CA2313527C - Lithium-polymer type battery and control system - Google Patents
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Abstract
Un système de contrôle de pile pour une pile électrolytique solide et métallique, telle qu'une pile lithium-polymère, comprenant des détecteurs de température pour détecter la température des cellules dans la pile, des éléments chauffants pour chauffer les cellules, un contrôleur d'éléments chauffants recevant des signaux des détecteurs de température et contrôlant l'alimentation de courant fourni aux éléments chauffants de façon à maintenir chaque cellule à une température prédéterminée, et un contrôleur d'alimentation qui détecte une demande de puissance de la pile et règle la température prédéterminée en réponse à un niveau de puissance à être fourni par la pile ou à la pile. Le contrôleur d'alimentation permet de régler au moins une température de flottement, une température de charge et une température d'alimentation. Le contrôleur comprend de plus un détecteur de voltage qui détecte un voltage à chaque cellule lorsqu'elles sont actives, et détermine si une des cellules est susceptible d'être endommagée par un usage continu. La pile est débranchée de la prise d'alimentation suite à la confirmation qu'une des cellules pourrait être endommagée. A battery control system for a solid electrolytic cell and metallic, such as a lithium-polymer battery, including temperature detectors for detect cell temperature in the cell, heating elements to heat the cells, a controller of heating elements receiving signals from detectors temperature and controlling the power supply supplied to the elements heating way maintaining each cell at a predetermined temperature, and a controller supply that detects a demand for battery power and adjusts the temperature predetermined in response to a power level to be provided by the battery or to the pile. The power controller adjusts at least one temperature of floating, a charging temperature and a supply temperature. The controller includes more a voltage detector that detects a voltage at each cell when they are active, and determines if one of the cells is likely to be damaged by use continued. The the battery is disconnected from the power plug following confirmation that cells could be damaged.
Description
PILE DE TYPE LITHIUM-POLYMERE ET SYSTEME DE CONTROLE
Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de surveillance et de contrôle d'une pile solide comprenant un électrolyte polymère et opérant à haute température contrôlée, telle qu'une pile lithium-polymère. Plus particulièrement, l'invention a trait à un contrôleur de piles à alimentation électrique ininterrompue ("Uninterrupted Power Supply" ou UPS).
Art antérieur Ces dernières années, les piles rechargeables sont devenues de plus en plus utilisées. A moyen et long terme, il s'agit d'un moyen économique d'accumuler de l'énergie électrique et ses différentes applications sont présentes dans plusieurs champs d'activités.
Une des applications dans laquelle les piles rechargeables sont utilisées est dans le domaine de l'alimentation électrique ininterrompue (UPS), utilisée dans les ordinateurs et les équipements de téléconununication qui doivent être continuellement alimentés, même en cas de panne d'électricité. Un système UPS comprend des piles rechargeables qui sont en mode de chargement lorsque la puissance d'attaque de grille est disponible, mais qui alimentent en électricité les équipements électroniques qui y sont banchés dès qu'une panne de courant est détectée.
De tels systèmes UPS requièrent des contrôleurs de piles de façon à améliorer leur performance et leur durée de vie. Un contrôleur de piles contrôle le chargement des piles et surveille leur état de décharge. Dans certains systèmes UPS, la température des piles en chargement est gérée de façon à contrôler la charge ou la dérivation de la pile. Dans les systèmes UPS d'appoint conventionnels pour les gros ordinateurs ou les équipements de télécommunication, des piles acide-plomb sont généralement utilisées comme moyen pour emmagasiner l'énergie.
De nouvelles technologies en matière de piles ont été développées dans lesquelles la capacité d'emmagasinage de l'énergie, la densité d'emmagasinage de l'énergie de même que le taux d'alimentation/chargement sont améliorés par rapport aux piles acide-plomb traditionnelles. Par exemple, des piles métal/hydrure de métal LITHIUM-POLYMER TYPE BATTERY AND CONTROL SYSTEM
Field of the invention The present invention relates to a system for monitoring and controlling a solid cell comprising a polymer electrolyte and operating at high temperature controlled, such as a lithium-polymer battery. More particularly, the invention relates to an uninterrupted power supply battery controller ( "Uninterrupted Power Supply "or UPS).
Prior art In recent years, rechargeable batteries have become more and more used. In the medium and long term, it is an economical way to accumulate of electrical energy and its different applications are present in many fields of activity.
One of the applications in which rechargeable batteries are used is in the field of uninterrupted power supply (UPS), used in the computers and teleconununication equipment that need to be continually powered, even in case of power failure. A UPS system includes Battery rechargeable batteries that are in charging mode when the attack power of wire rack is available but supplies electricity to the equipment electronic devices that are plugged as soon as a power failure is detected.
Such UPS systems require battery controllers to improve their performance and their life span. A battery controller controls the loading batteries and monitors their discharge status. In some UPS systems, the charging battery temperature is managed to control the charge or the derivation of the stack. In conventional backup UPS systems for large computers or telecommunication equipment, lead-acid batteries are generally used as a means of storing energy.
New battery technologies have been developed in which storage capacity of energy, the density of storage of the energy as well as the feed / load ratio are improved by report traditional lead-acid batteries. For example, metal / hydride batteries metal
-2-sont reconnues comme étant un excellent moyen d'emmagasiner de l'énergie, et des formes commerciales de telles piles, telles que des piles Ni-MH, ont connu du succès.
Un nouveau type de piles prometteur ayant de bonnes caractéristiques d'emmagasinage d'énergie sont les piles lithium-polymère. Ces piles contiennent un électrolyte solide et emmagasinent ou libèrent de l'énergie suite à un changement de phase dans l'environnement d'emmagasinage sans produire de vapeur. La densité
d'énergie (W-h/1) et l'énergie spécifique (W-h/kg) des piles lithium-polymère sont très élevées en comparaison aux autres types de piles.
Toutefois, les piles lithium-polymère fonctionnent à haute température et ont des propriétés de distribution d'énergie et d'acceptation de charge qui en dépendent.
De plus, le voltage du circuit ouvert des piles lithium-polymère varie grandement en fonction de sa décharge, par exemple, le voltage de la pile peut diminuer de 10% à
30% (eg. de 3.2V à 2.0V) lorsque la cellule se décharge d'une charge complète à une charge minimale. On ne peut donc utiliser les piles lithium-polymère conventionnelles dans des applications demandant une grande fiabilité, tels que les systèmes UPS qui fonctionnent dans des conditions qui peuvent être très variables, allant des conditions intérieures stables à des conditions extérieures extrêmement instables dans différentes régions climatiques.
Sommaire de l'invention Un objet de l'invention est de fournir un contrôleur de piles à l'état solide, telle qu'une pile lithium-polymère, capable de gérer les besoins d'opération de la pile de sorte que cette dernière puisse être installée et utilisée de façon fiable.
Un premier objet de l'invention est de fournir un contrôleur de piles qui maintient cette dernière à une température appropriée en fonction de son mode d'opération.
Un second objet de l'invention est de fournir un contrôleur de piles qui surveille le voltage individuel de chaque cellule et coupe le flux de courant entrant ou sortant de la pile lorsque le voltage de la cellule indique que l'alimentation continue de courant à la pile peut endommager une cellule de façon permanente. -2-are recognized as a great way to store energy, and of the commercial forms of such batteries, such as Ni-MH batteries, have success.
A promising new type of battery with good characteristics energy storage are lithium-polymer batteries. These batteries contain a solid electrolyte and store or release energy as a result of change of phase in the storage environment without producing steam. The density of energy (Wh / 1) and the specific energy (Wh / kg) of lithium-polymer batteries are very high compared to other types of batteries.
However, lithium polymer batteries operate at high temperatures and have power distribution and charge acceptance properties that dependent.
In addition, the open circuit voltage of lithium-polymer batteries varies greatly in according to its discharge, for example, the voltage of the battery may decrease by 10% to 30% (eg from 3.2V to 2.0V) when the cell is discharging from a full charge to one minimal charge. We can not use lithium-polymer batteries in applications requiring high reliability, such as that UPS systems that operate under conditions that can be very variables, ranging from stable indoor conditions to outdoor conditions extremely unstable in different climatic regions.
Summary of the invention An object of the invention is to provide a solid state battery controller, such that a lithium-polymer battery, capable of handling the operating needs of the stack of so that it can be installed and used reliably.
A first object of the invention is to provide a battery controller which keeps it at a proper temperature according to its mode operation.
A second object of the invention is to provide a battery controller which monitors the individual voltage of each cell and cuts off the current flow entering or coming out of the pile when the voltage of the cell indicates that the power supply continues battery can damage a cell permanently.
-3-Un troisième objet de l'invention est de fournir un contrôleur de piles à
l'état solide, telle qu'une pile lithium-polymère, qui surveille la température et les niveaux de courant, de façon à détecter une surcharge et stopper l'alimentation de courant.
Un quatrième objet de l'invention est de fournir un contrôleur de piles comprenant des moyens de télécommunication permettant de communiquer des données d'évaluation de la performance de la pile à un centre de service ou un utilisateur.
En ce sens, un objet de la présente invention est de fournir un contrôleur de piles pour un système d'alimentation de réseau ("Network Powering System" ou NPS) pour contrôler et capter le statut et les conditions d'opération de piles lithium-polymère ou toute autre pile ayant des besoins similaires de contrôle de température et de courants.
Un autre objet de l'invention est de fournir une méthode de contrôle de la performance d'une pile en ajustant sa température en fonction de l'état de la pile et de la tâche accomplie par cette dernière. La température interne des piles est ajustée par le contrôleur de piles, dépendant de son mode d'opération et détermine les températures particulières en fonction du type d'application. Dans un mode de réalisation préférentielle de l'invention, deux températures spécifiques sont utilisées, en l'occurrence 40 C et 60 C et le contrôleur de piles règle la température interne pour qu'elle soit à l'une ou l'autre de ces deux températures dépendant du mode d'opération des piles.
Un autre objet de l'invention est de fournir une méthode de contrôle à
distance des contrôleurs de piles sur un réseau à partir d'une station d'acquisition de données, de contrôle et de surveillance, tel qu'un ordinateur personnel. Diverses tâches peuvent être effectuées à partir de cette station à distance incluant, éventuellement, les mêmes tâches qu'un administrateur local pourrait réaliser sur place de façon à
changer ou ajuster les réglages des contrôleurs.
Dans une mise en ceuvre préférentielle de l'invention, le système de piles contrôlé est un ensemble de neuf cellules branchées en série, ayant un voltage maximum de 3.1 V/cellule, distribuant ainsi un voltage maximum de 28 V.
Toutefois, d'autres ensembles de piles ayant un nombre différent de cellules internes, avec des voltages variés, peuvent également être contrôlés par le présent contrôleur de piles. -3-A third object of the invention is to provide a battery controller for the state solid, such as a lithium-polymer battery, which monitors the temperature and levels current, so as to detect an overload and stop the power supply to current.
A fourth object of the invention is to provide a battery controller comprising telecommunication means for communicating battery performance evaluation data at a service center or user.
In this sense, an object of the present invention is to provide a controller of batteries for a network powering system ("Network Powering System" or NPS) to control and capture the status and operating conditions of batteries lithium-polymer or any other battery with similar temperature and currents.
Another object of the invention is to provide a method for controlling the performance of a battery by adjusting its temperature according to the state of the stack and the task accomplished by the latter. The internal temperature of the batteries is adjusted by the battery controller, depending on its mode of operation and determines the specific temperatures depending on the type of application. In a mode of preferred embodiment of the invention, two specific temperatures are used, in this case 40 C and 60 C and the battery controller sets the temperature internal for it to be at one or other of these two temperatures depending on the fashion operating batteries.
Another object of the invention is to provide a control method to distance battery controllers on a network from a data acquisition station data, control and monitoring, such as a personal computer. various tasks can be made from this remote station including, possibly, the same tasks that a local administrator could carry out on the spot in order to change or adjust the controller settings.
In a preferred implementation of the invention, the battery system controlled is a set of nine cells connected in series, having a voltage maximum of 3.1 V / cell, thus distributing a maximum voltage of 28 V.
However, other sets of cells having a different number of internal cells, with some various voltages, can also be controlled by the present controller of Battery.
-4-Selon l'invention, on retrouve un système de contrôle de piles comprenant un électrolyte métallique et solide ayant plusieurs cellules contenues dans un boîtier, comprenant plusieurs détecteurs de température capables de détecter la température des cellules, plusieurs éléments chauffants capables de chauffer les cellules, un contrôleur des éléments chauffants recevant des signaux des détecteurs de température et contrôlant le courant alimentant les éléments chauffants de façon à
maintenir chaque cellule à une température prédéterminée, et un contrôleur d'alimentation pour détecter une demande de puissance de la pile et fixer les températures prédéterminées en réponse au niveau de puissance et/ou la quantité d'énergie devant alimenter la pile ou fourni par la pile, le contrôleur d'alimentation établissant au moins une température de flottement, une température de charge et une température d'alimentation.
Préférablement, les éléments chauffants comprennent des feuillards disposés entre les cellules plates prismatiques. Plus spécifiquement, les éléments chauffants comprennent des feuillards de plastique ayant au moins un élément chauffant sous la forme d'un circuit imprimé résistif. Les feuillards de plastique sont préférablement faits de KaptonTM. Les détecteurs de température sont préférablement localisés aux extrémités de l'empilement de cellules et près du milieu de cet empilement, et les éléments chauffants sont disposés entre chaque cellule en alternance, le contrôleur d'éléments chauffants contrôlant l'alimentation en courant aux éléments chauffants de façon indépendante pour les extrémités et le milieu de l'empilement.
Selon l'invention, on retrouve également un système de contrôle de piles à
électrolyte solide ayant un nombre de cellules branchées en série et une connexion pour l'alimentation comprenant un détecteur de voltage pour détecter le voltage de chaque cellule pendant l'utilisation, des moyens pour interpréter le voltage détecté et pour déterminer si une cellule est susceptible d'être endommagée par un usage continu, et des moyens pour débrancher la pile de la connexion d'alimentation suite à
une détermination qu'une des cellules peut être endommagée.
Brève description des dessins L'invention sera maintenant décrite à l'aide des modes de réalisation préférentiels suivants que l'on retrouve dans les dessins. -4-According to the invention, there is a battery control system comprising a metal and solid electrolyte having several cells contained in a housing, comprising several temperature detectors capable of detecting the temperature cells, several heating elements capable of heating the cells, a controller of the heating elements receiving signals from the detectors of temperature and controlling the current supplying the heating elements so as to maintain each cell at a predetermined temperature, and a controller feeding for detect a demand for battery power and set temperatures predetermined in response to the power level and / or the amount of energy to feed the battery provided by the battery, the power controller establishing at least one temperature float, a charging temperature and a supply temperature.
Preferably, the heating elements comprise strips arranged between prismatic flat cells. More specifically, the elements Heated include plastic strips having at least one heating element under the form of a resistive printed circuit. Plastic strips are preferably made of KaptonTM. The temperature detectors are preferably located to the ends of the stack of cells and near the middle of this stack, and the heating elements are arranged between each cell alternately, the controller of heating elements controlling the power supply to the elements heating independently for the ends and the middle of the stack.
According to the invention, there is also a battery control system.
solid electrolyte having a number of cells connected in series and a connection for power supply comprising a voltage detector for detecting the voltage of each cell during use, means to interpret the voltage detected and to determine if a cell is likely to be damaged by use continuous, and means for disconnecting the battery from the power connection following a determination that one of the cells may be damaged.
Brief description of the drawings The invention will now be described using the embodiments following preferences that can be found in the drawings.
-5-La Figure 1 est une vue en perspective d'une pile selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention;
La Figure 2 est un schéma bloc du système de contrôle d'une pile selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention;
La Figure 3 est une vue schématique de côté du système de contrôle d'une pile selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention;
La Figure 4 illustre un élément de chauffage pour insertion entre les cellules d'une pile selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention;
La Figure 5 illustre une représentation générale du système NPS;
La Figure 6 illustre un diagramme de l'état du contrôleur de la pile, dans lequel les flèches allant d'un état à l'autre représentent les conditions qui doivent être satisfaites pour modifier l'état d'opération du contrôleur;
La Figure 7 illustre le diagramme relationnel du contrôleur NPS;
La Figure 8 illustre un diagramme bloc du contrôleur NPS;
La Figure 9 illustre un diagramme montrant la circulation de l'information dans le contrôleur NPS;
La Figure 10 illustre le diagramme bloc du logiciel du présent contrôleur;
La Figure 11 illustre comment une station d'acquisition, de contrôle et de surveillance à distance peut contrôler plusieurs contrôleurs de piles dans un réseau; et La Figure 12 illustre un exemple de configuration dans laquelle les contrôleurs de piles sont utilisés pour contrôler et surveiller plusieurs piles, et dans laquelle ces contrôleurs sont surveillés à distance par une station de surveillance.
Description détaillée des modes de réalisation nréférentiels Dans un mode de réalisation préférentiel de l'invention, la pile est utilisée dans une chaîne de piles rechargeables composant un système NPS afin de donner un système d'alimentation ininterrompue (UPS) pour de l'équipement électronique ou de télécommunication. La pile NPS est équipée d'une carte comprenant un circuit de contrôle pour contrôler et surveiller l'état et les conditions d'opération de la pile. Ce contrôleur électronique et sa méthode d'utilisation pour contrôler les piles représentent un des objets principaux de l'invention. Il est à noter que la pile et le système de -5-Figure 1 is a perspective view of a battery according to one embodiment preferential of the invention;
Figure 2 is a block diagram of the control system of a battery according to a preferential embodiment of the invention;
Figure 3 is a schematic side view of the control system of a battery according to a preferred embodiment of the invention;
Figure 4 illustrates a heating element for insertion between cells a battery according to a preferred embodiment of the invention;
Figure 5 illustrates a general representation of the NPS system;
Figure 6 shows a diagram of the state of the battery controller, in which the arrows going from one state to another represent the conditions that must to be satisfied to change the operating state of the controller;
Figure 7 illustrates the relational diagram of the NPS controller;
Figure 8 illustrates a block diagram of the NPS controller;
Figure 9 shows a diagram showing the flow of information in the NPS controller;
Figure 10 illustrates the software block diagram of the present controller;
Figure 11 illustrates how a station for acquisition, control and remote monitoring can control multiple battery controllers in a network; and Figure 12 illustrates an example configuration in which the controllers batteries are used to control and monitor multiple batteries, and in which these controllers are monitored remotely by a monitoring station.
Detailed description of the nondeferential embodiments In a preferred embodiment of the invention, the battery is used in a chain of rechargeable batteries composing an NPS system to give a uninterrupted power supply (UPS) for electronic equipment or telecommunication. The NPS battery is equipped with a circuit board of control to monitor and monitor the status and operating conditions of the battery. This electronic controller and its method of use for controlling batteries represent one of the main objects of the invention. It should be noted that the battery and system of
-6-contrôle de la pile selon la présente invention ne sont pas limités aux applications NPS ou UPS.
La pile 15 contient des cellules lithium-polymère ayant une structure connue, en particulier dans plusieurs demandes de brevet, brevets et publications du présent demandeur. Le boîtier 17 de la pile, tel qu'illustré à la figure 1, permet l'installation sur place, et est constitué d'une unité comprenant une coquille externe de plastique solide. La coquille du boîtier est scellée hermétiquement pour protéger la pile lithium-polymère de l'exposition à l'air. Deux bornes 18,18' dépassent du boîtier 17 et fournissent un courant direct (DC) de 25V. Alternativement, pour des applications NPS, il est possible de configurer la pile 15 pour fournir 50 V (DC). Deux prises 19 et 19' de connexion de câbles de réseau sont présentes dans le boîtier 17 afin de permettre le branchement d'une interface de communication de la pile 15 en chaîne avec un réseau de communication et d'autres piles.
A l'intérieur de la pile 15, plusieurs cellules lithium-polymère 22 sont branchées en séries afin d'établir le niveau de voltage désiré, par exemple, 9 cellules ayant un voltage variant (dépendant de l'état de la charge) entre 2.0 et 3.2 volts, peuvent être branchées en une série 20 pour fournir un voltage nominal de 24 V. La pile 15 peut aussi comprendre une seule série 20, dépendant de la grosseur de chaque cellule individuelle 22 et des caractéristiques de courant à fournir et de capacité
d'emmagasinage désirées pour la pile 15. Dans la Figure 2, on illustre une seule série 20 de cellules 22 comprise dans le boîtier 17, par contre, deux séries 20 séparées mécaniquement peuvent être branchées électriquement en série afin de fournir un voltage d'alimentation supérieur, ou alternativement, deux (ou plus) séries ou empilements séparés mécaniquement peuvent posséder des cellules individuelles branchées en paires parallèles (ou n-tuplées) pour fournir un plus grand emmagasinage d'énergie tout en maintenant le même voltage d'alimentation.
Chaque cellule 22 est formée d'un rouleau plat ou un empilement de films de piles lithium-polymère. La construction de telles cellules est bien connue, et peut également prendre la forme de feuillards individuels, de rouleaux cylindriques, de rouleaux rectangulaires plats, d'empilements pliés, etc. La série 20 de cellules 22 est isolée à
l'intérieur du boîtier 17 afin de prévenir les pertes de chaleur. -6-control of the battery according to the present invention are not limited to applications NPS or UPS.
The cell 15 contains lithium polymer cells having a known structure, in particular in several patent applications, patents and publications of the present applicant. The casing 17 of the battery, as illustrated in FIG.
Installation on site, and consists of a unit comprising an outer shell of plastic solid. The shell of the case is hermetically sealed to protect the battery lithium polymer air exposure. Two terminals 18,18 'exceed the casing 17 and provide a direct current (DC) of 25V. Alternatively, for applications NPS, it is possible to configure the battery 15 to provide 50 V (DC). Two taken 19 and 19 'of network cable connections are present in the housing 17 so of enable the connection of a communication interface of the battery 15 to chain with a communication network and other batteries.
Inside cell 15, several lithium polymer cells 22 are connected in series to establish the desired voltage level, for example, 9 cell having a voltage variant (depending on the state of charge) between 2.0 and 3.2 volts, can be connected in a series 20 to provide a nominal voltage of 24 V. The stack 15 may also comprise a single series 20, depending on the size of the each individual cell 22 and the characteristics of the current to be supplied and capacity storage requirements for the battery 15. Figure 2 illustrates a single series 20 of cells 22 included in the housing 17, however, two series 20 separated mechanically can be electrically connected in series to provide a higher supply voltage, or alternatively, two (or more) series or Mechanically separated stacks may have individual cells connected in parallel pairs (or n-tupled) to provide a larger energy storage while maintaining the same supply voltage.
Each cell 22 is formed of a flat roller or stack of battery films lithium-polymer. The construction of such cells is well known, and can also take the form of individual strips, cylindrical rollers, rolls rectangular flat, folded stacks, etc. The series of cells 22 is isolated to inside the housing 17 to prevent heat loss.
-7-Telles qu'illustrées à la Figure 3, les cellules 22 sont électriquement branchées ensemble en série et disposées sous forme d'une chaîne créant un long empilement.
Dans une mise en oruvre préférentielle, la série de cellules 20 est compressée mécaniquement, tel que connu dans le domaine des piles lithium-polymère, afin de fournir une pression minimale d'environ 15 psi (100 kPa). Des éléments chauffants 26 sont insérés à intervalles réguliers entre les cellules 22, tel qu'illustré
aux Figures 3 et 4, pour chauffer les cellules 22 à la température d'opération désirée.
Le contrôle de la température est important dans une pile lithium-polymère.
Les piles d'appoint conventionnelles ne requièrent ni chauffage ou refroidissement pour leur exploitation normale. Les piles lithium-polymère utilisées dans les modes de réalisation préférentiels doivent fonctionner à une température de 40 C
(indépendamment de la température ambiante). La température doit être élevée jusqu'à 60 C afin de pouvoir libérer (ou pendant l'accumulation de charge, acceptée) une puissance plus haute. De plus, pendant la décharge de la pile, la température de cette dernière doit être augmentée si la panne de courant dure 30 minutes ou plus.
Tel qu'illustré de façon schématique à la Figure 2, les détecteurs de température 24, tels que des thermistances ou tout autre type de détecteurs de température, détectent la température de la pile à différents endroits. La méthode de conversion des résistances des détecteurs de température en valeur actuelle de température à partir d'un circuit de détecteurs de température 32 est bien connue. Un contrôle d'éléments chauffants 34 analyse la température et ajuste le cycle d'opération des éléments chauffants 26 afin de maintenir les cellules 22 à la température désirée.
Les éléments chauffants 26 dans la mise en oruvre préférentielle sont électriques et sous forme d'éléments résistifs imprimés sur un film de plastique, par exemple du KaptonTM, (voir Figure 4) et isolés électriquement des cellules 22. Les bornes des éléments chauffants 26 sont localisées dans le haut de ces derniers, et les détecteurs de température 24 sont placés près d'une de ces bornes afin de détecter la température maximale. Les éléments chauffants 26, selon un mode de réalisation préférentiel, sont légers, prennent peu d'espace, ont de bonnes propriétés de transferts thermiques et ne génèrent pas de substances qui pourraient contaminer l'air inerte de la pile, particulièrement lorsque utilisée à haute température. Les éléments chauffants fonctionnent à un voltage nominal de la pile tels que les éléments 26 peuvent être -7-As illustrated in Figure 3, the cells 22 are electrically connected set in series and arranged in the form of a chain creating a long stack.
In a preferred implementation, the series of cells 20 is compressed mechanically, as known in the field of lithium-polymer batteries, so of provide a minimum pressure of approximately 15 psi (100 kPa). Elements Heated 26 are inserted at regular intervals between the cells 22, as illustrated in Figures 3 and 4, to heat cells 22 to the desired operating temperature.
Temperature control is important in a lithium-polymer battery.
Conventional backup batteries do not require heating or cooling for their normal operation. Lithium-polymer batteries used in modes Preferred embodiments must operate at a temperature of 40 ° C
(regardless of the ambient temperature). The temperature must be high up to 60 C in order to release (or during charge accumulation, accepted) a higher power. Moreover, during the discharge of the battery, the temperature of the latter must be increased if the power failure lasts 30 minutes or more.
As schematically illustrated in Figure 2, 24, such as thermistors or any other type of temperature, detect the temperature of the battery in different places. The method of conversion of the resistors of the temperature detectors to the current value of temperature from a temperature detector circuit 32 is fine known. A
control of heating elements 34 analyzes the temperature and adjusts the cycle operation heating elements 26 to maintain the cells 22 at the temperature desired.
The heating elements 26 in the preferred setting are electric and in the form of resistive elements printed on a plastic film, for example of KaptonTM, (see Figure 4) and electrically isolated from the cells.
of the heating elements 26 are located at the top of the latter, and the detectors temperature 24 are placed near one of these terminals to detect the temperature Max. The heating elements 26, according to one embodiment preferential, are lightweight, take up little space, have good transfer properties thermal and not do not generate substances that could contaminate the inert air of the battery, especially when used at high temperature. Heating elements operate at a nominal voltage of the battery such that the elements 26 can to be
-8-utilisés initialement froids afin de réchauffer les cellules 22. Les éléments chauffants 26 peuvent être placés entre chaque cellule en alternance ou de façon plus éparse.
L'avantage d'utiliser des éléments chauffants entre les cellules 22 est que la chaleur générée est transférée directement au corps des cellules 22. La compression mécanique des cellules permet un excellent contact thermique. Il est important de fournir un chauffage qui permet d'éviter la génération de points chauds, et qui est capable de chauffer la pile à la température désirée rapidement et efficacement.
La perte de chaleur du prisme rectangulaire formé 20 de cellules 22 branchées en série est plus élevée aux extrémités qu'au milieu de l'empilement. Pour cette raison, il peut être souhaitable de fournir plus d'éléments chauffants aux extrémités de la série 20 que dans le centre. Dans une mise en oeuvre préférentielle, un contrôle séparé de température à chaque bout et dans la section centrale de l'empilement de cellules est prévu. La variation de température maximale permise entre les séries 20 selon un mode de réalisation préférentiel est t2 C. Dans une mise en oeuvre préférentielle, il y a six détecteurs de température (représentant les trois zones) disposés de façon à surveiller la température de la série 20 à chaque bout et au centre.
Le nombre de détecteurs de température est doublé pour améliorer la fiabilité.
La température désirée est déterminée par un contrôleur d'alimentation 30.
Chaque mode possède une valeur de température prédéterminée. Dans le mode "sleep", le système de contrôle de la température est inactif, et ce mode peut être considéré comme un mode de mise en attente. Dans le mode "stand-by", le redresseur de voltage a été détecté et une décision est prise de transférer au mode "cold" après une brève période. Dans le mode "cold", le système de contrôle de la batterie utilise la puissance du redresseur pour fournir le contrôleur de l'élément chauffant afin de chauffer les cellules de la pile à 60 C. Lorsque cette température est atteinte, le système devient en mode "charging" dans lequel l'interrupteur d'alimentation 35 se ferme et la pile est chargée à partir du redresseur jusqu'à ce que le voltage soit égal. Si le redresseur fait défaut pendant la charge, le système tombe en mode "hot power failure", et la pile est maintenue à 60 C. Si le redresseur ne fait pas défaut avant d'avoir complété la charge, le système s'engage en mode "floating". Dans ce mode, la température peut descendre à 40 C, et la pile est prête pour alimentation dès que le redresseur fait défaut. Dans un tel cas, le système entre en mode "power failure" et -8-used initially cold to warm the cells.
Heated 26 can be placed between each cell alternately or more sparse.
The advantage of using heating elements between the cells 22 is that the heat generated is transferred directly to the cell body 22. The compression Cell mechanics allows excellent thermal contact. It is important of provide heating that avoids the generation of hot spots, and who is able to heat the battery to the desired temperature quickly and effectively.
The heat loss of the rectangular prism formed of branched cells 22 in series is higher at the ends than in the middle of the stack. For this reason, it may be desirable to provide more heating elements to ends of the series 20 only in the center. In a preferred implementation, a control separated from temperature at each end and in the central section of the stack of cells is expected. The maximum temperature variation allowed between series 20 according to a preferred embodiment is t2 C. In an implementation preferential, there are six temperature detectors (representing the three areas) arranged to monitor the temperature of the series 20 at each end and In the center.
The number of temperature sensors is doubled to improve reliability.
The desired temperature is determined by a power controller 30.
Each mode has a predetermined temperature value. In the mode "sleep", the temperature control system is inactive, and this mode can to be considered a standby mode. In the stand-by mode, the rectifier voltage has been detected and a decision is made to transfer to "cold" after a brief period. In the "cold" mode, the battery control system uses the power of the rectifier to provide the controller of the heating element in order to heat the cell cells to 60 C. When this temperature is reached, the system becomes in "charging" mode in which the power switch closes and the battery is charged from the rectifier until the voltage be equal. Yes the rectifier fails during charging, the system goes into hot mode power failure ", and the battery is maintained at 60 C. If the rectifier is not missing before to have completed the charge, the system engages in "floating" mode. In this fashion, the temperature can drop to 40 C, and the battery is ready for power as soon as that the rectifier is missing. In such a case, the system enters power mode failure "and
-9-maintient la température de la pile à 40 C. A cette température, le LPB peut émettre 50% de sa capacité d'énergie. Dans une décharge normale selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, la pile 15 pourra durer au moins 30 minutes à 40 C. Après minutes, la pile passe en mode "hot power failure", dans lequel la décharge se poursuit et la température de la pile est élevée à 60 C. A cette température, la pile, dans le mode de réalisation préférentiel, peut fournir toute sa capacité d'énergie.
Maintenir la pile à une température plus basse à laquelle toute la capacité d'énergie n'est pas disponible dans l'état "floating" permet de prolonger la vie de la pile. En augmentant la température de la pile, tel que requis lorsque la panne est prolongée, une capacité
d'énergie complète et une pile longue durée sont obtenues.
Le contrôleur du mode d'alimentation détecte le voltage aux bornes 18, 18', de même que le courant fourni en utilisant la lecture d'un détecteur de courant 39. Le contrôleur 30 génère un signal de température au contrôleur d'élément chauffant 34 pour fixer la température au niveau approprié selon le mode de courant. Dans un schéma de contrôle de température simplifié selon un mode de mise en oeuvre préférentiel, la température est maintenue à 40 C durant les 30 premières minutes d'utilisation normale du système d'appoint, et par la suite la température de la pile est élevée à 60 C afin de permettre l'alimentation en continu même si la pile est partiellement déchargée. Le contrôleur 30 pourrait alternativement élever la température de la pile progressivement au fur et à mesure que l'énergie de cette dernière est émise. Le contrôle de l'échange entre les modes "cold" et "stand-by" peut aussi être déterminé par un opérateur en utilisant l'interface 40.
Le système de contrôle selon un mode de réalisation préférentiel comprend plusieurs éléments de sécurité et de surveillance d'exploitation. En premier lieu, le voltage de chaque cellule 22 est mesuré en utilisant un bus 28 et un circuit 36 de surveillance et de mesure du voltage de la cellule. Dans le cas de pile lithium-polymère, une cellule individuelle peut perdre sa capacité d'alimentation à un certain moment pendant la décharge, et conséquemment son voltage peut diminuer plus rapidement. Le voltage des cellules individuel peut être mesuré et comparé sur une échelle absolue (i.e. le voltage en volts) ou le voltage mesuré peut être comparé à celui des autres cellules. Dès qu'un voltage inférieur à une valeur acceptable est détecté
pour une seule cellule 22, e.g. soit 2.0V ou un pourcentage du voltage des autres -9 maintains the battery temperature at 40 C. At this temperature, the LPB can transmit 50% of its energy capacity. In a normal discharge according to a mode of bet in preferred embodiment, the battery 15 can last at least 30 minutes at 40 C. After minutes, the battery goes into "hot power failure" mode, in which the discharge is continues and the battery temperature is raised to 60 C. At this temperature, the battery, in the preferential embodiment, can provide all its energy capacity.
Maintain stack at a lower temperature at which all energy capacity is not available in the "floating" state prolongs the life of the battery. In increasing the battery temperature, as required when the failure is prolonged, a capacity complete energy and a long life battery are obtained.
The power supply mode controller detects the voltage at terminals 18, 18 ', same as the current supplied using the reading of a current detector 39. The controller 30 generates a temperature signal to the element controller heating 34 to set the temperature to the appropriate level according to the current mode. In a simplified temperature control scheme according to a mode of implementation preferential temperature is maintained at 40 C during the first 30 minutes of normal use of the booster system, and thereafter the temperature of the pile is 60 C to allow continuous feeding even if the battery is partially discharged. The controller 30 could alternatively elevate the battery temperature gradually as the energy of this last is issued. The control of the exchange between the modes "cold" and "stand-by "can also be determined by an operator using the interface 40.
The control system according to a preferred embodiment comprises several elements of security and operational monitoring. First place, the voltage of each cell 22 is measured using a bus 28 and a circuit 36 of monitoring and measuring the voltage of the cell. In the case of battery lithium-polymer, an individual cell can lose its power capacity to a certain moment during the discharge, and therefore its voltage may decrease more quickly. The individual cell voltage can be measured and compared on a absolute scale (ie the voltage in volts) or the measured voltage can be compared to that other cells. As soon as a voltage below an acceptable value is detected for a single cell 22, eg either 2.0V or a percentage of the voltage of the other
-10-cellules, le circuit 36 débranche la série de cellules 20 en ouvrant un relais 37. En stoppant l'utilisation continue de la série de cellules 20, on prévient les donunages à la cellule individuelle 22 ayant un voltage bas. Toutefois, une recharge complète de la série suivie par une répartition dans les cellules 20 permettra la cellule à
bas voltage 22 d'être utile pour d'autres cycles. La répartition du courant dans la pile permet d'obtenir une charge (i.e. un voltage), identique pour chacune des cellules.
Afin d'atteindre ce but, chaque cellule possède un mode de charge actif spécial pour alimenter en courant le bus 28 pour charger individuellement chaque cellule 22 jusqu'à ce qu'elles atteignent un voltage commun, e.g. 3.2V.
Deuxièmement, le courant alimenté par la pile est surveillé par un détecteur 39. Une surintensité, résultant typiquement d'un court circuit externe, est détectée et un contrôleur 38 ouvre un relais 35. S'il existe une seule série 20 dans la pile 15, les interrupteurs 37 et 35 seront le même interrupteur. Le contrôleur 38 détecte le voltage aux bornes 18,18', et lorsque le voltage retourne à une valeur supérieure à
zéro, l'interrupteur 35 est fermé et l'alimentation peut reprendre. De cette façon, le cyclage de l'interrupteur d'alimentation 35 est empêché.
Troisièmement, le contrôleur 34 de l'élément chauffant détecte une condition de température excessive, par exemple une température supérieure à 80 C, et débranchera la série de piles 20 des bornes 18,18' jusqu'à ce que la température baisse à une valeur de 40 C. En plus du contrôle électronique des éléments chauffants électriques permettant de prévenir les températures excessives, un fusible thermique peut être installé afin de débrancher l'alimentation des éléments de chauffage lorsque la température de la pile atteint 93 C. Le fusible d'arrêt thermique se retrouve préférablement à un endroit susceptible d'être le plus chaud dans le boîtier.
Le fusible thermique peut comprendre un NTE-8090 (fabricant NTE Electronics). Une surchauffe extrême est dangereuse car le lithium pourrait se liquéfier (à 180 C) et devenir volatile si exposé à l'air.
L'interface de surveillance à distance 40 recueille l'information relative aux voltage, courant, température et alimentation afin de compiler des rapports de performance et d'opération. L'interface 40 peut être directement branchée via un modem à une ligne téléphonique sur le site de l'équipement de télécommunication dans le but de transmettre les rapports sur l'état du système électronique.
Les rapports peuvent être transmis à intervalle régulier ou à n'importe quel moment lorsqu'un problème est détecté. L'accès à distance de l'interface 40 peut également être réalisé, non seulement lorsque des rapports sont transmis, mais également sur une requête à
distance, c'est-à-dire, l'interface 40 peut fournir de l'information ou accepter une commande transmise via le réseau de télécommunication. Le réseau sur lequel l'interface 40 est branché peut être un réseau de données tel que l'intemet ou un réseau de commutation par paquet privé.
Pour un NPS, la décision d'arrêter l'alimentation de la pile, dans des conditions de température ou de voltage des cellules douteuses mais pas dommageables pour la pile, peut être prise soit à partir d'une station centrale de décision à
distance d'un fournisseur de service de télécommunication ou à partir d'un algorithme (fonctionnant dans l'interface 40 ou dans un des contrôleurs de la pile 15) qui tient compte des données sur l'état (obtenues par communication via l'interface 40) d'autres piles branchées en parallèle avec la pile 15. Si la pile 15 n'est pas critique au maintien en service de l'équipement de télécommunication, préférablement un arrêt, quoique optionnel, devrait être fait.
Concepts opérationnels La Figure 5 illustre un système de pile NPS branché entre un équipement de télécommunication et un redresseur de puissance de grille. La pile et le système de contrôle sont composés de la pile elle-même avec un interrupteur d'alimentation (SWpower), d'un dispositif de chauffage d'un interrupteur de contrôle de chauffage (SWheater), et trois détecteurs pour surveiller le voltage et le courant de l'interrupteur et la température de la pile. Par exemple, la pile peut être composée de 9 cellules branchées en série, de façon à fournir un voltage maximal de 28 Volts/pile (VCe,js 3.1 volts).
Afin d'obtenir la performance requise et les conditions de mise en oruvre, le dispositif de chauffage de la pile est utilisé afin de maintenir la température interne à
des températures particulières qui sont souhaitables pour des performances optimales de la pile, tel que 40 C (température dite "floating") ou 60 C (température de charge) selon le mode d'exploitation de la pile. Il est à noter que les températures utilisées dans la présente demande sont foulnies uniquement à titre d'exemple et ne doivent pas être considérées comme limitant la portée de l'invention. D'autres températures ou intervalles de températures peuvent être aussi bien utilisés. Par exemple, un système utilisant plus de deux températures différentes peut être mis en oeuvre selon le principe de la présente invention.
Tel qu'illustré dans le diagramme d'état de la Figure 6, lorsque la pile est en service, la température de cette dernière est amenée à 60 C pour la recharger.
Lorsque la pile est complètement rechargée, elle entre en mode "floating" et la température de la pile est baissée à 40 C. En cas de panne, la pile est maintenue à 40 C
pendant les trente premières minutes et tombe ensuite en mode "hot power failure" dans lequel la température est élevée à 60 C.
La pile demeure en service tant et aussi longtemps qu'elle est branchée, sinon elle retourne en mode "stand-by". De plus, pendant une panne, la pile demeure en service tant que le voltage interne de chaque cellule est plus grand que 2 volts, la température est inférieure à 80 C ou le courant est inférieur à celui d'un court circuit.
Aussitôt qu'une cellule atteint un voltage de 2 volts, l'alimentation et l'interrupteur du dispositif de chauffage sont ouverts et la pile retourne en mode "stand-by"
jusqu'à ce que l'alimentation revienne pour répéter le cycle.
Initialement, le logiciel NPS débute en mode "stand-by" et procède seulement avec les modes opérationnels suivants lorsque branché. Tel qu'illustré à la Figure 6, la transition d'un état à l'autre est régit par des événements spécifiques et/ou des conditions opérationnelles.
Les modes "short-circuit" et "overtemperature" sont associés à une panne.
Dans les modes "stand-by" et "cold", l'alimentation de la pile est coupée (SWpower est ouvert) et dans tous les autres modes l'alimentation de la pile est allumée (SWpower est fermé).
La détection d'une surchauffe est simplement obtenue par la surveillance de la température interne de la pile et le court-circuit en surveillant l'état de l'interrupteur de l'alimentation. L'interrupteur d'alimentation comprend un circuit de détection qui ouvre automatiquement l'interrupteur lorsque le courant excède 50 ampères.
Après la fermeture de l'interrupteur d'alimentation, dès que le logiciel détecte que l'interrupteur d'alimentation a été ouvert par le circuit de détection, il entre directement en mode "short-circuit.
Dans le mode "stand-by", le circuit NPS attend d'être mis en service (branché) et la pile et les interrupteurs du dispositif de chauffage sont gardés ouverts. Dans ce mode, le logiciel surveille le voltage à l'interrupteur (Vswitch) et lorsque la lecture de Vswitch est:
- négative, ce qui signifie que le redresseur est branché à la pile et que le voltage de la pile est inférieur au voltage du redresseur, le logiciel tombe en mode "cold";
- zéro, ce qui veut dire que la pile est débranchée ou que le voltage du redresseur est égal au voltage de la pile; le logiciel ferme momentanément le dispositif de chauffage afin de vérifier le voltage résultant de l'interrupteur. Si Vswitch demeure à zéro, le redresseur est branché sur la pile et le logiciel tombe en mode "cold".
Autrement, la pile est autonome et le logiciel demeure en mode "stand-by";
- positive, ce qui signifie que la pile est branchée mais qu'aucune alimentation externe n'est appliquée à la pile, le logiciel demeure en mode "stand-by" si la température est égale ou supérieure à 40 C, la pile s'engage en mode "power failure".
Dans le mode "cold" ou de réchauffement, l'intennipteur d'alimentation de la pile demeure ouvert et le dispositif de chauffage est allumé. Le processus de réchauffement est utilisé pour amener la température de la pile à 60 C avant de recharger. En sortant du mode "cold", une vérification doit être effectuée afin de déterminer si un court-circuit existe avant de tenter de fermer l'interrupteur d'alimentation de la pile.
En mode "charging", l'interrupteur d'alimentation est fermé et la température de la pile est gardée à 60 C. La pile est rechargée jusqu'à ce que le voltage atteigne le voltage du redresseur (i.e. Vswitch = 0) . Lorsque la pile est complètement rechargée, la température de cette derriière est ajustée à 40 C et la pile tombe en mode "floating".
Lors de la charge de la pile:
- en cas de panne, puisque la température est déjà de 60 C, le logiciel s'engage en mode "hot power failure";
- si la pile est débranchée, elle retourne en mode "stand-by".
En mode "floating", l'interrupteur d'alimentation est fermé et la température de la pile est maintenue à 40 C. La pile demeure dans ce mode jusqu'à ce qu'elle soit débranchée ou qu'il y ait une panne de courant, un court-circuit ou une surchauffe.
Les modules du logiciel du contrôleur surveillent continuellement le voltage et le courant à l'interrupteur, et dès que le courant devient supérieur à 0, soit que la pile a été débranchée, ou il y a une panne de courant. En fermant le dispositif de chauffage, si le courant descend à 0, la pile est débranchée et le logiciel entre en mode "stand-by". Autrement, si le courant demeure supérieur à 0, le logiciel entre en mode "power failure".
En mode "power failure", l'interrupteur d'alimentation demeure fermé et la température de la pile est maintenue à 40 C. La pile entre dans ce mode dès qu'il n'y a plus d'alimentation du redresseur. La pile demeure dans ce mode pour une période de temps inférieure à 30 minutes ou jusqu'à ce que l'alimentation du redresseur soit restaurée ou que la température atteigne 80 C, ou la pile est débranchée, ou le voltage de n'importe quelle cellule individuelle descend à 2 volts ou moins. Lorsque le délai de 30 minutes est atteint, la température de la pile est élevée à 60 C et la pile tombe en mode "hot power failure". Lorsque l'alimentation revient, la pile revient directement en mode "charging". Si la pile est débranchée ou le voltage de la cellule descend à 2 volts ou moins, les dispositifs de chauffage et les interrupteurs d'alimentation sont ouverts et la pile entre en mode "stand-by".
Dans le mode "hot power failure", l'interrupteur d'alimentation est maintenu fermé et la température de la pile est gardée à 60 C. Le logiciel demeure dans ce mode aussi longtemps que l'alimentation n'est pas revenue, ou la pile débranchée, ou jusqu'à ce que le voltage des cellules atteigne 2 volts, ou une surchauffe ou un court-circuit est détecté. Lorsque l'alimentation revient, la pile entre directement en mode "charging".
Dans le mode "short-circuit", l'interrupteur d'alimentation est automatiquement ouvert par un circuit de détection de surintensité et le dispositif de chauffage est éteint. La pile demeure dans ce mode aussi longtemps que le court-circuit n'est pas corrigé. Lorsque tel est le cas, la pile retourne au mode "cold".
Référant à la Figure 5, illustrant un court-circuit externe à la pile, la lecture du voltage à l'interrupteur est égale au voltage de la pile. Tant et aussi longtemps que la lecture du voltage demeure supérieure à zéro, le logiciel demeure en mode "short circuit". Lorsque le voltage devient nul, le logiciel retourne en mode "cold".
Si la température de la pile atteint 80 C, cette dernière s'engage en mode "over temperature" et l'interrupteur d'alimentation est ouvert, le dispositif de chauffage est éteint et le logiciel entre en mode "over temperature". La pile demeure dans ce mode aussi longtemps que la température est supérieure à 40 C. Lorsqu'elle atteint 40 C ou moins, elle tombe en mode "stand-by".
La Figure 7 illustre un diagramme relationnel du NPS. Le logiciel NPS est en interface avec l'interrupteur de la pile, les détecteurs de voltage des cellules et le système de chauffage. Il constitue une interface pour l'opérateur permettant de commander et contrôler l'opération de la pile et transmet l'information relative à la surveillance de la pile.
Le système de pile NPS utilise une interface en série pour communiquer avec des dispositifs externes. En utilisant les commandes prescrites, il est possible de demander de l'information ou de modifier les paramètres fonctionnels du logiciel.
L'interrupteur d'alimentation de la pile (SWpower) est activé, ouvert ou fermé, par le logiciel sauf lorsqu'un court-circuit est présent, ce qui entraîne un circuit électronique à prendre le dessus sur la commande du logiciel. Lorsque fermé, un circuit de détection (matériel informatique) surveille le courant qui passe à
travers l'interrupteur, et ouvre automatiquement ce dernier dès que le courant excède ampères. Le circuit de détection vérifie également l'état de l'interrupteur (on/off), le voltage et le courant. Cet état est une valeur digitale, alors que le courant et le voltage sont des valeurs analogiques variant entre 0 et 5 volts. Ces deux signaux sont transmis à un convertisseur A/D pour lecture par le logiciel.
Le dispositif de chauffage est utilisé afin de régler la température interne de la pile au niveau opérationnel correspondant au mode d'exploitation. En mode "stand-by", l'interrupteur du dispositif de chauffage est en position off/on afin de déterminer la présence du redresseur ou d'une charge. Dans les modes "short circuit" et "over temperature", le dispositif de chauffage est éteint. Dans les modes "cold", "floating"
et "power failure", la température est fixée à 40 C. Dans les modes "charging"
et "hot power failure", la température est fixée à 60 C.
Le système de pile NPS est composé de 9 cellules branchées en série. Le voltage produit par chaque cellule est transmis à un multiplexeur analogique et de là, à
un convertisseur A/D. Ce qui veut dire que le logiciel peut mesurer le voltage de sortie de chaque cellule individuellement en choisissant la voie appropriée sur le multiplexeur et en lisant les résultats de la conversion obtenue du convertisseur A/D.
Le logiciel surveille continuellement chaque cellule et lorsque le voltage d'une cellule (peu importe laquelle) atteint 2 volts, l'interrupteur d'alimentation de la pile et la pile entrent en mode "stand-by".
Le système NPS peut être basé sur un micro-contrôleur 68HC11F1 de Motorola. Le micro-contrôleur peut être utilisé en mode expansé et peut utiliser les ressources suivantes du 68HC 11 F 1:
- 24 unités d'entrée-sortie comprenant un bus de 8 bits de données et 16 bits d'adresses (64K d'espace d'adresse);
- 512 bits de mémoire morte (EEPROM);
- 1024 bits de mémoire vive (RAM);
- interface de communication en série Asynchrone (SCI) (duplex complet, NRZ);
- interface périphérique en série Synchrone (SPI); et - 14 unités d'entrée-sortie.
Tel qu'illustré à la ligne 8, les ressources suivantes peuvent être ajoutées au 68HC11F1 pour le système de piles NPS:
- 32 Kbits de mémoire vive (RAM);
- 16 multiplexeurs à 16 voies;
- convertisseur A/D de 16 bits;
- circuit adaptatif d'interface à duplex complet et boucle de courant;
- circuit de commutation de piles;
- circuit de détection de température de résistance (RTD).
Services du système d'onération et ressources du matériel informatique Le logiciel NPS n'est dépendant d'aucun système opérationnel. Il utilise des événements d'interruption pour passer d'une tâche à l'autre. Les deux sources d'événements sont la communication SCI et les interruptions de l'horloge en temps réel.
Le logiciel NPS utilise une horloge en temps réel comme programmeur de tâches pour surveiller les paramètres de la pile et les modes de supervision.
Le mode d'amorçage 68HC 11 est utilisé pour télécharger un programme dans le 68HC 11 1 Kbits RAM interne. Lorsque le procédé de téléchargement est complété, le 68HC 11 démarre automatiquement l'exécution de ce programme.
Pour le système NPS, ce mode est utilisé pour télécharger un utilitaire pour charger cette application dans une mémoire RAM statique non volatile de 32 Kbits. A
cet effet, le logiciel d'amorçage initialise le contrôleur de communication et établit la configuration des 68HC 11 unités d'entrée-sortie selon les conditions appropriées.
Après que le procédé d'initialisation ait été complété, l'utilitaire de téléchargement établit le SCI en mode de réception et attend que l'application télécharge les fichiers.
Le format de téléchargement de fichiers doit être en code Motorola S 1.
Après que l'application a été téléchargée dans la mémoire, le mode d'amorçage est retiré et le tout est remis à zéro afin de démarrer l'application.
Le mode prolongé est utilisé pour mettre en oeuvre le logiciel de l'application NPS. Ce mode fournit un bus d'adresse non-multiplexé de 16 bits et un bus de données de 8 bits. De plus, le logiciel requiert l'utilisation de:
- Port D bits 4,3,2 pour la transmission synchrone SPI;
- Port D bits 2-1 pour la communication SCI;
- Minuterie en temps réel;
- "Program chip select" (PG 7); et - Unités d'entrée-sortie (PG 5-0 et PA).
Description des dépendances La Figure 9 illustre un diagramme de circulation des données dans les composantes du logiciel NPS.
La fonction de lecture des voltages de cellule utilise un multiplexeur analogique pour choisir une cellule donnée et un convertisseur de 12 bits A/D
afin d'obtenir une lecture de voltage. Sur demande, cette fonction lit 10 voltages d'une cellule et envoie les résultats à une interface SCI. De plus, si la lecture de voltage d'une cellule (peu importe laquelle) est inférieure ou égale à 2 volts, une alarme est déclenchée afin de signaler une défaillance.
Le circuit d'interruption fournit de l'information sur l'état (on/off), le voltage et le courant. Cet état est obtenu par la lecture du port d'entrée PA-2 et le voltage de l'interrupteur, et le voltage de l'interrupteur et le courant sont obtenus par conversion de 12 bits A/D sur les voies 10 et 11 respectivement du multiplexeur.
La fonction de contrôle du chauffage est utilisée afin de maintenir la température de la pile à un niveau souhaité. Il reçoit la température prédéterminée moins une valeur de zone morte. Dès que la température est inférieure ou égale à la température prédéterminée moins la valeur de la zone morte, le dispositif de chauffage est allumé. Par contre, si la température est supérieure ou égale à la température prédéterminée plus la valeur de la zone morte, le dispositif de chauffage est éteint.
La fonction de contrôle du dispositif de chauffage donne une lecture de température à partir d'une conversion de 12 bits A/D sur la voie 12 du multiplexeur.
Le signal de température est généré par un circuit de détection de température de résistance (RTD) qui fournit une lecture de voltage proportionnelle au niveau de la température. La fonction du contrôle de l'environnement surveille les paramètres de la pile et détermine le mode opérationnel de la pile selon la lecture de courant et de voltage de l'interrupteur de l'alimentation. Il surveille en outre la surchauffe et les courts-circuits, et contrôle les interrupteurs d'alimentation et du dispositif de chauffage en ce sens.
La fonction d'interface de l'opérateur fournit une série de commandes de contrôle et de questions pour modifier les paramètres d'opération ou pour vérifier l'information de surveillance. La fonction de remise de l'interrupteur est utilisée afin de contrôler l'interrupteur d'alimentation de la pile. Lorsque activée, cette fonction lit l'information du circuit de détection de l'interrupteur d'alimentation afin de confirmer l'état de l'interrupteur avec la commande envoyée.
Modules du logiciel du contrôleur de la pile Plusieurs modules de logiciel réalisent diverses tâches sur la carte du contrôleur de la pile. Par exemple, certains de ces modules sont décrits dans les paragraphes suivants.
Avec les 1 logique sur les pattes d'entrée MODA et MODB du 68HC 11, le micro-contrôleur démarre automatiquement en mode expansé. Ce qui veut dire que les dispositifs B, F et C d'entrée-sortie sont configurés en bus d'adresse 16 bits et bus de données 8 bits respectivement et tous les autres dispositifs d'entrée-sortie sont configurés comme dispositifs d'entrée.
Cette fonction initialise les pattes de sortie sur les dispositifs A et G et détermine leur valeur respective selon:
PA 7-4 Sélecteur de voie de multiplexeur 0 PG 3-2 Contrôle de l'interrupteur de OFF ( 1-0 ) l'alimentation Le système d'acquisition du contrôleur de la pile est basé sur un convertisseur externe 12 bits A/D ayant un multiplexeur analogique de 16 voies. Le convertisseur externe A/D utilise une interface synchrone, compatible avec le protocole de communication Motorola SPI, pour recevoir et transmettre des données.
Les cellules de la pile sont branchées aux 10 premières des 16 voies du multiplexeur analogique MAX306 et la sortie de ce dernier est envoyée à un convertisseur A/D (LTC1286) afin de convertir le signal. Les cellules 1 à 9 sont branchées aux voies 0 à 8. La sélection de voie est réalisée par le port de sortie PA-4 à PA-7. Lorsqu'une voie est choisie, un délai d'au moins 5 ms doit être présent pour que le signal correspondant se stabilise avant la conversion A/D.
Les signaux de voltage et de courant, pour le voltage relatif de l'interrupteur d'alimentation de la pile et le courant drainé, sont également transmis au multiplexeur analogique pour conversion par le convertisseur A/D (LTC1286). Le voltage de l'interrupteur est obtenu sur la voie 11 et le courant de l'alimentation sur la voie 11.
Le voltage de l'interrupteur et la fonction de courant choisit chaque voie pour la conversion et enregistre les résultats du convertisseur A/D en deux variables.
La température est obtenue par le détecteur RTD localisé à l'intérieur de la pile. La valeur RTD est convertie en un équivalent de voltage et transmise à
la voie 12 analogue du multiplexeur. La température est obtenue en convertissant le signal RTD avec un convertisseur A/D (LTC1286). La lecture de température est retournée telle quelle (sans conversion) à la routine d'appel.
La fonction d'interface de l'opérateur traite les messages reçus sur la voie de communication et retourne une requête d'analyse.
Le planificateur est branché à la minuterie en temps réel 68HC11. Le planificateur vérifie les paramètres de la pile et configure le logiciel dans le mode d'opération approprié selon le diagranune d'état illustré à la Figure 6. Avec un cristal de 8 MHz, la minuterie en temps réel est configurée pour générer une interruption (référence de la minuterie) à chaque 32.77 ms, ce qui veut dire que le planificateur est mis en oeuvre à une vitesse d'environ 30 Hz. A chaque fois que le planificateur est mis en oeuvre, il augmente le nombre de références de la minuterie au délai désiré.
Lorsque le délai est atteint, la fonction correspondante (ou tâche) est mise en oeuvre et le compte est remis à zéro pour redémarrer le procédé.
Accès et contrôle à distance du contrôleur de pile Le contrôleur de pile susmentionné peut être contacté via un réseau tel que l'internet, de façon à être contrôlé à distance à partir d'un ordinateur. La Figure 7 illustre une représentation générale de plusieurs contrôleurs de pile qui sont accédés et contrôlés à partir d'une station d'acquisition, de contrôle et de surveillance de données à distance.
Différents protocoles tels que TCP/IP ou UDP peuvent être utilisés de façon à
accéder à distance aux contrôleurs de pile via un réseau. La communication établie entre la station de contrôle et les contrôleurs de pile permet le transfert de données de façon sécuritaire en utilisant un encryptage et une protection par mot de passe. L'unité
de contrôle UPS peut également fournir des enregistrements de données pour transfert FTP, lorsque requis par l'utilisateur. D'autres emplacements de communication peuvent également être utilisés pour accéder à distance aux contrôleurs de pile. En utilisant l'internet ou tout autre réseau étendu, les systèmes d'acquisition de données, de contrôle et de surveillance peuvent être situés n'importe où.
Le système NPS global, tel qu'illustré à la Figure 12, comprend un contrôleur de communication NPS établissant un lien de conununication à distance avec un noeud, le limiteur de courant du NPS qui fournit les fonctions de surveillance pour une série de 2 piles, et le contrôleur de pile NPS qui fournit la surveillance et le contrôle requis sur chaque pile.
La station de surveillance à distance du NPS doit obtenir le journal de station enregistré par le contrôleur de communication du NPS et fournir les fonctions de surveillance afin d'afficher l'histogramme et l'état actuel du système NPS.
Il est à noter que la Figure 12 fournit uniquement un exemple d'une configuration de système NPS. Le nombre de contrôleurs de pile de même que le nombre et le type de limiteurs de courant du NPS peuvent varier d'une application à
l'autre, dépendant du voltage de sortie des piles.
Une station portable NPS peut être utilisée avec un administrateur de contrôleur de pile pour surveiller localement l'état d'un système NPS et pour fournir la fonctionnalité requise au service des composantes du système NPS. En particulier, il doit être utilisé pour:
- mettre à jour le logiciel;
- modifier les paramètres d'opération;
- télécharger le journal de station du système NPS contenu dans le contrôleur de communication du NPS.
Éventuellement, les deux stations (i.e. portable et à distance) peuvent être configurées de façon à remplir les mêmes tâches.
Une station locale est requise pour desservir le serveur de communication local sur le site du contrôleur de la pile, tel qu'illustré à la Figure 12. Ce contrôleur de communication UPS est utilisé comme interface entre le contrôleur de pile et la station d'acquisition de contrôle et de surveillance à distance. Sa tâche est de transmettre et recevoir des données sur le réseau de communication (internet ou autre) vers et à partir de la station à distance. Par exemple, sans toutefois s'y restreindre, le contrôleur de communication UPS peut avoir les caractéristiques suivantes:
- utilisation de Windows 95/NT;
- avoir une interface de communication Lonworks FTT-10 78 kbits;
- fournir un service de transfert de fichier Lontalk; et - avoir un espace de disque très grand pour permettre l'enregistrement chronologique des données et des programmes.
Bien que la présente invention soit décrite en référence à des modes de réalisation préférentiels, il est entendu que la présente description ne se réfere qu'à des modes de réalisation préférentiels et ne doit pas être considérée comme limitant la portée de l'invention qui comprend différentes mises en oruvre telles que définies dans les revendications ci-après. -10-cells, the circuit 36 disconnects the series of cells 20 by opening a relay 37. In stopping the continuous use of the series of cells 20, the Donunages at the individual cell 22 having a low voltage. However, a full recharge of the series followed by a distribution in the cells 20 will allow the cell to low voltage 22 to be useful for other cycles. The current distribution in the stack allows to obtain a charge (ie a voltage), identical for each of the cells.
To to achieve this goal, each cell has a special active charge mode for powering the bus 28 to individually charge each cell 22 until they reach a common voltage, eg 3.2V.
Second, the battery-powered current is monitored by a detector 39. An overcurrent, typically resulting from an external short circuit, is detected and a controller 38 opens a relay 35. If there is only one series 20 in the stack 15, the switches 37 and 35 will be the same switch. The controller 38 detects the voltage at the terminals 18, 18 ', and when the voltage returns to a value greater than zero, the switch 35 is closed and the power supply can resume. In this way, cycling of the power switch 35 is prevented.
Thirdly, the controller 34 of the heating element detects a condition excessive temperature, for example a temperature above 80 C, and disconnect the battery series 20 from the terminals 18, 18 'until the temperature drop at a value of 40 C. In addition to the electronic control of the heating elements to prevent excessive temperatures, a fuse thermal can be installed to disconnect power to heating elements when the battery temperature reaches 93 C. Thermal fuse Finds himself preferably at a place likely to be the hottest in the case.
The fuse thermal may include a NTE-8090 (manufacturer NTE Electronics). A
extreme overheating is dangerous because lithium could be liquefied (at 180 C) and become volatile if exposed to air.
The remote monitoring interface 40 collects the information relating to voltage, current, temperature and power supply to compile performance and operation. The interface 40 can be directly connected via a modem to a telephone line on the site of the equipment of telecommunication for the purpose of transmitting reports on the state of the electronic system.
Reports can be transmitted at regular intervals or at any time when problem is detected. Remote access of the interface 40 can also be realized, not only when reports are transmitted, but also on a request to distance, i.e., the interface 40 can provide information or accept a command transmitted via the telecommunication network. The network on which the interface 40 is connected can be a data network such as the intemet or a network switching by private package.
For an NPS, the decision to stop the power supply of the battery, in terms temperature or voltage of questionable cells but not harmful to the stack, can be taken either from a central decision station to distance of one telecommunication service provider or from an algorithm (functioning in the interface 40 or in one of the controllers of the stack 15) which takes into account of the state data (obtained by communication via the interface 40) from other Battery connected in parallel with the battery 15. If the battery 15 is not critical to the maintaining telecommunication equipment service, preferably a shutdown, although optional, should be done.
Operational concepts Figure 5 illustrates an NPS battery system connected between telecommunication and a grid power rectifier. The battery and the system of control are composed of the battery itself with a switch power (SWpower), a heater of a control switch of heater (SWheater), and three detectors to monitor the voltage and current of the switch and the temperature of the battery. For example, the stack may consist of 9 cell connected in series, to provide a maximum voltage of 28 volts / battery (VCe, js 3.1 volts).
In order to obtain the required performance and the conditions of implementation, the battery heater is used to maintain the internal temperature at particular temperatures that are desirable for performance best of the battery, such as 40 C (so-called "floating" temperature) or 60 C (temperature of charge) depending on how the battery is used. It should be noted that the temperatures used in this application are treated solely by way of example and do not must not be considered as limiting the scope of the invention. other temperatures or Temperature ranges can be used as well. For example, a system using more than two different temperatures can be implemented according to the principle of the present invention.
As illustrated in the state diagram of Figure 6, when the battery is in service, the temperature of the latter is brought to 60 C to recharge it.
When the battery is fully charged, it enters floating mode and the temperature of the battery is lowered to 40 C. In case of failure, the battery is maintained at 40 C
during the first thirty minutes and then falls into "hot power failure" mode in which the temperature is raised to 60 C.
The battery remains in service as long as it is plugged in, otherwise it returns to stand-by mode. In addition, during a breakdown, the battery remains in service as long as the internal voltage of each cell is greater than 2 volts, the temperature is less than 80 C or the current is lower than that of a short circuit.
As soon as a cell reaches a voltage of 2 volts, the power and the switch heater are open and the battery returns to "stand-by" mode until that the food comes back to repeat the cycle.
Initially, the NPS software starts in "stand-by" mode and proceeds only with the following operational modes when connected. As illustrated in Figure 6, the transition from one state to another is governed by specific events and / or of the operational conditions.
The modes "short-circuit" and "overtemperature" are associated with a breakdown.
In "stand-by" and "cold" modes, battery power is cut off (SWpower is open) and in all other modes the battery power is lit.
(SWpower is closed).
The detection of overheating is simply obtained by monitoring the internal temperature of the battery and the short circuit by monitoring the state of the switch food. The power switch includes a detection circuit who automatically opens the switch when the current exceeds 50 amperes.
After the closing the power switch as soon as the software detects that the switch power supply was opened by the detection circuit, it enters directly in mode "Short-circuit.
In the stand-by mode, the NPS circuit waits to be put into service (connected) and the battery and switches of the heater are kept open. In this mode, the software monitors the voltage at the switch (Vswitch) and when reading from Vswitch is:
- negative, which means that the rectifier is connected to the battery and that the voltage of the battery is lower than the voltage of the rectifier, the software falls into "Cold";
- zero, which means that the battery is disconnected or the voltage of the rectifier is equal to the voltage of the battery; the software momentarily closes the device to check the voltage resulting from the switch. Yes Vswitch remains at zero, the rectifier is plugged into the battery and the software goes into "Cold".
Otherwise, the battery is autonomous and the software remains in "stand-by"mode;
- positive, which means that the battery is connected but no food externally is applied to the battery, the software remains in "stand-by" mode if the temperature is equal to or greater than 40 C, the battery engages in "power failure ".
In the "cold" or warming mode, the power of the battery remains open and the heater is turned on. The process of warming is used to bring the battery temperature to 60 C before of recharge. When exiting the "cold" mode, a check must be made in order to determine if a short circuit exists before attempting to close the switch battery power.
In "charging" mode, the power switch is closed and the temperature of the battery is kept at 60 C. The battery is recharged until the voltage reach the voltage of the rectifier (ie Vswitch = 0). When the battery is completely charged, the temperature of this back is adjusted to 40 C and the battery falls into mode "Floating".
When charging the battery:
- in case of failure, since the temperature is already 60 C, the software commits in "hot power failure"mode;
- if the battery is disconnected, it returns to "stand-by" mode.
In floating mode, the power switch is closed and the temperature of the battery is kept at 40 C. The battery remains in this mode until it is disconnected or there is a power failure, short circuit or overheated.
Controller software modules continually monitor the voltage and the current at the switch, and as soon as the current becomes greater than 0, that the pile has been disconnected, or there is a power failure. By closing the device heater, if the current drops to 0, the battery is disconnected and the software enters "stand-otherwise, if the current remains above 0, the software enters "power failure ".
In "power failure" mode, the power switch remains closed and the battery temperature is maintained at 40 C. The battery enters this mode as soon as that there is not more power of the rectifier. The battery remains in this mode for a period of time less than 30 minutes or until the rectifier supply is restored or the temperature reaches 80 C, or the battery is disconnected, or the voltage any single cell goes down to 2 volts or less. When the delay 30 minutes is reached, the battery temperature is raised to 60 C and the stack falls in "hot power failure" mode. When the power returns, the battery returns directly in "charging" mode. If the battery is disconnected or the voltage of the cell down to 2 volts or less, heaters and switches are open and the battery enters stand-by mode.
In the "hot power failure" mode, the power switch is maintained closed and the battery temperature is kept at 60 C. The software remains in this mode as long as the power has not come back, or the battery disconnected, or until the cell voltage reaches 2 volts, or overheating or A short-circuit is detected. When the power returns, the battery enters directly in mode "Charging".
In the "short-circuit" mode, the power switch is automatically opened by an overcurrent detection circuit and the device heating is off. The battery stays in this mode as long as the short circuit is not corrected. When this is the case, the battery returns to the "cold" mode.
Referring to Figure 5, illustrating an external short circuit to the stack, the reading the voltage at the switch is equal to the voltage of the battery. So much so long as the Voltage reading remains greater than zero, the software remains in "shorts When the voltage becomes zero, the software returns to "cold" mode.
If the temperature of the battery reaches 80 C, the latter enters mode "over temperature "and the power switch is open, the heating is off and the software enters "over temperature" mode. The battery remains in this mode as long as the temperature is above 40 C. When it reaches 40 C or less, it falls into "stand-by" mode.
Figure 7 illustrates a relational diagram of the NPS. NPS software is in interface with the battery switch, the voltage detectors of the cells and the heating system. It constitutes an interface for the operator allowing of control and control the operation of the battery and transmit the information on the battery monitoring.
The NPS battery system uses a serial interface to communicate with external devices. Using the prescribed commands, it is possible to request information or modify the functional parameters of the software.
The battery power switch (SWpower) is activated, open or closed, by the software except when a short circuit is present, resulting in a circuit electronics to take over the control of the software. When closed, a detection circuit (computer hardware) monitors the current going to through the switch, and automatically open the latter as soon as the current exceeds amps. The detection circuit also checks the state of the switch (on / off), the voltage and current. This state is a digital value, while the current and the voltage are analog values varying between 0 and 5 volts. These two signals are transmitted to an A / D converter for reading by the software.
The heater is used to adjust the internal temperature of the Operational level stack corresponding to the operating mode. In mode "stand-by ", the heater switch is in the off / on position to determine the presence of the rectifier or a load. In short circuit modes and "over temperature ", the heater is switched off, in the" cold "modes, "Floating"
and "power failure", the temperature is fixed at 40 C. In "charging" modes and "hot power failure ", the temperature is fixed at 60 C.
The NPS battery system consists of 9 cells connected in series. The voltage produced by each cell is transmitted to an analog multiplexer and from there, to an A / D converter. Which means that the software can measure the voltage of exit from each cell individually by choosing the appropriate route on the multiplexer and reading the results of the conversion obtained from the A / D converter.
The software continually monitors each cell and when the voltage a cell (no matter which one) reaches 2 volts, the power switch of the pile and the battery enter "stand-by" mode.
The NPS system can be based on a 68HC11F1 microcontroller Motorola. The microcontroller can be used in expanded mode and can use the following resources of 68HC 11 F 1:
- 24 I / O units including an 8-bit data and 16-bit bus addresses (64K of address space);
- 512 bits of read only memory (EEPROM);
- 1024 bits of random access memory (RAM);
- Asynchronous serial communication interface (SCI) (full duplex, NRZ);
- Synchronous serial peripheral interface (SPI); and - 14 I / O units.
As shown in line 8, the following resources can be added at 68HC11F1 for the NPS battery system:
- 32 Kbits of random access memory (RAM);
- 16 multiplexers with 16 channels;
- 16-bit A / D converter;
- full duplex interface adaptive circuit and current loop;
- battery switching circuit;
- resistance temperature detection circuit (RTD).
Oneration System Services and Hardware Resources NPS software is not dependent on any operational system. He uses interrupt events to move from one task to another. Both sources of events are SCI communication and interruptions of the clock in time real.
NPS software uses a real-time clock as a programmer to tasks to monitor battery settings and supervision modes.
The 68HC 11 boot mode is used to download a program into the 68HC 11 1 Kbits internal RAM. When the download process is completed 68HC 11 will automatically start running this program.
For the NPS system, this mode is used to download a utility for load this application in a nonvolatile static RAM memory of 32 Kbits. AT
this indeed, the bootstrap software initializes the communication controller and establish the configuration of 68HC 11 I / O units depending on conditions appropriate.
After the initialization process has been completed, the utility of downloading establishes the ICS in receive mode and waits for the application to download the files.
The file download format must be in Motorola S 1 code.
After the application has been downloaded to memory, the boot mode is removed and the whole thing is reset to start the application.
The extended mode is used to implement the software of application NPS. This mode provides a 16-bit non-multiplexed address bus and a bus.
8-bit data. In addition, the software requires the use of:
- D-bit port 4,3,2 for SPI synchronous transmission;
- D-bit port 2-1 for SCI communication;
- Real time timer;
- "Program chip select" (PG 7); and - Input-output units (PG 5-0 and PA).
Description of the dependencies Figure 9 illustrates a flow chart of data in NPS software components.
The cell voltage reading function uses a multiplexer analog to choose a given cell and a 12-bit A / D converter to to obtain a voltage reading. On request, this function reads 10 volts a cell and sends the results to an SCI interface. Moreover, if reading voltage cell (no matter which one) is less than or equal to 2 volts, a alarm is triggered to signal a failure.
The interrupt circuit provides status information (on / off), voltage and the flow. This status is obtained by reading the PA-2 input port and voltage of the switch, and the voltage of the switch and the current are obtained by conversion 12 bits A / D on the channels 10 and 11 respectively of the multiplexer.
The heating control function is used to maintain the battery temperature to a desired level. He receives the temperature predetermined minus a dead zone value. As soon as the temperature is lower or equal to the predetermined temperature minus the value of the dead zone, the heater is on. On the other hand, if the temperature is greater than or equal to temperature predetermined value plus the value of the dead zone, the heater is off.
The control function of the heating device gives a reading of temperature from a 12-bit A / D conversion on channel 12 of the multiplexer.
The temperature signal is generated by a temperature detection circuit of resistance (RTD) which provides a voltage reading proportional to the level of the temperature. The function of environmental control monitors the parameters of the battery and determines the operational mode of the battery according to the reading of current and voltage of the power switch. It also monitors the overheating and short circuits, and controls the power and device switches of heating in this sense.
The operator interface function provides a series of commands for control and questions to change the operation parameters or to check monitoring information. The reset function of the switch is used so check the battery power switch. When enabled, this bed function information from the power switch detection circuit in order to to confirm the state of the switch with the command sent.
Battery Controller Software Modules Several software modules perform various tasks on the map of the battery controller. For example, some of these modules are described in the following paragraphs.
With the logic 1 on the MODA and MODB input tabs of the 68HC 11, the micro-controller automatically starts in expanded mode. Which means that the input-output devices B, F and C are configured as an address bus 16 bits and buses 8-bit data and all other input devices-exit are configured as input devices.
This function initializes the output tabs on devices A and G and determines their respective value according to:
PA 7-4 Multiplexer Channel Selector 0 PG 3-2 Switch OFF Control (1-0) supply The battery controller acquisition system is based on a converter External 12-bit A / D having a 16-channel analog multiplexer. The converter External A / D uses a synchronous interface, compatible with the protocol of Motorola SPI communication, to receive and transmit data.
The cells in the stack are connected to the first 10 of the 16 channels of the analog multiplexer MAX306 and the output of the latter is sent to a A / D converter (LTC1286) to convert the signal. Cells 1 to 9 are connected to channels 0 to 8. Channel selection is carried out via the port of PA-4 output at PA-7. When a channel is chosen, a delay of at least 5 ms must be present for that the corresponding signal stabilizes before the A / D conversion.
The voltage and current signals, for the relative voltage of the switch supply and the drained current, are also transmitted to the multiplexer analogue for conversion by the A / D converter (LTC1286). The voltage of the switch is obtained on channel 11 and the power supply current on track 11.
The voltage of the switch and the current function selects each channel for converting and records the results of the A / D converter in two variables.
The temperature is obtained by the RTD detector located inside the battery. The RTD value is converted to a voltage equivalent and transmitted to the way 12 analogue of the multiplexer. The temperature is obtained by converting the signal RTD with A / D converter (LTC1286). The temperature reading is returned as is (without conversion) to the calling routine.
The operator interface function processes messages received on the channel of communication and returns an analysis request.
The planner is connected to the 68HC11 real-time timer. The scheduler checks the stack parameters and configures the software in The mode appropriate state of play as shown in Figure 6. With a crystal 8 MHz, the real-time timer is set to generate a interruption (timer reference) every 32.77 ms, which means that the planner is implemented at a speed of approximately 30 Hz. Whenever the planner is implemented, it increases the number of references from the timer to the delay longed for.
When the delay is reached, the corresponding function (or task) is set implemented and the count is reset to restart the process.
Access and remote control of the battery controller The aforementioned battery controller can be contacted via a network such as the internet, so that it can be controlled remotely from a computer. The Figure 7 illustrates a general representation of several stack controllers that are accessed and controlled from an acquisition, control and monitoring station of data remote.
Different protocols such as TCP / IP or UDP can be used to remote access to battery controllers over a network. Communication established between the control station and the battery controllers allows the transfer of data from secure way by using encryption and password protection past. The unit UPS control can also provide data records for transfer FTP, when required by the user. Other communication sites can also be used to remotely access controller controllers battery. In using the internet or any other wide area network, acquisition systems of data, Control and monitoring can be located anywhere.
The global NPS system, as shown in Figure 12, includes a controller communication network establishing a remote communication link with a node, the current limiter of the NPS that provides the monitoring functions for a series of 2 batteries, and the NPS battery controller that provides monitoring and Control required on each stack.
The remote monitoring station of the NPS must obtain the log of station recorded by the NPS communication controller and provide the functions of monitoring to display the histogram and current status of the NPS system.
It should be noted that Figure 12 provides only one example of a NPS system configuration. The number of stack controllers as well as the number and type of current limiters of the NPS may vary from one application to the other, depending on the output voltage of the batteries.
An NPS portable station can be used with a NPS administrator battery controller to locally monitor the status of an NPS system and to provide the functionality required in the service of NPS system components. In particular, he must be used for:
- update the software;
- modify the operation parameters;
- download the NPS system station log contained in the controller of NPS communication.
Eventually, both stations (ie portable and remote) can be configured to perform the same tasks.
A local station is required to serve the communication server local area on the battery controller site, as shown in Figure 12.
controller of UPS communication is used as an interface between the battery controller and the remote control and monitoring acquisition station. His task is of transmit and receive data on the communication network (internet Or other) to and from the remote station. For example, without however restrict, the UPS communication controller can have the following characteristics:
- use of Windows 95 / NT;
- have a 78 kbits Lonworks FTT-10 communication interface;
- provide a Lontalk file transfer service; and - have a very large disk space to allow recording chronological data and programs.
Although the present invention is described with reference to modes of preferential realization, it is understood that the present description does not refers only to preferential embodiments and should not be considered as limiting the scope of the invention which includes different implementations such as defined in the claims below.
Claims (9)
- des détecteurs de température capables de détecter la température des cellules;
- des éléments chauffants capables de chauffer les cellules;
- un contrôleur d'éléments chauffant recevant des signaux des détecteurs de température, et qui contrôle un courant fourni aux éléments chauffants de façon à maintenir chaque cellule à une température prédéterminée; et - un contrôleur d'alimentation capable de détecter une demande de puissance de la part de la pile et qui règle la température prédéterminée en réponse à un niveau de puissance et/ou d'énergie à fournir à la pile ou qui est fourni de la pile, le contrôleur d'alimentation permettant de régler au moins une température de flottement, une température de charge et une température d'alimentation. 1. A battery control system for a metal electrolytic cell and solid comprising cells disposed in a housing, the system comprising:
- temperature detectors capable of detecting the temperature of the cells;
heating elements capable of heating the cells;
a heating element controller receiving signals from the detectors of temperature, and which controls a current supplied to the heating elements of way to maintain each cell at a predetermined temperature; and a power controller capable of detecting a power demand of the from the stack and which adjusts the predetermined temperature in response to a power level and / or energy to be supplied to the cell or supplied from the cell, the power controller to adjust at least one float temperature, a temperature load and a supply temperature.
- Un circuit de détection de voltage détectant au moins un voltage de la pile à la connexion d'alimentation;
- Un circuit d'évaluation de performance de la pile qui interprète les signaux du détecteur de voltage et génère des signaux d'évaluation; et - Un circuit de télécommunications transmettant les signaux d'évaluation à un réseau. A system according to claim 1, further comprising:
- A voltage detection circuit detecting at least one voltage of the battery to the power connection;
- A battery performance evaluation circuit that interprets the signals of voltage detector and generates evaluation signals; and - a telecommunications circuit transmitting the evaluation signals to a network.
- un détecteur de courant qui détecte un courant fourni par les cellules lorsqu'elles sont actives;
- des moyens pour interpréter le courant pour déterminer si une condition de surintensité de courant existe; et - des moyens pour débrancher la pile de la prise d'alimentation suite à une condition de surintensité de courant et pour rebrancher automatiquement la pile lorsque la condition de surintensité de courant cesse. A system according to claim 1, further comprising:
a current detector which detects a current supplied by the cells when are active;
means for interpreting the current to determine whether a condition of overcurrent current exists; and means for disconnecting the battery from the power supply following a overcurrent condition and to automatically reconnect the pile when the Overcurrent condition ceases.
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