CN107785627A - 用于监测电池充电状态的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种电气系统(2)包括：电池(26)，其用于存储电能；电池监测装置(22)，其被配置用于通过以下方式来确定表示所述电池(26)的充电状态的数值：设置表示所述电池(26)的所述充电状态的初始数值；以及重复地确定所述电气系统(2)的当前运行状态和所述当前运行状态有效的时间段(T1‑T10)；作为所述电气系统(2)的所述确定的当前运行状态和所述当前运行状态有效的所述时间段(T1‑T10)的函数来计算所述电池(26)的所述充电状态的改变；以及通过将表示所述电池(26)的所述充电状态的所述数值加上/减去所述计算的所述充电状态的改变来更新所述数值。

Description

用于监测电池充电状态的方法和系统
本发明涉及用于监测电气系统中(具体地在电梯系统中，更具体地在电梯报警/救援系统中)的电池的充电状态的方法和系统。
安全相关的电气系统(诸如电梯报警/救援系统)即使在电源故障的情况下也必须能够运行特定时间段。此类系统因此通常包括电池，所述电池被配置用于在外部电源中断的情况下提供用于运行电梯报警/救援系统的电力。为了允许电梯系统的安全运行，电梯系统应只有在电池包括足够的电荷以用于确保电梯报警/救援系统能够安全运行至少预定时间段来允许电梯系统进入没有乘客被困在电梯轿厢内的安全状态的情况下才能运行。当前的安全标准需要确保电梯报警/救援系统能够安全运行至少一个小时。
因此，提供用于以低成本以足够的准确度在任何时间点确定电池的充电状态(“当前充电状态”)的方法和装置将是有益的。
根据本发明的示例性实施方案，监测电气系统中的电池的充电状态的方法包括以下步骤：将表示电池的充电状态的数值设置成初始值；重复地确定电气系统的当前运行状态以及所述运行状态有效的时间段；作为电气系统的所确定的运行状态和所述运行状态有效的时间段的函数来重复地计算充电状态的改变；以及通过将表示电池的充电状态的数值加上/减去所计算的充电状态的改变来重复地更新所述数值。
根据本发明的示例性实施方案，电气系统包括：电池，其用于存储电能；电池监测装置，其被配置用于通过以下方式来确定表示电池的充电状态的数值：将表示电池的充电状态的数值设置成初始值；重复地确定电气系统的当前运行状态以及所述运行状态有效的时间段；作为电气系统的所确定的运行状态和所述运行状态有效的时间段的函数来重复地计算充电状态的改变；以及通过将表示电池的充电状态的数值加上/减去所计算的充电状态的改变来重复地更新所述数值。
根据本发明的示例性实施方案，电池的充电状态通过监测电池的充电和放电操作并通过所述信息来计算电池内的充电状态来进行评估。当连接到外部电源并且电池充电时，所述系统具体地处于充电状态；并且当没有外部电力供应给电气系统并且所述电气系统使用来自电池的电力来运行时，系统处于放电状态。在充电状态下加上表示估计电荷的数值，并且在放电状态下减去表示估计电荷的数值。
本发明的示例性实施方案允许确定电池的当前充电状态，而不减少可用电荷，并且具有高准确度，具体地具有比基于电池电压的曲线特性的现有技术方法更高的准确度。
将关于附图更详细地描述本发明的示例性实施方案：
图1描绘根据本发明的示例性实施方案的包括电气系统的电梯系统。
图2描绘示出电池的不同充电和放电操作的图。
图1描绘根据本发明的示例性实施方案的包括电气系统的电梯系统1。
电梯系统1包括电梯轿厢6，其使用受拉构件3而可移动地悬停在井道4内。受拉构件3(例如绳或带)连接到电梯驱动器5，所述电梯驱动器5被配置用于驱动受拉构件3，以便在位于不同楼层的多个平台8之间沿着井道4的高度来移动电梯轿厢6。
每个平台8设置有平台门10，并且电梯轿厢6设置有对应的电梯轿厢门12，以用于当电梯轿厢6位于相应的平台8处时，允许乘客在平台8与电梯轿厢6的内部之间转移。
图1所示的示例性实施方案使用1∶1挂绳来悬停电梯轿厢6。然而，技术人员容易理解，挂绳的类型对于本发明不是至关重要的，并且也可使用不同种类的挂绳，例如2∶1挂绳或者根本没有挂绳。电梯系统1可使用或不使用配重(未示出)。电梯驱动器5可以是本领域中使用的任何形式的驱动器，例如，牵引驱动器、液压驱动器或线性驱动器。电梯系统1可具有机房或者可以是无机房电梯系统。电梯系统1可使用如图1所示的受拉构件3，或者可以是没有受拉构件3的电梯系统。
电梯驱动器5由电梯控制单元7控制，以用于在不同的平台8之间移动电梯轿厢6。
可通过设置在电梯轿厢6内的电梯轿厢控制面板14和/或在每个平台8上靠近平台门10设置的平台控制面板16来提供控制单元7的输入。
电梯轿厢控制面板14和平台控制面板16可使用图1中未示出的电线(具体地通过电母线)或使用无线连接而连接到电梯控制单元7。
电梯系统1还包括应急电源20，其被配置用于在外部电源故障的情况下提供电力。电梯系统1的电气系统2包括应急电源20、电梯控制器7和电梯驱动器5。
由应急电源20提供的电力应足以用于使电梯系统1在自动救援操作“ARO”中进入安全状态，例如，以用于在外部电源受到干扰或切断的紧急情况下将电梯轿厢6移动到平台8中的一个平台并打开电梯轿厢门12和平台门10，以便允许乘客离开电梯轿厢6。在另选的实施方案中，由应急电源20提供的电力应足以至少用于操作通信系统(未示出)，所述通信系统允许被困在电梯轿厢6内的乘客与驻留在电梯轿厢6外的服务人员进行通信。
应急电源20包括电池24，所述电池24被配置用于存储将要在紧急情况下(具体地在外部电源干扰或故障的情况下)供应的电能。应急电源20还包括充电器电路26，所述充电器电路26被配置用于用由外部电源28(例如，供电电网)供应的电能来为电池24充电。
应急电源20还包括电池监测装置22，所述电池监测装置22电连接到电池24和充电器电路26，并且被配置用于监测电池24的充电和放电并用于确定电池24的当前充电状态。
具体地，电池监测装置22被配置用于在充满电的电池24已添加到应急电源20之后，设置表示电池24的充电状态的初始数值。所述初始数值可由电池24的制造商提供，或者可例如通过对电池24执行负载测试来实验性地确定。在这种情况下，所述初始数值可在任何期望的时间来设置，例如当在维护过程期间测量电池24的充电状态时来设置。
在电梯系统1的以下操作期间，从初始数值开始，通过以下方式来由先前已经计算出的相应数值来重复计算表示电池24的当前充电状态的更新数值：
确定电气系统2的当前运行状态以及所述确定的当前运行状态有效的时间段T1-T10；
作为电气系统2的确定的当前运行状态和所述当前运行状态有效的时间段T1-T10的函数来计算电池24的充电状态的改变；以及
通过将先前计算的(或初始)数值加上/减去所计算的充电状态的改变来更新表示电池24的充电状态的先前计算的(或初始)数值。
结果，所述过程提供表示电池的充电状态的当前数值，即在任何给定时刻存储在电池24内的电荷量。
电池监测装置22被配置用于在表示电池24的充电状态的当前数值低于预定阈值Th1、Th2的情况下发出报警信号。所述报警信号可触发服务呼叫，所述服务呼叫请求现场技工访问电梯系统1以便检查电气设施和/或替换电池24。可替代地或此外，报警信号可导致停止电梯系统1的进一步操作，特别是在存储在电池24内的电荷量在外部电源28中断时不足以允许进行自动救援操作(ARO)的情况下。
具体地，在表示电池24的充电状态的当前数值低于预定第一阈值Th1的情况下，可触发服务呼叫，并且在表示电池24的充电状态的当前数值低于比第一阈值Th1更小的预定第二阈值Th2的情况下，可停止电梯系统1的任何进一步操作。
为了避免乘客被困在电梯轿厢6内，在停止电梯系统1的任何进一步操作之前，可将电梯轿厢6移动到平台8中的一个平台，并且可打开平台门10和电梯轿厢门12。
用于根据电气系统的确定的运行状态来计算电池24的充电状态的改变的函数可以是时间的线性函数或非线性函数。
具体地，所述函数可以是时间的线性函数，其包括依赖于电气系统2的所确定的运行状态的系数，并且所述系数与电气系统2的相应的确定的运行状态自先前确定的充电状态起有效的时间段相乘。
因此，每个系数可表示每时间单位的单位功率消耗或充电率，这是相应运行状态的特性。
电气系统2的运行状态可具体地包括：
至少一种充电状态，其中通过从外部电源28供应电流来使电池24充电；
至少一种放电状态，其中通过用由电池24供应的电流操作电气系统2而使电池24外部放电；以及
空闲状态，其中电池24既不处于充电状态也不处于放电状态，但是其中电池24由于自放电而逐渐地放电。
在空闲状态中，电池24由于自放电而逐渐地放电。空闲状态还可包括涓流充电状态，其中仅施加涓流充电电流。
通常，为这些状态中的每个状态分配不同的函数/系数。可想到其他充电状态和放电状态。
电池24包括最大充电状态，其是特定电池24的特性并且对应于电池24的容量。随时间推移，电池24的老化导致电池容量(即电池24的最大可能的充电状态)下降。可通过采用将电池24的最大充电量限制为时间的函数的老化函数来考虑电池24的老化。所述老化函数可由电池24的制造商提供。可替代地，老化函数可基于由电池24的制造商提供的信息，或者它可基于实验数据。例如，可在维护过程期间测量电池24的最大可能充电状态。
图2示例性地示出如采用本发明的实施方案确定的电池24的充电状态随时间推移的改变。
在第一时间段T1中，将满载电池24连接到充电器电路26。因此，电池24的充电状态保持恒定在100％。
在第二时间段T2期间，执行电梯系统1的自动救援行动(ARO)。ARO使电池24放电，从而导致大约70％的充电状态。在随后的第三时间段T3期间的空闲状态中，充电状态进一步下降到大约65％。
在第四时间段T4中，使用充电器电路26来使电池24充电，从而导致充电状态增加到大约70％。
由于在第五时间段T5期间的进一步的ARO，充电状态下降到大约40％。之后是另一个空闲状态(时间段T6)，这导致大约35％的充电状态。
在随后的第七时间段T7中，电池24再次充电直到充电状态高达大约75％。
之后，通过两次自动救援行动(ARO)(T8和T10)与它们之间的空闲时间的短时间段T9来使电池24放电。
在第十时间段T10的结束t处，电池24的充电状态下降到低于10％，其已被限定为确保安全ARO所需的最小阈值Th2。结果，停止电梯系统1的运行；并且到电池24被重载到大于10％的充电状态之前都不可能有进一步的操作。
图2所示的图是基于充电操作和放电操作的线性模型，其中不同的常数系数被分配给每个状态，即分别分配给充电状态、进行ARO的放电状态以及空闲状态。
在图2中未示出电池24的老化的影响，因为它在图2所描绘的相对较短的24小时的总时间段内是可忽略的。
以下列出了多个可选特征。这些特征可在特定实施方案中单独实现或与任何其他特征组合实现。
在一个实施方案中，重复执行的步骤可周期性地执行，即以恒定的时间间隔来执行。在另选的实施方案中，重复执行的步骤可以不同的时间间隔来执行，例如，每当电气系统的运行状态改变时来执行。
在一个实施方案中，用于计算充电状态的改变的函数可以是与确定的运行状态相关联的系数与对应的时间段的乘积。其中充电状态的改变是与确定的运行状态相关联的系数与对应的时间段的乘积的线性模型以低工作量和足够的准确度来提供当前的充电状态。
在一个实施方案中，所述方法还包括在表示电池的充电状态的数值低于第一预定阈值的情况下发出报警信号。具体地，在表示电池的充电状态的数值低于预定第一阈值持续超过预定时间段的情况下，可发出报警信号。报警信号具体地可导致技工访问现场以检查和/或替换电池，以便恢复电池的全部功能和容量。
在一个实施方案中，所述方法可包括在表示电池的充电状态的数值低于预定第二阈值的情况下停止电气系统的任何进一步操作。具体地，第二阈值可低于第一阈值。停止电气系统的任何进一步操作避免了在电池不包括足够的电荷以用于在电源故障时来确保安全运行的情况下操作电气系统。结果，可提高操作安全性。
在一个实施方案中，所述方法可包括将表示电池的最大充电状态的数值限制为时间的函数。这允许考虑到随着导致电池容量随时间减小的电池的老化，更准确地确定电池的当前充电状态。
在一个实施方案中，电气系统的运行状态可包括以下各项中的一项或多项：充电状态，其中通过供应来自外部电源的电流而使电池充电；放电状态，其中通过用由电池供应的电流来运行电气系统而使电池外部放电；以及空闲状态，其中电池既不处于充电状态也不处于放电状态。即，在空闲状态中，电池不充电，并且没有负载连接到电池。具体地，可为这些状态中的每个状态分配不同的系数，以便允许准确地确定电池的当前充电状态。在另外的实施方案中，电气系统可包括多于三种状态，例如，对应于不同的充电电流的不同的充电状态，和/或不同的放电状态，其分别对应于由电气系统的不同运行状态产生的不同的放电电流。还可存在不同的空闲状态。不同的空闲状态例如可对应于不同的温度范围，这考虑到自放电可能受电池温度影响的效果。
在一个实施方案中，电气系统可以是电梯救援系统，并且所述方法可包括放电状态，其中电梯救援系统通过由电池供应的电流来驱动。这允许确保电梯救援系统的操作能力，从而增强电梯系统的安全性。
本发明的示例性实施方案还包括电梯系统，所述电梯系统包括至少一个电梯轿厢，其被配置用于沿着井道行进；以及根据本发明的示例性实施方案的电气系统。这提供了具有高运行安全性的电梯系统，因为可确保如果电池包括足够的电荷以用于在外部电源故障的情况下执行电梯安全行动，电梯系统就运行。
虽然已经参考示例性实施方案描述本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可做出各种改变并可使用等效物来取代其元件。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可做出许多修改来使具体情况或材料适应本发明的教导。因此，旨在使得本发明不限于所公开的具体实施方案，而是本发明包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施方案。
参考标号
1 电梯系统
2 电气系统
3 受拉构件
4 井道
5 驱动器
6 电梯轿厢
7 电梯控制单元
8 平台
9 电梯轿厢的天花板
10 平台门
12 电梯轿厢门
14 电梯轿厢控制面板
16 平台控制面板
20 应急电源
22 电池监测装置
24 电池
26 充电器电路
28 外部电源

Claims (15)

1.监测电气系统(2)中的电池(26)的充电状态的方法；所述方法包括以下步骤：
将表示所述电池(26)的所述充电状态的数值设置成初始数值；以及重复地：
确定所述电气系统(2)的当前运行状态以及所述当前运行状态有效的时间段(T1-T10)；
作为所述电气系统(2)的所述确定的当前运行状态和所述当前运行状态有效的所述时间段(T1-T10)的函数来计算所述充电状态的改变；以及
通过将表示所述电池(26)的所述充电状态的所述数值加上或减去所述计算的所述充电状态的改变来更新所述数值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于计算所述充电状态的改变的所述函数是与所述确定的当前运行状态相关联的系数与所述对应的时间段(T1-T10)的乘积。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括在表示所述电池(26)的所述充电状态的所述数值低于预定第一阈值(Th1)的情况下发出报警信号的步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法还包括在表示所述电池(26)的所述充电状态的所述数值低于预定第二阈值(Th2)的情况下停止所述电气系统(2)的进一步操作。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其还包括将表示所述电池(26)的最大充电状态的值限制为时间的函数的步骤。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电气系统(2)的所述当前运行状态包括以下各项中的一项或多项：
充电状态，其中通过供应来自外部电源(28)的电流而使所述电池(26)充电；
放电状态，其中通过使用由所述电池(26)供应的电流操作所述电气系统(2)而使所述电池(26)外部放电；以及
空闲状态，其中所述电池(26)既不处于所述充电状态也不处于所述放电状态。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述电气系统(2)为电梯救援系统，并且所述方法包括放电状态，其中所述电梯救援系统通过由所述电池(26)供应的电流来驱动。
8.电气系统(2)，其包括：
电池(26)，其用于存储电能；
电池监测装置(22)，其被配置用于通过以下步骤来确定表示所述电池(26)的充电状态的数值
将表示所述电池(26)的所述充电状态的数值设置成初始值；以及重复地：
确定所述电气系统(2)的当前运行状态以及所述当前运行状态有效的时间段(T1-T10)；
作为所述电气系统(2)的所述确定的当前运行状态和所述当前运行状态有效的所述时间段(T1-T10)的函数来计算所述电池(26)的所述充电状态的改变；以及
通过将表示所述电池(26)的所述充电状态的所述数值加上或减去所述计算的所述充电状态的改变来更新所述数值。
9.根据权利要求8所述的电气系统(2)，其中用于计算所述充电状态的改变的所述函数是与所述确定的当前运行状态相关联的系数与所述对应的时间段(T1-T10)的乘积。
10.根据权利要求8或9所述的电气系统(2)，其中所述电池监测装置(22)被配置用于在表示所述电池(26)的所述当前充电状态的所述数值低于预定阈值(Th1、Th2)的情况下发出报警信号。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的电气系统(2)，其中所述电池监测装置(22)被进一步配置用于将表示所述电池(26)的所述当前充电状态的最大值限制为时间的函数。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的电气系统(2)，其中所述电气系统(2)的所述当前运行状态包括以下各项中的一项或多项：
充电状态，其中通过供应来自外部电源(28)的电流而使所述电池(26)充电；
放电状态，其中通过使用由所述电池(26)供应的电流操作所述电气系统(2)而使所述电池(26)外部放电；以及
空闲状态，其中所述电池(26)既不处于所述充电状态也不处于所述放电状态。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的电气系统(2)，其中所述电气系统(2)为电梯救援系统，所述电梯救援系统包括放电状态，其中所述电梯救援系统通过由所述电池供应的电流来驱动。
14.电梯系统(1)，其包括：
至少一个电梯轿厢(6)，其被配置用于沿着井道(4)在多个平台(8)之间行进；以及
根据权利要求13所述的电气系统(2)。
15.根据权利要求14所述的电梯系统(1)，其被配置用于在所述电池(26)的所述确定的充电状态低于预定第一阈值(Th1)的情况下发出维护呼叫，并且/或者用于在所述电池(26)的所述确定的充电状态低于预定第二阈值(Th2)的情况下将所述至少一个电梯轿厢(6)移动到所述平台(8)中的一个平台、打开所述电梯轿厢(6)的任何门(10、12)并且停止所述电梯系统(1)的任何进一步操作。
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