CN109991455B - 一种智能电表电池欠电压后电池补偿*** - Google Patents

一种智能电表电池欠电压后电池补偿*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能电表设备技术领域，具体涉及一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，包括参考电压调整器、补偿电路和上报通信模块，补偿电路第一输入端与参考电压调整器输出端连接，补偿电路第二输入端智能电表电池正极连接，补偿电路第三输入端与入户线连接，补偿电路输出端与智能电表供电电极正极以及上报通信模块供电正极连接，上报通信模块上电复位后将预设报文通过无线通信发送给服务器。本发明的实质性效果是：通过参考电压调整器能够使补偿电路，在智能电表电池电压下降到设定电压时触发补偿，整定方便、触发可靠，通过电容在短期内提供电压质量稍差的补偿供电，维持智能电表继续工作，提高智能电表可靠性。

Description

一种智能电表电池欠电压后电池补偿***
技术领域
本发明涉及智能电表设备技术领域，具体涉及一种智能电表电池欠电压后电池补偿***。
背景技术
智能电表是智能电网的智能终端，智能电表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能。智能电表具有起动电流小、无潜动、宽负荷、低功耗，误差曲线平直、长期运行时稳定性好、体积小以及安装方便的特点。智能电表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。智能电表具有通信、逻辑运算功能，导致智能电表的耗电量增加，而且通信、逻辑运算元件要求直流供电，且对直流电的质量有较高的要求。为了节省交直流转换模块的费用，目前智能电表多采用电池供电的方式。智能电表的使用期长达8-10年，期间需要数次更换供电电池。而电池一旦亏电，就会导致智能电表的通信模块不能正常工作，导致服务中心不能及时获悉智能电表的电池电量已耗尽。因而存在部分智能电表因电池电量耗尽且未被及时发现，导致用户电量计量不准确，影响电网正常运营。因而需要研制出一种能够在智能电表电池欠电压后，短期内对智能电表进行电量补偿，上报服务中心派单更换电池，并维持智能电表正常工作到电工入户更换电池。
中国专利CN201721097262.X，公开日2018年5月22日，一种智能电表，包括电池、壳体、设于壳体中的接线部件，壳体包括下壳、上壳，下壳的长度大于上壳的长度，下壳及上壳均呈长方体形，上壳与下壳对合后固定，下壳的后端与上壳的后端齐平，接线部件设于下壳内且位于上壳的前方，接线部件的上方还罩设有面罩；其特征在于：上壳上开设有窗口，窗口中有面板，面板的一侧枢接在窗口的一侧，面板的另一侧与上壳通过螺杆固定；窗口下陷后形成电池腔，电池位于电池腔中，电池腔内设有与电池电连接的导电部件；电池的两侧还下凹的手持口。其技术方案上壳上设置电池腔，将电池置于该电池腔中，方便更换电池。但其不能主动将电池欠电压上报到服务中心，导致服务中心不能及时派单更换电池，而依赖用户更换电池则不够稳定可靠。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：目前智能电表在供电电池欠压后不能可靠的上报服务中心以及保存数据的技术问题。提出了一种能够短期维持智能电表工作的智能电表电池欠电压后电池补偿***。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案为：一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，包括参考电压调整器、补偿电路和上报通信模块，所述补偿电路第一输入端与参考电压调整器输出端连接，所述补偿电路第二输入端智能电表电池正极连接，所述补偿电路第三输入端与入户线连接，补偿电路输出端与智能电表供电电极正极以及上报通信模块供电正极连接，所述上报通信模块上电复位后将预设报文通过无线通信发送给服务器。参考电压调整器用于调整触发补偿的整定电压值，当智能电表电池电压下降到该值时，补偿电路进行补偿供电，维持智能电表继续工作，同时上报通信模块与服务中心通信，上报智能电表电池欠电压，等待更换。
作为优选，所述补偿电路包括变压器、整流桥B1、二极管D1、稳压二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R1、MOS管M1、三极管T1以及JFET管M2，所述变压器输入端与入户相线以及零线连接，所述变压器输出端与整流桥B1输入端连接，整流桥B1输出端正极与二极管D1阳极连接，二极管D1阴极与电容C1第一端、稳压二级管D2阴极、MOS管M1漏极以及三极管T1集电极连接，电容C1第二端以及稳压二极管D2阴极均与整流桥B1输出端负极连接，MOS管M1源极与上报通信模块的供电正极以及智能电表的供电电极正极连接，上报通信模块供电负极与电容C1第二端连接，MOS管M1栅极与三极管T1发射极以及电阻R1第一端连接，三极管T1基极与JFET管M2漏极连接，JFET管M2源极以及二极管D3阳极均与智能电表电池BT1的正极连接，JFET管M2栅极与参考电压调整器第一端连接，电阻R1第二端以及参考电压调制器第二端均接地，智能电表电池BT1的负极与智能电表的供电电极负极和二极管D3阴极连接。补偿电路第一输入端为JFET管M2栅极，补偿电路第二输入端为JFET管M2源极，补偿电路第三输入端带有两个电极，分别与入户相线和入户零线连接，补偿电路的输出端为MOS管M1源极。
补偿电路的工作原理为：当智能电表电池BT1的电压下降时，JFET管M2的GS压差也下降，当JFET管M2的GS压差下降到能够开启导电通道时，JFET管M2的源极和漏极之间将会有小电流通过，经过三级管T1的放大作用，使电阻R1第一端的电位足够开启MOS管M1，MOS管M1导通后电容C1可以经过MOS管M1为上报通信模块以及智能电表供电，上报通信模块上电后与服务中心通信，上报电池欠电压，服务中心安排更换。通过参考电压调整器可以调整JFET管M2栅极的电位，从而能够调整给定智能电表电池BT1电压值下JFET管M2的GS压差，控制JFET管M2的开启时机，达到设定触发补偿时智能电表电池BT1电压的目的。
作为优选，还包括存储器，所述存储器与上报通信模块连接，所述存储器内存储有智能电表用户地址信息。通过存储器可以永久存储用户相关信息，比如用户地址，使服务中心能够准确获得智能电表的位置，方便派工。
作为优选，所述参考电压调整器包括支座、螺钉、弹簧、压垫陶瓷和护板，所述支座开有缺口，所述缺口第一侧为支撑部，所述缺口第二侧端面处加工有盲孔，所述弹簧第一端固定在所述盲孔底部，所述弹簧的自由长度大于盲孔深度，所述压电陶瓷极化正负极端面均固定有所述护板，所述支撑部对应盲孔的位置加工有螺纹孔，所述螺钉拧入所述螺纹孔，所述压电陶瓷第一端处的护板与弹簧自由端固定连接，所述压电陶瓷第二端处的护板与所述螺钉抵接，所述压电陶瓷极化正极接地，所述压电陶瓷极化负极与P1端连接，所述P1端作为参考电压调整器的输出端。通过螺钉给压电陶瓷施加的压力，使压电陶瓷极化两端面之间产生与压力相关的电压差，达到微调JFET管M2栅极电位的目的。
作为优选，还包括刻度环，所述刻度环铰接安装在支撑部，所述刻度环与所述螺纹孔基本同心，所述螺钉的螺纹面加工有贯穿螺钉长度的刻槽。刻度环的使用方法为：首先缓慢拧动螺钉直到弹簧刚好被挤入盲孔，此时护板与基座刚好接触，弹簧的形变量是已知的，此时压电陶瓷受到的压力也是已知的，通过事先测定压电陶瓷极化两端面之间的电压差，即可知道此刻压电陶瓷极化两端面之间的电压差，称为初始电压差，并旋转刻度环使刻槽对准初始电压差，而后继续旋转螺钉，使螺钉上的刻槽与期望的JFET管M2栅极电位对应的刻度环上的刻度对其，刻度环上的刻度可有试验标定获得。JFET管M2开启导电通道的GS压差根据其元件说明书获得，根据期望的触发补偿时智能电表电池BT1的电压和JFET管M2开启导电通道的GS压差即可获得期望的JFET管M2栅极电位。
作为优选，所述变压器为压电陶瓷变压器。压电陶瓷变压器具有体积小、发热量小以及噪音小的优点，适合在智能电表内阶段性使用。
本发明的实质性效果是：通过参考电压调整器能够使补偿电路，在智能电表电池电压下降到设定电压时触发补偿，整定方便、触发可靠，通过电容在短期内提供补偿供电，维持智能电表继续工作，提高智能电表可靠性。
附图说明
图1为实施例一电池补偿***结构示意图。
图2为实施例一补偿电路原理图。
图3为实施例二参考电压调整器结构示意图。
图4为实施例二参考电压调整器三维结构示意图。
其中：1、变压器，2、螺钉，3、支撑部，4、护板，5、压电陶瓷，6、支座，7、刻度环，8、刻槽，100、入户相线，200、参考电压调整器，300、补偿电路，400、上报通信模块，500、智能电表供电电极。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步具体说明。
实施例一：
一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，如图1所示，为实施例一电池补偿***结构示意图，本实施例包括参考电压调整器200、补偿电路300和上报通信模块400，补偿电路300第一输入端与参考电压调整器200输出端连接，补偿电路300第二输入端智能电表电池正极连接，补偿电路300第三输入端与入户线连接，补偿电路300输出端与智能电表供电电极500正极以及上报通信模块400供电正极连接，上报通信模块400上电复位后将预设报文通过无线通信发送给服务器。参考电压调整器200用于调整触发补偿的整定电压值，当智能电表电池电压下降到该值时，补偿电路300进行补偿供电，维持智能电表继续工作，同时上报通信模块400与服务中心通信，上报智能电表电池欠电压，等待更换。
如图2所示，为实施例一补偿电路原理图，补偿电路300包括变压器1、整流桥B1、二极管D1、稳压二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R1、MOS管M1、三极管T1以及JFET管M2，变压器1输入端与入户相线100以及零线连接，变压器1输出端与整流桥B1输入端连接，整流桥B1输出端正极与二极管D1阳极连接，二极管D1阴极与电容C1第一端、稳压二级管D2阴极、MOS管M1漏极以及三极管T1集电极连接，电容C1第二端以及稳压二极管D2阴极均与整流桥B1输出端负极连接，MOS管M1源极与上报通信模块400的供电正极以及智能电表的供电电极正极连接，上报通信模块400供电负极与电容C1第二端连接，MOS管M1栅极与三极管T1发射极以及电阻R1第一端连接，三极管T1基极与JFET管M2漏极连接，JFET管M2源极以及二极管D3阳极均与智能电表电池BT1的正极连接，JFET管M2栅极与参考电压调整器200第一端连接，电阻R1第二端以及参考电压调制器第二端均接地，智能电表电池BT1的负极与智能电表的供电电极负极和二极管D3阴极连接。参考电压调整器200采用可调稳压元件，可调稳压元件由电容C1供电。补偿电路300第一输入端为JFET管M2栅极，补偿电路300第二输入端为JFET管M2源极，补偿电路300第三输入端带有两个电极，分别与入户相线100和入户零线连接，补偿电路300的输出端为MOS管M1源极。
补偿电路300的工作原理为：当智能电表电池BT1的电压下降时，JFET管M2的GS压差也下降，当JFET管M2的GS压差下降到能够开启导电通道时，JFET管M2的源极和漏极之间将会有小电流通过，经过三级管T1的放大作用，使电阻R1第一端的电位足够开启MOS管M1，MOS管M1导通后电容C1可以经过MOS管M1为上报通信模块400以及智能电表供电，电容C1通过整流桥B1以及变压器1由入户线进行充电，上报通信模块400上电后与服务中心通信，上报电池欠电压，服务中心安排更换。通过参考电压调整器200可以调整JFET管M2栅极的电位，从而能够调整给定智能电表电池BT1电压值下JFET管M2的GS压差，控制JFET管M2的开启时机，达到设定触发补偿时智能电表电池BT1电压的目的。
存储器与上报通信模块400连接，存储器内存储有智能电表用户地址信息。通过存储器可以永久存储用户相关信息，比如用户地址，使服务中心能够准确获得智能电表的位置，方便派工。
实施例二：
一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，本实施例对参考电压调整器200做了改进，如图3所示，为实施例二参考电压调整器结构示意图，如图4所示，为实施例二参考电压调整器三维结构示意图，本实施例中，参考电压调整器200包括支座6、螺钉2、弹簧、压垫陶瓷和护板4，支座6开有缺口，缺口第一侧为支撑部3，缺口第二侧端面处加工有盲孔，弹簧第一端固定在盲孔底部，弹簧的自由长度大于盲孔深度，压电陶瓷5极化正负极端面均固定有护板4，支撑部3对应盲孔的位置加工有螺纹孔，螺钉2拧入螺纹孔，压电陶瓷5第一端处的护板4与弹簧自由端固定连接，压电陶瓷5第二端处的护板4与螺钉2抵接，压电陶瓷5极化正极接地，压电陶瓷5极化负极与P1端连接，P1端作为参考电压调整器200的输出端。通过螺钉2给压电陶瓷5施加的压力，使压电陶瓷5极化两端面之间产生与压力相关的电压差，达到微调JFET管M2栅极电位的目的。
还包括刻度环7，刻度环7铰接安装在支撑部3，刻度环7与螺纹孔基本同心，螺钉2的螺纹面加工有贯穿螺钉2长度的刻槽8。刻度环7的使用方法为：首先缓慢拧动螺钉2直到弹簧刚好被挤入盲孔，此时护板4与基座刚好接触，弹簧的形变量是已知的，此时压电陶瓷5受到的压力也是已知的，通过事先测定压电陶瓷5极化两端面之间的电压差，即可知道此刻压电陶瓷5极化两端面之间的电压差，称为初始电压差，并旋转刻度环7使刻槽8对准初始电压差，而后继续旋转螺钉2，使螺钉2上的刻槽8与期望的JFET管M2栅极电位对应的刻度环7上的刻度对其，刻度环7上的刻度可有试验标定获得。JFET管M2开启导电通道的GS压差根据其元件说明书获得，根据期望的触发补偿时智能电表电池BT1的电压和JFET管M2开启导电通道的GS压差即可获得期望的JFET管M2栅极电位。
变压器1为压电陶瓷变压器。压电陶瓷变压器具有体积小、发热量小以及噪音小的优点，适合在智能电表内阶段性使用。其余结构同实施例一。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (5)

1.一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，其特征在于，
包括参考电压调整器、补偿电路和上报通信模块，所述补偿电路第一输入端与参考电压调整器输出端连接，所述补偿电路第二输入端智能电表电池正极连接，所述补偿电路第三输入端与入户线连接，补偿电路输出端与智能电表供电电极正极以及上报通信模块供电正极连接，所述上报通信模块上电复位后将预设报文通过无线通信发送给服务器；
所述补偿电路包括变压器、整流桥B1、二极管D1、稳压二极管D2、二极管D3、电容C1、电阻R1、MOS管M1、三极管T1以及JFET管M2，所述变压器输入端与入户线以及零线连接，所述变压器输出端与整流桥B1输入端连接，整流桥B1输出端正极与二极管D1阳极连接，二极管D1阴极与电容C1第一端、稳压二级管D2阴极、MOS管M1漏极以及三极管T1集电极连接，电容C1第二端以及稳压二极管D2阴极均与整流桥B1输出端负极连接，MOS管M1源极与上报通信模块的供电正极以及智能电表的供电电极正极连接，上报通信模块供电负极与电容C1第二端连接，MOS管M1栅极与三极管T1发射极以及电阻R1第一端连接，三极管T1基极与JFET管M2漏极连接，JFET管M2源极以及二极管D3阳极均与智能电表电池BT1的正极连接，JFET管M2栅极与参考电压调整器第一端连接，电阻R1第二端以及参考电压调制器第二端均接地，智能电表电池BT1的负极与智能电表的供电电极负极和二极管D3阴极连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，其特征在于，
还包括存储器，所述存储器与上报通信模块连接，所述存储器内存储有智能电表用户地址信息。
3.根据权利要求1或2所述的一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，其特征在于，
所述参考电压调整器包括支座、螺钉、弹簧、压电陶瓷和护板，所述支座开有缺口，所述缺口第一侧为支撑部，所述缺口第二侧端面处加工有盲孔，所述弹簧第一端固定在所述盲孔底部，所述弹簧的自由长度大于盲孔深度，所述压电陶瓷极化正负极端面均固定有所述护板，所述支撑部对应盲孔的位置加工有螺纹孔，所述螺钉拧入所述螺纹孔，所述压电陶瓷第一端处的护板与弹簧自由端固定连接，所述压电陶瓷第二端处的护板与所述螺钉抵接，所述压电陶瓷极化正极接地，所述压电陶瓷极化负极与P1端连接，所述P1端作为参考电压调整器的输出端。
4.根据权利要求3所述的一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，其特征在于，
还包括刻度环，所述刻度环铰接安装在支撑部，所述刻度环与所述螺纹孔基本同心，所述螺钉的螺纹面加工有贯穿螺钉长度的刻槽。
5.根据权利要求1所述的一种智能电表电池欠电压后电池补偿***，其特征在于，
所述变压器为压电陶瓷变压器。
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