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专利名称：电池接地故障检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池接地故障检测电路，尤指一种适用于不断电系统的电池接地故障检测电路。
背景技术：
不稳定的电源品质经常造成计算机及各种精密仪器的损坏、意外停机及重要资料遗失，因此不断电系统(Uninterruptible Power System，UPS)已渐渐成为计算机及各种精密仪器不可缺少的辅助配备。所谓不断电系统顾名思义是在外部电源停电或供电异常时，用以供应紧急电源的设备，其一般为箱状且主要由电池、监控软件和继电器等装置所构成。不断电系统主要的结构是电池，电池平时保持在充满电力的状态，一旦不断电系统侦测到外部电源断电或是电压出现异常时，就会在极短的时间的内切换到电池电源，将电池内的直流电转换成交流电供给至负载，因此通过备用电池的电源可维持数分钟甚至数小时的缓冲时间，以完成正在进行的工作，依照正常程序关机，以避免资料的遗失或是系统的损坏。
电池在不断电系统的应用中是一个不可缺少的重要组件，在大部分的不断电系统中，通常有外接独立的电池箱，以延长电池放电时间。但电池有可能因漏液造成接地故障，或者因搬运不当及安装不良造成电池端子对地短路故障，轻者造成电池损坏，严重者可能引起电池燃烧造成工伤事件或使不断电系统发生故障，造成负载断电。
请参阅图1A，其为公知不断电系统的架构示意图。如图1A所示，该不断电系统的核心组件包含输入电源10、整流器11、电池箱12、电池121以及换流器13。当电池组中任何一个电池121发生漏液而与电池箱12接触时，由于电池箱12外壳已经实施设备接地，因此会对地形成一个电流回路，并于漏液处发生火花及高热，可能造成电池121外壳过热而燃烧的危险。对于此漏液现象，虽然可将电池121安置在特制的绝缘的电池盒内来防止漏液与机壳接触，但仍有其不可靠之处。
针对电池箱12的电池121接地故障问题，日本特开平7-146321号专利申请案，公开于1995年6月6日，其所提出的保护方式为于输入电源10与整流器11之间加装漏电断路器14，当检测器15检测出异常的输入电源时，产生一信息用以触发该漏电断路器14，如图1B所示。但由于接地漏电断路器14灵敏度的问题，此方式可能无法检测出异常或是不正常的误动作，且其价格较昂贵。
另一检测电池接地故障的方式为美国发明专利公开号第US2003/0030440A1号申请案，公开于2003年2月13日，其是利用电阻分压检测方式来判断电池是否有接地故障问题。如图1C所示，当有电池121产生接地故障时，检测器15因电阻16分压异常产生一信息送至不断电系统的微控制器17，由微控制器17来警告或做适当的处置。但因电池121漏液接地故障发生时电解液有阻抗存在，此方式仍会因精密度问题使处于中间范围的电池的接地故障无法被检测出。
请参阅图1D，其所使用的检测方式是于输入电源10的输入端加一隔离变压器(isolation transformer)18，可避免因电池121接地故障而形成电流回路，但此隔离变压器18的容量须与不断电系统相同，故会增加过多的成本及装置空间。就成本效益观点而言，此方式不是一最佳的处理方式。
由以上叙述可知，不断电系统的应用在于提高用户用电的可靠度，其应有能力检测各种故障并做出适当的处理程序。对于无法检测的故障将会降低不断电系统供电的可靠度。因此，如何发展一种可改善上述公知技术缺陷且能实时检测出电池发生接地故障问题的检测电路，实为目前迫切需要解决的问题。

发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可适用于不断电系统的电池接地故障检测电路，以解决传统电池接地故障检测电路可靠度不佳、成本昂贵、灵敏度不佳等等缺点。
为达到上述目的，本发明的一较广义实施形式为提供一种电池接地故障检测电路，适用于一不断电系统，该不断电系统包含一控制器且与一电池箱连接，该电池箱具有一接地端。本发明的电池接地故障检测电路是用以检测设置于该电池箱内的电池是否发生接地故障并由该控制器进行相对应的保护程序，该电池接地故障检测电路包含一传感器，电连接于该电池箱的该接地端，用以感测该接地端输出的一接地电流信号；一信号处理器，电连接于该传感器，用以对该接地电流信号进行滤波及放大处理；一峰值比较器，电连接于该信号处理器，其具有一预设峰值，用以将经过滤波及放大处理的该接地电流信号与该预设峰值进行比较，而于该接地电流信号的峰值大于该预设峰值时，产生一交流控制信号；以及一信号转换器，电连接于该峰值比较器，用以将该交流控制信号转换成一直流控制信号，并传送至该控制器，使该控制器响应该直流控制信号的触发而对该不断电系统进行相对应的保护程序。
根据本发明的构想，其中该传感器为一电流传感器(HALL CT)，用以从该接地端感测该接地电流信号。
根据本发明的构想，其中该信号处理器为一放大器(OPA)，用以对该接地电流信号进行滤波及放大处理。
根据本发明的构想，其中该峰值比较器由两个放大器所构成，其中一个用以比对正电流峰值，另一个用以比对负电流峰值。
根据本发明的构想，其中该交流控制信号为一方波控制信号。
根据本发明的构想，其中该信号转换器由一积分电路及一比较器所构成，该交流控制信号经由该积分电路进行积分处理后与该比较器进行比较，以产生该直流控制信号。
根据本发明的构想，其中该积分电路为一电阻电容积分电路，用以对该交流控制信号进行积分处理。
根据本发明的构想，其中该比较器为一放大器(OPA)，用以将积分处理完成的该交流控制信号进行比较后产生该直流控制信号。
根据本发明的构想，其中该电池接地故障检测电路设置于该电池箱内部，并借由一传输线与该控制器互相传输信号。
根据本发明的构想，其中该电池接地故障检测电路设置于该不断电系统内部。
根据本发明的构想，其中该控制器为一微控制器(MCU)，当电池箱内的电池发生电池接地故障时，用以对该不断电系统进行相对应的保护程序。
根据本发明的构想，其中该电池箱的内部设置多个电池。
为达到上述目的，本发明还提供一种不断电系统，该不断电系统包含一控制器；一电池箱，其具有一接地端；一电池接地故障检测电路，电连接于该控制器及该电池箱，用以检测设置于该电池箱内的电池是否发生接地故障并由该控制器进行相对应的保护程序。该电池接地故障检测电路包含一传感器，电连接于该电池箱的该接地端，用以感测该接地端输出的一接地电流信号；一信号处理器，电连接于该传感器，用以对该接地电流信号进行滤波及放大处理；一峰值比较器，电连接于该信号处理器，其具有一预设峰值，用以将经过滤波及放大处理的该接地电流信号与该预设峰值进行比较，而于该接地电流信号的峰值大于该预设峰值时，产生一交流控制信号；以及一信号转换器，电连接于该峰值比较器，用以将该交流控制信号转换成一直流控制信号，并传送至该控制器，使该控制器响应该直流控制信号的触发而对该不断电系统进行相对应的保护程序。
根据本发明的构想，其中该电池接地故障检测电路设置于该电池箱内部，并借由一传输线与该控制器互相传输信号。
根据本发明的构想，其中该电池接地故障检测电路设置于该不断电系统内部。
本发明将通过下列图式与实施例进行说明，以得到一更深入的了解。


图1A为公知的不断电系统的架构示意图；图1B为公知的加装漏电断路器以检测电池接地故障的电路架构示意图；图1C为公知的使用电阻分压来检测电池接地故障的电路架构示意图；图1D为公知的加装隔离变压器以检测电池接地故障的电路架构示意图；图2为本发明较佳实施例的不断电系统的电路方框示意图；图3为本发明的电池接地故障检测电路的电路图；图4A为本发明的电池接地故障检测电路设置于不断电系统的架构示意图；
图4B为本发明的电池接地故障检测电路设置于电池箱的架构示意图。
其中，附图标记说明如下10输入电源 11整流器12电池箱121电池13换流器14漏电断路器15检测器16电阻17微控制器 18隔离变压器20电池箱201电池202接地线 21不断电系统22电池接地故障检测电路 23电流传感器24信号处理器241放大器25峰值比较器251第一放大器252第二放大器 26信号转换器261电阻电容积分电路 262比较器27微控制器 28传输线具体实施方式
本发明为一种电池接地故障检测电路，适用于不断电系统，其利用电流传感器来侦测电池箱的接地电流信号，并借由峰值比较器来进行比较，以达到判断电池接地是否发生故障，且任何一电池箱发生接地故障时均可被检测出，进而解决公知技术的可靠度不佳、成本昂贵、灵敏度不佳等等问题。
请参阅图2，其为本发明较佳实施例的电池接地故障检测电路的电路方框示意图。如图2所示，电池接地故障检测电路22其一端与电池箱20的接地端电连接而另一端与控制器连接，且控制器为一微控制器27。电池接地故障检测电路22主要用以检测电池箱20的接地电流信号，当电池接地故障被检测出时，传送一信号至不断电系统21的微控制器27，由微控制器27发出警告信息并关闭整流器(图中未示)或跳脱电池端的电池开关，以断开漏电流回路的方式，防止更严重的事件发生，并提高不断电系统运转的可靠度。
电池接地故障检测电路22的核心组件包含一传感器、一信号处理器24、一峰值比较器25及一信号转换器26。其中，传感器为一电流传感器23，用以自电池箱20的接地端感测接地电流信号。信号处理器24为一放大器(OPA)，用以将电流传感器23感测的接地电流信号滤波并放大。
另外，峰值比较器25与信号处理器24电连接，且主要由两个放大器所构成，第一放大器251负责比对正电流峰值，而第二放大器252负责比对负电流峰值。第一放大器251及第二放大器252均具有一预设峰值，用以将经过滤波及放大处理的接地电流信号与各自的预设峰值进行比较，当接地电流信号的峰值大于预设峰值时，产生接地故障的交流控制信号。
信号转换器26由电阻电容积分电路(RC Integrate Circuit)261及比较器262所组成，因接地电流信号为交流信号，故所产生的接地故障控制信号为方波信号，为了避免微控制器27因噪声干扰造成检测错误，故需经电阻电容积分电路261进行积分处理后，再与比较器262比较后产生一直流控制信号，并传送至不断电系统21的微控制器27，使微控制器27响应直流控制信号的触发而发出警告信息并关闭整流器或跳脱电池端的电池开关，以防止更严重的工伤事件发生，并提高不断电系统运转的可靠度。
请参阅图3，其为本发明的电池接地故障检测电路的电路图。如图所示，信号处理器24包括一放大器(OPA1)241，用以将电流传感器23侦测的接地电流信号滤波并放大，再经由峰值比较器25的第一放大器(OPA2)251与第二放大器(OPA3)252进行正负电流峰值比较，当接地故障的情形发生时，产生接地故障控制信号。接着，经电阻电容积分电路261处理后，再与比较器(OPA4)262进行比较进而产生直流控制信号，将该直流控制信号传送至不断电系统21的微控制器27，由微控制器27进行相对应的保护程序。
在一些实施例中，电池接地故障检测电路22可于电池箱内部或是不断电系统内部侦测接地电流信号。请参阅图4A，其将电池接地故障检测电路22放置在不断电系统21内部，电池箱20箱体为金属，由电池箱20的机壳的接地端连接一接地线202至不断电系统21，先穿过电流传感器23再接至接地端子。当电池201有接地故障发生时，会有一电流信号流经接地线202，此时电流传感器23感应此一信号后送至信号处理器24及峰值比较器25，经峰值比较器25检测出故障后，送直流控制信号至微控制器27，再由微控制器27作保护过程控制。
请参阅图4B，其将电池接地故障检测电路22设置在电池箱20内，电池箱体的接地线202先穿过电流传感器23再至接地端子，此时接地端子可直接用接地线接至大地，或用接地线接至不断电系统21的接地端子再接至大地。当电池201有接地故障发生时，电池接地故障检测电路22检测出故障后，将故障信息经传输线28连接至不断电系统21的微控制器27，再由微控制器27作保护过程控制。其中传输线28可为RS232或是RS485规格的传输线。
综上所述，本发明的电池接地故障检测电路，利用电流传感器来侦测电池箱的接地电流信号，可达到检测电池接地故障的目的，且任何一电池箱发生接地故障时均可被实时检测出来，可改善公知技术的缺点。此外，由于本发明的电池接地故障检测电路增设一信号转换器，用以将交流控制信号转换成直流控制信号，可避免微控制器因噪声干扰造成检测错误。
对于本领域的普通技术人员，通过本发明公开的构思及其技术方案可以进行各种修改，然而这些都应属于本发明的保护范围。
权利要求
1.一种电池接地故障检测电路，适用于一不断电系统，该不断电系统包含一控制器且与一电池箱连接，该电池箱具有一接地端，其是用以检测设置于该电池箱内的电池是否发生接地故障并由该控制器进行相对应的保护程序，该电池接地故障检测电路包含一传感器，电连接于该电池箱的该接地端，用以感测该接地端输出的一接地电流信号；一信号处理器，电连接于该传感器，用以对该接地电流信号进行滤波及放大处理；一峰值比较器，电连接于该信号处理器，其具有一预设峰值，用以将经过滤波及放大处理的该接地电流信号与该预设峰值进行比较，而在该接地电流信号的峰值大于该预设峰值时，产生一交流控制信号；以及一信号转换器，电连接于该峰值比较器，用以将该交流控制信号转换成一直流控制信号，并传送至该控制器，使该控制器响应该直流控制信号的触发而对该不断电系统进行相对应的保护程序。
2.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该传感器为一电流传感器，用以自该接地端感测该接地电流信号，而该信号处理器为一放大器，用以对该接地电流信号进行滤波及放大处理。
3.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该峰值比较器由两个放大器所构成，其中一个用以比对正电流峰值，另一个用以比对负电流峰值。
4.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该交流控制信号为一方波控制信号。
5.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该信号转换器由一积分电路及一比较器所构成，该交流控制信号经由该积分电路进行积分处理后与该比较器进行比较，以产生该直流控制信号。
6.如权利要求5所述的电池接地故障检测电路，其中该积分电路为一电阻电容积分电路，用以对该交流控制信号进行积分处理，而该比较器为一放大器，用以将积分处理完成的该交流控制信号进行比较后产生该直流控制信号。
7.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该电池接地故障检测电路设置于该电池箱内部，并借由一传输线与该控制器互相传输信号。
8.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该电池接地故障检测电路设置于该不断电系统内部。
9.如权利要求1所述的电池接地故障检测电路，其中该控制器为一微控制器，当电池箱内的电池发生电池接地故障时，用以对该不断电系统进行相对应的保护程序。
10.一种不断电系统，其包含一控制器；一电池箱，其具有一接地端；一电池接地故障检测电路，电连接于该控制器及该电池箱，用以检测设置于该电池箱内的电池是否发生接地故障并由该控制器进行相对应的保护程序，该电池接地故障检测电路包含一传感器，电连接于该电池箱的该接地端，用以感测该接地端输出的一接地电流信号；一信号处理器，电连接于该传感器，用以对该接地电流信号进行滤波及放大处理；一峰值比较器，电连接于该信号处理器，其具有一预设峰值，用以将经过滤波及放大处理的该接地电流信号与该预设峰值进行比较，而在该接地电流信号的峰值大于该预设峰值时，产生一交流控制信号；以及一信号转换器，电连接于该峰值比较器，用以将该交流控制信号转换成一直流控制信号，并传送至该控制器，使该控制器响应该直流控制信号的触发而对该不断电系统进行相对应的保护程序。
全文摘要
电池接地故障检测电路，适用于不断电系统，该不断电系统包含电池箱及控制器，电池箱具有接地端，以检测设于电池箱内的电池是否发生接地故障并由控制器进行相应的保护程序。电池接地故障检测电路包含传感器，电连接电池箱的接地端，以感测接地端输出的接地电流信号；信号处理器，电连接传感器，以对接地电流信号进行滤波及放大处理；峰值比较器，电连接信号处理器，具有预设峰值，以将经滤波及放大处理的接地电流信号与预设峰值进行比较，在接地电流信号的峰值大于预设峰值时产生交流控制信号；及信号转换器，电连接峰值比较器，将交流控制信号转换成直流控制信号传送至控制器，控制器根据直流控制信号的触发而对不断电系统进行相应的保护程序。
文档编号G01R31/02GK1558248SQ20041000327
公开日2004年12月29日 申请日期2004年2月3日 优先权日2004年2月3日
发明者廖仁诠, 蔡文哲 申请人:台达电子工业股份有限公司