 高温(75℃), 低温(-25℃), 高温高湿(85℃、湿度85%)工作环境下测量72小时：常温(25℃)下电能表上电池功耗、高温(75℃)下电能表上电池功耗、低温(-25℃)下电能表上电池功耗、高温高湿(85℃、湿度85%)下电能表上电池功耗测量并采集测量数据。
(2).动态功耗的测量：通过计算机与高精度测量仪表连接控制，利用人为的外部触发(按键唤醒、结算等)使电能表MCU工作，测量电能表外部电源供电和断电瞬间电能表电池功耗，并采集测量数据。
(3).对测量所得静态功耗和动态功耗数据建立数据模型进行分析，推算出电能表上电池使用的寿命。
数据模型的建立方法：
a. 电池容量除以常温(25℃)的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
b. 电池容量除以低温(-25℃)的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
c. 电池容量除以高温高湿(85℃、湿度85%)的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
d．电池容量除以高温(75℃)的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
e．根据电能表应用地方的当地一年的以上四种极端天气环境的天数推算电池工作的时间。如：常温(25℃) 200天，如果在此温度下计算的可以工作天数为800天，则推算出此电池最多工作4年。
(4). 对测量所得动态功耗建立数据图表进行分析(如图1)，推算出电能表上电池使用的寿命。
a. 根据数据图上的动态功耗数据，截取一段时间T内的功耗数据，把这段时间内所有的功耗数据累加，然后除以时间T(截取的一段时间)，计算出电表的平均功耗，从而推算出电池在电能表上的使用寿命。
(5). 分别通过静态功耗和动态功耗数据推算出电池在电能表上的使用寿命，两者的功耗数据只要其中有一个未达到设计要求，就可以推断此电池不能用在该电能表上。
本发明解决了电池在电能表上的使用寿命推算和性能评估，解决个别产品质量问题，方便后期运行维护，提供一种避免故障产生及基于工况模拟的智能电能表电池性能测试方法。
该方法利用高精度测量仪表FLUKE 8808A 5-1/2 DIGIT MULTIMETER对电能表停电状态下的电池功耗进行测量检测。利用计算机软件由高精度测量仪表FLUKE 8808A 5-1/2 DIGIT MULTIMETER控制周期性的测量电能表停电状态下的电池功耗，通过计算机软件分析测量数据得出电池在电能表上的使用寿命，从而筛选出使用寿命不符合要求的电池，避免了电能表在运行现场出现电池故障的问题。
综上所述，本发明提供的智能电能表电池测量方法具有使用简单、数据采集多、更接近现场运行情况、分析准确等优点。使用该方法可有效避免现场使用时出现电池故障的问题，避免现场使用电能表出现电池故障维修而影响用户用电，尤其当前主流电能表均具有费控、费率计量和结算等功能，保证电能表计量可靠性预防用电纠纷尤为重要。
Claims (6)
1.一种基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）对电能表的静态功耗进行采集测量；
（2）对电能表的动态功耗进行采集测量；
（3）对测量所得静态功耗和动态功耗数据分别建立数据模型和数据图表，分别分析推算出电池在电能表上的使用寿命；
（4）通过静态功耗和动态功耗数据推算出的电池使用寿命，两者的功耗数据只要其中有一个未达到设计要求，就推断此电池不能用在该电能表上。
2.根据权利要求1所述的基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：步骤（1）中，通过计算机与高精度测量仪表连接，分别在不同的工作环境下测量电能表上电池功耗。
3.根据权利要求2所述的基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：采集测量数据包括：常温25℃电能表上电池功耗、高温75℃电能表上电池功耗、低温-25℃电能表上电池功耗和高温85℃、高湿湿度85%电能表上电池功耗。
4.根据权利要求1所述的基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：步骤（2）中，通过计算机与高精度测量仪表连接，利用外部触发使电能表MCU工作，采集测量电能表外部电源供电和断电瞬间电能表电池功耗。
5.根据权利要求1或3所述的基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：对测量所得静态功耗建立数据模型的方法为：
a. 电池容量除以常温25℃的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
b. 电池容量除以低温-25℃的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
c. 电池容量除以高温85℃、高湿湿度85%的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
d．电池容量除以高温75℃的电池功耗的平均值，计算出可以工作的天数；
e．根据电能表应用地方的当地一年的以上四种极端天气环境的天数推算电池工作的时间。
6.根据权利要求1所述的基于工况模拟的智能电能表时钟电池性能测试方法，其特征在于：步骤（3）中，对测量所得的动态功耗建立数据图表，根据数据图表上的动态功耗数据，截取一段时间T内的功耗数据，把这段时间内所有的功耗数据累加，然后除以时间T，计算出电表的平均功耗，推算电池在电能表上的使用寿命。
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