本实用新型涉及一种电能表，特别是涉及一种防后备电池电压滞后的智能电能表。
背景技术：
当前智能电能表（以下简称电能表）在全国范围已经广泛使用，为供需双方更加科学有效的用电提供了直接依据。但是在电能表运行过程中发现了一些问题，其中由于后备电池发生钝化造成的电池电压滞后问题是对电能表的影响最为严重的问题之一。
电能表的冻结功能、事件记录功能、负荷记录功能、停电状态下液晶显示功能和实时时钟功能离不开停电时后备电源供电。现在国家电网和南方电网在网运行的电能表有90%以上使用锂-亚硫酰氯（以下简称锂亚电池）电池作为单独的后备电源。锂亚电池的主要原材料包括：隔膜、乙炔黑、锂带，四氯铝酸锂。电池的初始电压正常值为3.6V。电池的反应化学方程式为：4Li+2SOCL2=4LiCL+S+SO2 锂亚电池经过储存后，在金属锂表面产生一层致密的LiCL保护膜，可以防止Li和SOCL2进一步反应，保证了锂亚电池自放电率比其他电池体系小。但当储存后的电池首次放电时，负载电压会瞬间下降到最低值（即TMV值），出现电压滞后现象，典型的钝化曲线如图1所示。图中：A、外部停电时电能表功耗很小（几十微安），钝化膜的导电率通常能够满足离子的传输，这种情况下不会出现电压滞后，电池输出电压可以满足使用要求。B、外部停电时电表功耗较小（几百微安），电池的TMV值也高于MCU的最低工作电压，不影响电能表正常工作。C、外部停电时电能表的功耗较大（几毫安），锂离子在钝化膜中的迁移速率无法满足要求，钝化膜两端产生很大的电压降，TMV值低于MCU工作的最低电压，此时由于MCU内部的硬件复位电路作用导致MCU复位，电池的电压滞后现象更加明显，从而使电表进入反复复位状态，引起电池容量消耗增加在短时间内耗尽剩余容量令电池失效。
国内一些电能表生产厂家为了解决上述问题采用了外置锂亚电池的方法，这样做表面上可以让用户更换掉失效的锂亚电池，但也带来了很多新问题：（1）由于使用外置电池的表壳设计相对复杂，外置电池成本较高导致电能表整体成本大幅增加；（2）外置电池与表壳采用金属片按压方式连接，在长途运输和使用过程中有可能引起接触不良，导致无法给电能表正常供电；（3）使用外置电池无法避免电池钝化引起的电压滞后现象，若MCU反复复位引起电池提前失效会造成不必要的浪费，导致成本增加，并且报废的电池会成为污染源污染环境；（4）在电池耗尽期间电能表不能正常工作，实时时钟失效，掉电时电能表的部分功能失效，不能给供需双方提供准确的用电状况。如果掉电期间有不法人员私自改动电能表，电能表不能有效做事件记录，给供电方造成不必要的损失；（5）若外置电池发生电压滞后现象引起MCU复位，电能表无法上报电池欠压事件，导致无法及时更换电池。（6）由于电能表内空间有限，增加外置电池后电表内空间更加紧张，安全电器间隙缩小。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种防后备电池电压滞后的智能电能表，本实用新型针对后备电池电压滞后对电能表的干扰，提出一种使用法拉电容和锂亚电池作为双后备电源，防后备电池电压滞后的电能表。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
一种防后备电池电压滞后的智能电能表，所述电能表MCU为核心控制电路，MCU通过I2C总线连接显示电路，计量电路与MCU通过SPI总线连接，MCU通过AD端口连接电源监测电路，锂亚电池放电、监测电路通过电阻同锂亚电池后备电源电路连接，并通过I/O引脚和AD端口连接MCU；存储电路与MCU的I2C总线连接，按键电路中与MCU通过I/O端品连接，安全认证电路与MCU通过ISO7816接口连接，通讯电路与MCU通过UART口连接；法拉电容和锂亚电池作为双后备电源，法拉电容的后备电源电路中VDD为5.7V电源，VDD连接在开关二极管VD3的第2脚，VD3的第3脚与限流电阻R48与法拉电容EC8正极相连，去耦电容C24连接在限流电阻R48前端和地之间，法拉电容EC8正极通过限流电阻R48连接在VD3第3脚经过VD3的第1脚同时连接在MCU的电源输入引脚VDDBAT和锂亚电池的输出端，法拉电容EC8的负极和地连接。
所述的一种防后备电池电压滞后的智能电能表，所述锂亚电池的后备电源电路、监测和放电电路中GB1为锂亚电池，GB1的正极通过限流电阻R78和放电电阻R80、三极管V9相连，V9和地相连。
所述的一种防后备电池电压滞后的智能电能表，所述GB1通过开关二极管VD5和法拉电容后备电源以及MCU的电源引脚相连。
所述的一种防后备电池电压滞后的智能电能表，所述瞬变二极管TVS2和去耦电容C46通过限流电阻R78连接到GB1的正极，电压采样电阻R69、R75接在限流电阻R78和地之间，再通过匹配电阻R70连接到MCU的AD口实时监测锂亚电池的电压。
本实用新型的优点与效果是：
1.没有使用成本更高的外置电池和外置电池表壳，仅增加成本很低的法拉电容，却达到了更好的防电池电压滞后的效果；
2.锂亚电池和法拉电容均用焊接的方式固定在PCB板上，电气连接比外置电池方式更加可靠；
3.用法拉电容和锂亚电池双后备电源的方式，辅以锂亚电池电压监测和放电电路可以有效的防止电池滞后情况的发生，最大限度的发挥了锂亚电池的容量，不会造成不必要的浪费；
4.据统计70%的停电事件都在24小时之内恢复，在此期间用法拉电容后备电源供电即可满足电能表工作需求，不必使用锂亚电池，法拉电容的循环充放寿命不低于10万次，因此延长了锂亚电池的待机时间；
5.若锂亚电池耗尽，停电期间有法拉电容后备电源供电，电能表会记录电池欠压事件（掉电处理流程），待供电恢复后上报主站。可以有供电方及时处理，减少不必要的损失；
6.法拉电容体积很小，不会挤占电表内部空间，有利于保持电能表安全电器间隙。
附图说明
图1是本实用新型的锂亚电池典型的钝化曲线；
图2是本实用新型的结构框图；
图3是本实用新型的法拉电容后备电源电路；
图4是本实用新型的锂亚电池后备电源电路，电池电压检测和放电电路；
图5是本实用新型的外电源上电和停电时对法拉电容后备电源和锂亚电池后备电源处理的流程图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。
本实用新型的的结构框图如图2所示。图中MCU为本实用新型的核心控制电路，负责智能电能表的计算和控制等功能；MCU通过I2C总线控制显示电路，显示电路负责显示电能表的显示人机交互界面；计量电路与MCU通过SPI总线连接，负责电能计量相关功能；电源电路为电能表提供+12V和+5.7V直流电源，并为法拉电容后备电源电路充电；MCU通过AD端口连接电源监测电路，负责实时监测电源是否处于停电状态；法拉电容后备电源电路负责在短时间掉电（不少于一天）时为电能表提供电源；锂亚电池后备电源电路负责长时间掉电（累计时长不少于五年）时为电能表提供电源；锂亚电池放电、监测电路通过电阻同锂亚电池后备电源电路连接，并通过I/O引脚和AD端口连接MCU负责监测锂亚电池是否处于钝化状态；存储电路与MCU的I2C总线连接，负责存储电能表的相关参数和运行数据；按键电中与MCU通过I/O端品连接，负责电能表的信息输入；安全认证电路与MCU通过ISO7816接口连接，负责电能表的安全认证操作；通讯电路与MCU通过UART口连接，负责与上位机进行数据交互。
本实用新型使用法拉电容和锂亚电池作为双后备电源，法拉电容的后备电源电路如图3所示。图3中VDD为5.7V电源，VDD连接在开关二极管VD3的第2脚，VD3的第3脚与限流电阻R48与法拉电容EC8正极相连，去耦电容C24连接在限流电阻R48前端和地之间，法拉电容EC8正极通过限流电阻R48连接在VD3第3脚经过VD3的第1脚同时连接在MCU的电源输入引脚VDDBAT和锂亚电池的输出端，法拉电容EC8的负极和地连接。当外部电源有电时VDD通过开关二极管VD3和限流电阻给法拉电容充电，充电时间只需要30分钟即可充满，R48的作用是防止法拉电容正负极意外短路时发生瞬间放电。当外部电源停电时VD3第1脚接的是MCU电源和锂亚电池正极输出端，锂亚电池的输出电压不超过3.6V，而法拉电容的输出电压为5.5V，因此在法拉电容的电压放至3.6V以前，锂亚电池处于不放电状态，MCU的工作电源由法拉电容提供。根据法拉电容的放电公式t=C(dv/I-R)
t :放电持续时间，单位秒
C:法拉电容容量
dv:放电开始电压和放电结束电压差
I:放电电流
R:法拉电容内阻
已知法拉电容放电开始电压为5.5V，结束3.6V，放电电流为20微安，法拉电容为1F，法拉电容内阻为0.02欧姆。可以得出放电持续时间为95000秒≈26小时。也就是说在外部电源停电并且完全不使用锂亚电池供电的情况下能够保证电能表工作至少一天。
本实用新型使用如图4所示的锂亚电池的后备电源电路，监测和放电电路。图中GB1为锂亚电池，GB1的正极通过限流电阻R78和放电电阻R80、三极管V9相连，V9和地相连，当MCU通过DISCH控制引脚发出高电平，锂亚电池通过放电电路以10毫安左右的电流放电，以消除钝化膜。GB1通过开关二极管VD5和法拉电容后备电源以及MCU的电源引脚相连。开关二极管VD5可有效方式外部电源和法拉电容后备电源给锂亚电池充电引发危险，当外部电源停电且法拉电容后备电源放电结束（低于3.6V）后，由锂亚电池后备电源给MCU供电。瞬变二极管TVS2和去耦电容C46通过限流电阻R78连接到GB1的正极，可以有效防止锂亚电池电压异常波动对MCU造成不良影响。电压采样电阻R69、R75接在限流电阻R78和地之间，再通过匹配电阻R70连接到MCU的AD口实时监测锂亚电池的电压。
本实用新型主旨在于克服现有的锂亚电池单后备电源智能电能表的不足，提供一种用法拉电容和锂亚电池作为双后备电源，防后备电池电压滞后的方法。下面通过附图和实施例，对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述。
本实用新型中外电源上电和停电时对法拉电容后备电源和锂亚电池后备电源处理的流程图如图5所示，下面附图解释电能表的外电源停电、上电时对双后备电源的程序处理流程：
步骤501，MCU检测外电源的工作状态，如果当前处于停电状态执行步骤502；如果当前处于上电状态执行步骤504。
步骤502，MCU进行必要的掉电处理，关闭中断使系统进入低功耗模式。
步骤503，经过特定时长的休眠以后，MCU判断前外电源的工作状态，如果处于停电状态，执行步骤502；如果当前处于上电状态执行步骤501。
步骤504，MCU通过连接在AD端口的锂亚电池电压监测电路检测锂亚电池的电压。
步骤505，MCU判断锂亚电池当前是否满足钝化处理的条件（该条件有两条：1、电池电压低于3V；2、电池没有放电超过6个月。同时满足这两个条件即为满足钝化处理条件）。如果满足处理条件，执行步骤506；不满足执行步骤507。
步骤506，MCU通过IO端口DISH发出高电平控制锂亚电池放电电路给电池放电，从而消除电池的钝化膜，防电池电压滞后。
步骤507，MCU通过连接在AD端口的锂亚电池电压监测电路检测锂亚电池的电压，并判断锂亚电池是否处于欠压状态。如果电池欠压执行步骤508，没有欠压执行步骤501.
步骤508，MCU记录电池欠压事件，并上报主站，然后重新执行步骤501。
以上所述仅为本实用新型的示例性实施例，凡在本实用新型的范围下进行的等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。