DE102018106113A1 - Stromversorgungssystem und Verfahren zur Strangüberwachung einer Batterie - Google Patents

Stromversorgungssystem und Verfahren zur Strangüberwachung einer Batterie Download PDF

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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting

Abstract

Ein Stromversorgungssystem, insbesondere für ein Notlichtsystem, weist eine Zentraleinheit, eine Anzahl von in einem Batteriestrang zumindest seriell verschalteten Batterieblöcken und/oder - zellen auf, von welchen zumindest zwei Batteriestränge parallel mittels eines Strangverteilers verschaltbar sind. Der Strangverteiler ist zwischen Batteriesträngen und Zentraleinheit angeordnet. Um Lücken bei einer Überwachung der Batteriestränge zu beheben und sicherzustellen, dass ein Fehlerzustand in jedem der Batteriestränge sofort entdeckt und zugewiesen werden kann, ist jedem Batteriestrang jeweils eine Strom-Messeinrichtung zugeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Stromversorgungssystem, insbesondere für ein Notlichtsystem, mit einer Zentraleinheit, einer Anzahl von in einem Batteriestrang seriell verschalteten Batterieblöcken und/oder -zellen, von welchen zumindest zwei Batteriestränge parallel mittels eines Strangverteilers verschaltet sind.
  • Ein solches Stromversorgungssystem dient bei Ausfall einer ansonsten anliegenden Netzwechselspannung im Notlichtsystem als alternative Energiequelle, also als Batterie. Eine Anzahl von Batterieblöcken/-zellen sind für eine solche Batterie in Reihe geschaltet und bilden einen sogenannten Batteriestrang. Eine Anzahl dieser Batteriestränge sind parallel zueinander mittels des Strangverteilers verschaltbar.
  • Es sei an dieser Stelle angemerkt, dass bei einem Batteriestrang in der Regel nicht nur in Reihe verschaltete Batterieblöcke/-zellen zum Einsatz kommen, sondern dass ggf. zusätzlich zur Reihenschaltung auch eine Parallelschaltung von mehreren einzelnen Batteriezellen oder -blöcken in einem Batteriestrang vorhanden sein kann.
  • Mittels des Strangverteilers werden die Batteriestränge parallel verschaltet, um eine ausreichende Versorgung für beispielsweise das Notlichtsystem zu erhalten. Die in diesem Zusammenhang erforderliche, individuelle Batteriekapazität ergibt sich für den jeweiligen Anwendungsfall des Stromversorgungssystems und wird bei einer Projektierung des entsprechenden Systems berechnet.
  • Bei einer Parallelschaltung von mehreren Batteriesträngen ergeben sich größere Kapazitäten, wobei eine solche Kapazität sonst nicht erreicht werden kann. Ebenfalls kann eine Parallelschaltung von mehreren Batteriesträngen wirtschaftlich günstiger sein, als nur einen einzelnen Strang mit größeren oder mehr Batterieblöcken/-zellen einzusetzen.
  • Insbesondere bei der Nutzung von mehreren Batteriesträngen ergibt sich als Nachteil, dass ein Fehlerzustand in einem der Batteriestränge nicht ohne Weiteres entdeckt werden kann. Wird beispielsweise einer der Batteriestränge bei einer Wartung abgeklemmt und anschließend versehentlich nicht wieder zugeschaltet, fehlt in der Regel ein beträchtlicher Teil der eigentlich projektierten Batteriekapazität. Dies kann von der Zentraleinheit aber erst dann bemerkt werden, wenn bei einer vollständigen Entladung nur eine unzureichende Kapazität zur Verfügung steht. Dieser Fall tritt gewöhnlich selten ein, nämlich höchstens einmal jährlich bei einem Betriebsdauertest oder bei einem echten Einsatzfall, also einem Ausfall der allgemeinen Netzversorgung mittels Netzwechselspannung.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine solche Lücke in der Überwachung zu beheben, und sicherzustellen, dass ein Fehlerzustand in jedem der Batteriestränge sofort entdeckt und zugewiesen werden kann.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe weist das Stromversorgungssystem gemäß vorliegender Erfindung eine Strom-Messeinrichtung auf, die jedem Batteriestrang separat und einzeln zugeordnet ist. Dadurch lässt sich eine Überwachung eines Batteriestrangs in einfacher Weise realisieren, ohne dass beispielsweise eine einzelne Batterieblock/-zellenüberwachung zum Einsatz kommt.
  • Um die entsprechenden Batteriestränge in einfacher Weise anordnen zu können, sind diese räumlich benachbart, insbesondere in einem Batterieschrank oder auf einem Batteriegestell angeordnet.
  • Die entsprechende Strom-Messeinrichtung kann im Strangverteiler angeordnet sein, so dass für jeden Batteriestrang entsprechend die Strom-Messeinrichtung kompakt und leicht wartbar angeordnet werden kann. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass die Strom-Messeinrichtung in dem Batterieschrank oder am Batteriegestellt angeordnet ist.
  • Einfache Ausführungsbeispiele für eine solche Strom-Messeinrichtung sind ein Shunt-Widerstand, ein Hall-Sensor oder dergleichen mit entsprechenden Verbindungsleitungen zu einem Spannungsmessgerät. Durch dieses Spannungsmessgerät wird ein Spannungsabfall, beispielsweise im Shunt-Widerstand, gemessen und unter Kenntnis des entsprechenden Widerstands daraus der fließende Strom ermittelt.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung kann es sich weiterhin als günstig erweisen, wenn ein entsprechendes Spannungsmessgerät in der Zentraleinheit angeordnet ist. In diesem Fall ist nur der Shunt-Widerstand oder der Hall-Sensor im Strangverteiler angeordnet, während die eigentliche Spannungsmessung in der Zentraleinheit erfolgt, die mit dem Strangverteiler über entsprechende Verbindungsleitungen verbunden ist.
  • Weiterhin ist es in diesem Zusammenhang denkbar, dass entsprechende Einheiten wie Spannungsmessgerät, Messwert-Erfassungseinrichtung, Auswerteeinrichtung oder auch Messwert-Aufbereitungseinrichtung, wie sie im Zusammenhang mit der Zentraleinheit beschrieben werden, auch alternativ im Strangverteiler oder Batterieschrank angeordnet sind oder auch zwischen Zentraleinheit, Strangverteiler und Batterieschrank verteilt angeordnet sind. Dies gilt analog auch für die Speichereinrichtung. Dadurch ergibt sich eine Verringerung eines Verkabelungsaufwandes und eine Verbindung zwischen Zentraleinheit und Strangverteiler bzw. Batterieschrank könnte dann z.B. mit einer einzigen Busleitung oder per Funkübertragung durchgeführt werden. D.h., erfindungsgemäß können die verschiedenen Einrichtungen, wie Spannungsmessgerät, Messwerterfassungs- und Auswerteeinheit, Messwert-Aufbereitungseinrichtung oder Speichereinrichtung auch im Stromversorgungssystem verteilt bzw. Zentraleinheit, Strangverteiler oder Batterieschrank einzeln oder insgesamt zugeordnet und dort angeordnet sein.
  • Die Zentraleinheit kann außer dem Spannungsmessgerät weitere Einheiten umfassen, wie beispielsweise eine Messwert-Erfassungseinrichtung und eine Auswerteeinrichtung. Dazu kann die Zentraleinheit einen Microcontroller oder einen Computer umfassen, der von dem Spannungsmessgerät die entsprechenden Messwerte empfängt und anschließend auswertet. Eine entsprechende Auswertungssoftware kann in der Zentraleinheit, beispielsweise in einer Speichereinrichtung, gespeichert sein.
  • Es kann sich weiterhin als vorteilhaft erweisen, wenn die Zentraleinheit ggf. eine Messwert-Aufbereitungseinrichtung aufweist. Diese dient beispielsweise zur Aufbereitung der Mess-Signale und zur Analog-Digital-Wandlung solcher Signale, falls dies je nach verwendetem Mess- und Auswerteverfahren erforderlich ist. Die Messwertaufbereitung kann vor der eigentlichen Auswertung der Messergebnisse durch die Auswerteeinrichtung erfolgen.
  • Es kann sich zur Batteriestrangüberwachung weiterhin als vorteilhaft erweisen, wenn die Überwachung nicht nur auf der Grundlage der in den Batteriesträngen fließenden Ströme, sondern unter Zuhilfenahme weiterer Daten erfolgt. Dazu kann die Zentraleinheit eine Speichereinrichtung zur Abfrage und/oder Speicherung von solchen Batteriedaten aufweisen. Solche zusätzlichen Batteriedaten sind beispielsweise eine Spannung der Batterie, eine Temperatur in einem Raum, in dem die Batterie oder Batterien angeordnet sind, ein Verschleiß der Batterie in Form von bereits absolvierten Lade- und Entladezyklen, ein Verschleiß der Batterie in Form von bisherigen erreichten Entladetiefen bei einer Entladung der Batterie, ein Verschleiß in Form von vorherigen erreichten Ladewirkungsgraden bei einer Ladung, ein Alter der jeweiligen Batterieblöcke/-zellen und dergleichen.
  • Die Auswerteeinrichtung kann in regelmäßigen Zeitabständen eine Bewertung dieser Daten durchführen unter gleichzeitiger Berücksichtigung der Ströme. Als Ergebnis einer solchen Bewertung wird ggf. eine Warnmeldung über die Zentraleinheit oder auch an einer anderen Stelle des Stromversorgungssystems ausgegeben, die auf einen fehlerhaften Batteriestrang hinweist. Um ggf. jeden Batteriestrang einzeln zu überprüfen oder um insbesondere mehrere Batteriestränge gleichzeitig parallel und variabel einzusetzen, kann der Strangverteiler Schalteinrichtungen zum Zuschalten eines jeden Batteriestrangs aufweisen.
  • Eine entsprechende Bewertung eines jeden Batteriestrangs kann in folgender Weise erfolgen.
  • Bei einer funktionsfähigen, gleichmäßig gealterten und gleichmäßig verschlissenen Batterie die sich aus den verschiedenen Batteriesträngen zusammensetzt, teilt sich ein Gesamtstrom dieser Batterie in die einzelnen Strangströme proportional und entsprechend der jeweiligen Innenwiderstände auf. Diese sind praktisch nur durch die spezifischen Kapazitäten der einzelnen Batterieblöcke/-zellen bestimmt.
  • Bei einer funktionsfähigen, aber nicht gleichmäßig gealterten oder nicht gleichmäßig verschlissenen Batterie teilt sich der Gesamtstrom der Batterie in die einzelnen Strangströme proportional, entsprechend der jeweiligen Innenwiderstände auf. Diese sind zum Einen durch die spezifischen Kapazitäten der einzelnen Batterieblöcke/-zellen bestimmt, zum Anderen durch entsprechende Verschleiß- und/oder Alterungseffekte.
  • Bei einem stark gealterten, verschlissenen oder beschädigten Batterieblock steigt dessen Innenwiderstand signifikant an. Dies führt dazu, dass die Aufteilung der Ströme in den Batteriesträngen deutlich von einer zu erwartenden Aufteilung abweichen. Dies kann als Indikator gesehen werden, dass ein Ausfall des jeweiligen Blocks und somit des gesamten Stranges zu erwarten ist.
  • Bei einem defekten Batterieblock ist dessen Innenwiderstand so weit erhöht, dass in dem jeweiligen Batteriestrang praktisch nur noch ein sehr geringer Strom fließen kann. Der Strom in den übrigen Batteriesträngen ist entsprechend höher.
  • Ist ein Batteriestrang vollständig abgetrennt, kann kein Strangstrom fließen. Der Strom in den restlichen Batteriesträngen ist entsprechend höher.
  • Wenn ein Batteriestrang einen Kurzschluss zwischen Plus und Minus aufweist, löst eine vorgeschaltete Sicherung im Strangverteiler aus und es kann kein Strangstrom fließen. Der Strom in den restlichen Batteriesträngen ist entsprechend höher.
  • Es sind also verschiedene Einschätzungen bzw. Bewertungen auf der Grundlage der vorangehenden Ausführungen möglich, die verschiedene Fehlerzustände in Batteriesträngen oder Batterieblöcken/-zellen erkennen lassen. Zu diesem Zweck werden die Batterieströme der einzelnen Batteriestränge kontinuierlich messtechnisch erfasst, aufbereitet und ausgewertet.
  • Eine entsprechende Fehleranzeige kann beispielsweise in einfacher Weise dadurch realisiert werden, dass die Zentraleinheit eine Anzeigeeinrichtung aufweist. Außerdem kann die Zentraleinheit eine Ladeeinrichtung aufweisen, um über den Strangverteiler die Batterieblöcke/-zellen in den einzelnen Batteriesträngen zu laden.
  • Die entsprechenden Daten der Batterien können bei Initialisierung des Stromversorgungssystems in einem Speicher der Zentraleinheit abgelegt werden oder sind auch während des Betriebs abfragbar oder ladbar. Diese Daten können zu jedem Zeitpunkt abgerufen und zur weiteren Bewertung jedes einzelnen Batteriestrangs zusätzlich zur Strommessung verwendet werden.
  • Für eine Auswertung in guter Qualität sollte die Stromstärke ausreichend hoch sein. Es ist demnach erfindungsgemäß günstig, wenn die Messwerterfassung des Batteriestroms während einer Entladung oder Starkladung der Batterie durchgeführt wird. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass neben einer Starkladung zum direkten Aufladen eines jeden Batterieblocks auch anschließend eine Erhaltungsladung mittels der Ladeeinrichtung der Zentraleinheit durchgeführt werden kann. Bei einer solchen Erhaltungsladung ist in der Regel die Stromstärke so gering, dass eine oben genannte Auswertung und Bewertung nicht erfolgen kann. Allerdings kann während einer solchen Erhaltungsladung zumindest ein Strom puls in der Batterie erzeugbar werden, wobei sich dieser Puls entsprechend der obigen Ausführungen auf die einzelnen Stränge der Batterie aufteilt. Die Verwendung eines solchen Strompulses zur Überwachung der Ladung von Batterien ist beispielsweise in der DE 33 09 543 beschrieben.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Strangüberwachung einer Batterie eines Stromversorgungssystems, insbesondere für ein Notlichtsystem, mit den folgenden Schritten.
  • Es erfolgt ein Messen eines in einem jeden aus einer Anzahl von seriell verschalteten Batterieblöcken und/oder -zellen gebildeten Batteriestrang fließenden elektrischen Stroms. Dabei sind die einzelnen Batteriestränge parallel zueinander mit einer Zentraleinheit über einen Strangverteiler verschaltet.
  • Die gemessenen Stromwerte werden erfasst und ausgewertet. Anschließend erfolgt ein Bewerten der erfassten und ausgewerteten Strommesswerte unter Berücksichtigung von aktuellen und/oder bereits bekannten Batteriedaten. Diese sind beispielsweise in einer Speichereinrichtung der Zentraleinheit hinterlegt oder werden von den Batterieblöcken/- zellen ausgelesen.
  • Aufgrund der Bewertung erfolgt dann ein Feststellen eines Zustandes eines jeden Batteriestrangs in der oben genannten Weise als funktionsfähig, gleichmäßig gealtert, gleichmäßig verschlissen oder auch funktionsfähig aber nicht gleichmäßig gealtert oder nicht gleichmäßig verschlissen sowie stark gealtert, verschlissen, beschädigt oder defekt.
  • Dabei erfolgt das Messen des Stroms in dem oben genannten Schritt während einer Entladung oder Starkladung der Batterie und eine Warnmeldung kann bei einem fehlerhaften Batteriestrang nach Feststellen des entsprechenden Zustandes mittels der Zentraleinheit ausgegeben werden.
  • Im Folgenden wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
    • 1 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Stromversorgungssystems, insbesondere für ein Notlichtsystem.
  • 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Stromversorgungssystems 1, welches insbesondere für ein Notlichtsystem mit verschiedenen Notleuchten einsetzbar ist. Ein solches Stromversorgungssystem schaltet bei Ausfall einer zu überwachenden Netzwechselspannung auf eine Batterie als alternative Energiequelle für das Notlichtsystem um. In diesem Zusammenhang steht „Batterie“ für eine Vielzahl von Batterieblöcken/-zellen, die je nach Projektierung der entsprechenden Notlichtsystems die erforderliche Batteriekapazität zur Verfügung stellen.
  • Die Batterie wird durch eine Anzahl von Batteriesträngen 3, 4, 5, 6 gebildet, die jeweils eine Mehrzahl einzelner Batterieblöcke/-zellen 7, 8, 9, 10 umfassen. Die Batterieblöcke/-zellen sind innerhalb des Batteriestranges in Reihe geschaltet, wobei in jedem Batteriestrang neben einer Reihenschaltung solcher Batterieblöcke/-zellen ebenfalls zusätzlich eine Parallelschaltung weiterer Batterieblöcke/-zellen erfolgen kann. Die verschiedenen Batteriestränge 3, 4, 5, 6 sind mit einem sogenannten Strangverteiler 11 verbunden. Dieser stellt eine Parallelschaltung der verschiedenen Stränge je nach Bedarf her, siehe die Schalteinrichtungen 27, 28, 29, 30.
  • Die verschiedenen Batteriestränge können sowohl einzeln als auch insgesamt räumlich nah beieinander in einem Batterieschrank oder an einem Batteriegestell angeordnet sein. In 4 sind die verschiedenen Batteriestränge 3, 4, 5, 6 in einem Batterieschrank 16 angeordnet. Über entsprechende Leitungen sind die einzelnen Batteriestränge mit dem Strangverteiler 11 verbunden, der je nach Bedarf einen Batteriestrang oder auch mehrere zur Stromversorgung aktivschaltet, wobei bei mehreren Batteriesträngen eine entsprechende Parallelschaltung über den Strangverteiler erfolgt. Eine solche Parallelschaltung mehrerer Batteriestränge ist häufig bei erforderlichen größeren Kapazitäten anzutreffen, da ansonsten eine solche Kapazität nicht erreicht werden kann, oder weil die Parallelschaltung verschiedener Batteriestränge wirtschaftlich günstiger ist, als nur einen einzigen Batteriestrang mit mehr Einzelblöcken oder größeren Einzelblöcken zum Erreichen der gleichen Kapazität einzusetzen.
  • Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind im Strangverteiler 11 entsprechende Strom-Messeinrichtungen 12, 13, 14, 15 angeordnet. Es ist ebenfalls denkbar, dass zumindest Teile der Strom-Messeinrichtung auch direkt einem jeden Batteriestrang zuordbar sind, wie beispielsweise entsprechende Shunt-Widerstände 17, Hall-Sensoren oder dergleichen. In 1 sind allerdings die Shunt-Widerstände 17 für die jeweils verschiedenen Batteriestränge im Strangverteiler 11 nach den Schalteinrichtungen 27, 28, 29, 30 angeordnet. Die Shunt-Widerstände 17 dienen dem Abgreifen einer entsprechenden Spannung, siehe die Verbindung 18, 19, 20, 21 mit zumindest einem Spannungsmessgerät in einer Zentraleinheit 2. Die Verbindungen 18, 19, 20, 21 sind nur teilweise dargestellt und dienen zur Spannungsmessung über die Shunt-Widerstände 17 mittels des entsprechenden Spannungsmessgerätes 22. Die Widerstände der Shunt-Widerstände sind bekannt und so kann aus den abgegriffenen Spannungen in Zusammenhang mit dem bekannten Widerstand der über den Shunt-Widerstand 17 fließende Strom gemessen werden. Erfindungsgemäß ist damit für jeden Strang ein entsprechend fließender Strom messbar und auswertbar.
  • In 1 sind nur die entsprechenden Verbindungen 18 mit dem Shunt-Widerstand 17 direkt verbunden, wobei analog eine solche Verbindung auch für die weiteren Verbindungen 19, 20, 21 mit dem jeweiligen Shunt-Widerstand 17 vorliegt. Über diese Verbindungen 18, 19, 20, 21 sind die Spannungen mittels des Spannungsmessgeräts 22 in der Zentraleinheit 2 messbar, wobei ggf. zusätzlich Messwert-Erfassungseinheit 23 oder Messwert-Aufbereitungseinheit 25 in der Zentraleinheit 2 angeordnet sind. Die Messwert-Erfassungseinheit 23 kann die direkt vom Spannungsmessgerät 22 gelieferten Messwerte erfassen und ggf. zwischenspeichern und zur weiteren Auswertung ggf. zuerst der Messwert-Aufbereitungseinrichtung 25 zuleiten. Durch eine solche Messwert-Aufbereitungseinheit 25 erfolgt beispielsweise eine Aufbereitung der Messsignale von der Messwert-Erfassungseinheit 23 sowie eine Analog-Digital-Wandlung, falls dies erforderlich ist. Anschließend werden von der Messwert-Aufbereitungseinheit 25 die aufbereiteten Messwerte einer Auswerteeinheit 24 übermittelt, die die gemessene Spannung bzw. den gemessenen Strom unter Zuhilfenahme weiterer Daten im Hinblick auf jeden einzelnen Batteriestrang 3, 4, 5, 6 auswertet. Diese Auswertung wird im Folgenden näher beschrieben.
  • Weiterhin kann die Zentraleinheit 2 noch eine Speichereinrichtung 26 aufweisen, in der sowohl die ausgewerteten Messergebnisse als auch entsprechende Softwareprogramme oder weitere Daten hinterlegt sind.
  • Um mittels der Zentraleinheit 2 auch die Batterie bzw. die in den verschiedenen Batteriesträngen 3, 4, 5, 6 enthaltenen Batterieblöcke/-zellen 7, 8, 9, 10 aufzuladen, weist die Zentraleinheit 2 ebenfalls eine Ladeeinrichtung 31 auf. Diese ist mit der Netzwechselspannung verbunden.
  • Eine Verbindung der Ladeeinrichtung 31 kann mit den Batteriesträngen ebenfalls über den Strangverteiler 11 mittels der weiteren Lade-/Entladeleitung 34, im folgenden Batterieleitung genannt, erfolgen.
  • Es sei noch angemerkt, dass ggf. zwischen den einzelnen Batteriesträngen und dem Strangverteiler Sicherungen angeordnet sein können, siehe Bezugszeichen 33, die bei einem Kurzschluss in einem Batteriestrang einen weiteren Stromfluss in diesem Batteriestrang unterbinden.
  • Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Auswertung der Messwerte durch weitere Daten ergänzt und dies zu einer Bewertung der entsprechenden Batteriestränge herangezogen werden können.
  • Solche Daten sind insbesondere: Spannung der Batterie, Spannung jedes einzelnen Batterieblocks/-zelle, Temperatur im Batterieraum, Verschleiß in Form von bereits absolvierten Lade- und Entladezyklen, Verschleiß in Form von vorherigen erreichten Entladetiefen bei einer Entladung, Verschleiß in Form von vorherigen erreichten Ladewirkungsgraden bei einer Ladung oder auch Alter der jeweiligen Batterieblöcke/-zellen. Eine entsprechende Software in einem Computersystem oder Microcontroller der Zentraleinheit 2 bewertet den Zustand der Batteriestränge auf der Grundlage der gemessenen Ströme sowie der zusätzlichen Daten und gibt ggf. als Ergebnis der Bewertung eine Warnmeldung über die Anzeigeeinrichtung 32 direkt an der Zentraleinheit oder auch an eine Gesamtzentraleinheit eines Gebäudes oder dergleichen aus. Die Zentraleinheit 2 nach 1 kann in der Nähe des Strangverteilers 11 bzw. der entsprechenden Batterie angeordnet sein, wobei allerdings auch die Zentraleinheit 2 nach 1 eine solche Gesamtzentraleinheit innerhalb eines Gebäudes sein kann, die beispielsweise für eine Anzahl von Strangverteilern mit entsprechenden Batterien zuständig ist. Dabei besteht ebenfalls die Möglichkeit, dass die entsprechenden Leitungen 18, 19, 20, 21 eine drahtlose Übermittlung ermöglichen oder vor Ort durch eine mobile Computereinheit ein drahtloses Abfragen der entsprechenden Daten von dem Strangverteiler 11 erfolgen kann.
  • Eine entsprechende Bewertung der verschiedenen Batteriestränge erfolgt beispielsweise folgendermaßen.
  • Bei einer funktionsfähigen, gleichmäßig gealterten und gleichmäßig verschlissenen Batterie teilt sich der Gesamtstrom der Batterie in die einzelnen Batteriestrangströme proportional und entsprechend der jeweiligen Innenwiderstände auf. Diese Innenwiderstände sind praktisch nur durch spezifische Kapazitäten der einzelnen Batterieblöcke/-zellen bestimmt. In einem solchen Fall sind also alle Batteriestränge in einem gleichen Zustand und keine Auslösung eines Warnhinweises ist erforderlich.
  • Bei einer funktionsfähigen, aber nicht gleichmäßig gealterten oder nicht gleichmäßig verschlissenen Batterie teilt sich der Gesamtstrom der Batterie auf die einzelnen Batteriestrangströme proportional entsprechend der jeweiligen Innenwiderstände auf. Diese Innenwiderstände sind zum einen durch die spezifischen Kapazitäten der einzelnen Batterieblöcke/-zellen bestimmt und zum Anderen durch die unterschiedlichen Verschleiß- und/oder Alterungseffekte. Diese unterschiedliche Aufteilung der Batteriestrangströme kann erfindungsgemäß gemessen und zur Bewertung eines Zustandes der verschiedenen Batteriestränge verwendet werden.
  • Bei einem stark gealterten, verschlissenen oder beschädigten Batterieblock steigt dessen Innenwiderstand signifikant an. Dies führt dazu, dass die Aufteilung der Batteriestrangströme deutlich von einer zu erwartenden Aufteilung abweicht, siehe die vorangehenden Ausführungen. Dies wird als Indikator gesehen, dass bald ein Ausfall des jeweiligen Batterieblocks und damit des gesamten Batteriestranges droht, der diesen jeweiligen Block enthält. Dies kann beispielsweise einen Zustand beschreiben, der einen Warnhinweise für den entsprechenden Batteriestrang erforderlich macht, welcher auf einen potenziellen baldigen Ausfall des entsprechenden Batteriestranges hinweist.
  • Bei einem defekten Batterieblock/-zelle ist dessen Innenwiderstand so weit erhöht, dass in dem jeweiligen Batteriestrang praktisch nur noch ein sehr geringer Strom fließen kann. Der Strom in den übrigen Batteriesträngen ist entsprechend höher. Auch in diesem Fall kann ein entsprechender Zustand für den Batteriestrang mit dem defekten Batterieblock bestimmt und ggf. durch den Warnhinweis weitergemeldet werden.
  • Ist ein Batteriestrang vollständig abgetrennt, fließt kein Batteriestrangstrom und der Strom der restlichen Batteriestränge ist entsprechend höher. Auch dies ist erfindungsgemäß messbar und mit einem Warnhinweis oder in anderer Weise visualisierbar.
  • Wenn ein Batteriestrang einen Kurzschluss zwischen Plus und Minus aufweist, kann eine vorgeschaltete Sicherung im Strangverteiler ausgelöst werden, wodurch kein Batteriestrangstrom in diesem Batteriestrang fließt. Der Strom in den restlichen Batteriesträngen ist entsprechend höher. Auch dieser Zustand ist entsprechend visualisierbar, wobei zusätzlich erfindungsgemäß feststellbar ist, dass die vorgeschaltete Sicherung ausgelöst wurde.
  • Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Zentraleinheit 2 entsprechende Daten abspeichern kann, so dass beispielsweise auch Daten gemäß den Batteriedatenblättern insbesondere im Hinblick auf zu erwartende Messwerte bei den Strangströmen hinterlegt werden können. Ebenso sind ältere Messwerte zum Vergleich mit aktuellen Messwerten abspeicherbar, die ebenfalls zur Bewertung eines entsprechenden Zustandes der Batteriestränge herangezogen werden können.
  • Erfindungsgemäß ergibt sich somit insgesamt eine Vorrichtung sowie ein entsprechendes Verfahren zur Erkennung von Fehlerzuständen bei einzelnen Batteriesträngen, wozu die auftretenden Ströme der einzelnen Batteriestränge kontinuierlich messtechnisch erfasst, aufbereitet und ggf. unter Zuhilfenahme zusätzlicher Daten ausgewertet werden. Damit ergibt sich in einfacher Weise insbesondere bei einer Nutzung von mehreren Batteriesträngen die Möglichkeit, einen Fehlerzustand in jedem einzelnen der Batteriestränge jeweils sofort zu entdecken und ebenfalls als einen entsprechenden Zustand des Batteriestranges zu kategorisieren. Dadurch wird beispielsweise auch verhindert, dass bei Abklemmen eines Batteriestrangs bei einer Wartung und anschließend versehentlichem Nicht-Wieder-Zuschalten eines solchen Batteriestranges, dies sicher sofort erkannt wird und zu einem entsprechenden Warnhinweis führt. Ansonsten würde ein solcher fehlender Batteriestrang ggf. nicht erkannt und erst dann bemerkt, wenn bei einer vollständigen Entladung nur eine unzureichende Kapazität zur Verfügung steht.
  • Für eine ausreichende Auswertung der Zustände bzw. der Messwerte der zu erwartenden Stromstärken kann es dabei von Vorteil sein, wenn die Stromstärken während der Entladung oder einer Starkladung der Batterie erfasst werden. Ansonsten erfolgt beispielsweise eine Erhaltungsladung für die Batterie, die nur zu geringen Stromstärken führt, die ggf. eine sinnvolle Auswertung der entsprechenden Ströme der einzelnen Batteriestränge erschweren. Allerdings kann auch bei einer solchen Erhaltungsladung eine Überwachung der Batterie erfolgen, wie sie beispielsweise in der DE 33 09 543 beschrieben ist. Dabei wird in regelmäßigen Zeitabständen die Erhaltungsladespannung kurz erhöht, um bei der Batterie bzw. in den verschiedenen Batteriesträngen eine entsprechende Reaktion in Form eines Strompulses zu erzeugen. Auch dieser Strompuls teilt sich entsprechend der oben benannten unterschiedlichen Zustände auf die einzelnen Batteriestränge auf und kann erfindungsgemäß erfasst und zur Auswertung herangezogen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 3309543 [0028, 0055]

Claims (15)

  1. Stromversorgungssystem (1), insbesondere für ein Notlichtsystem, mit einer Zentraleinheit (2), einer Anzahl von in einem Batteriestrang (3, 4, 5, 6) zumindest seriell verschalteten Batterieblöcken und/oder -zellen (7, 8, 9, 10), von welchen zumindest zwei Batteriestränge (3, 4, 5, 6) parallel mittels eines Strangverteilers (11) verschaltbar sind, welcher Strangverteiler (11) zwischen Batteriesträngen (3, 4, 5, 6) und Zentraleinheit (2) angeordnet ist, wobei jedem Batteriestrang (3, 4, 5, 6) jeweils eine Strom-Messeinrichtung (12, 13, 14, 15) zugeordnet ist.
  2. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriestränge (3, 4, 5, 6) räumlich benachbart insbesondere in einem Batterieschrank (16) oder auf einem Batteriegestell angeordnet sind.
  3. Stromversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom-Messeinrichtung (12, 13, 14, 15) im Strangverteiler (11) oder Batterieschrank angeordnet ist.
  4. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Strom-Messeinrichtung (12, 13, 14, 15) einen Shunt-Widerstand (17), einen Hall-Sensor oder dergleichen mit entsprechenden Verbindungsleitungen (18, 19, 20, 21) zu einem Spannungsmessgerät (22) aufweist.
  5. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannungsmessgerät (22) in der Zentraleinheit (2) oder im Strangverteiler (11) angeordnet ist.
  6. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (2) oder der Strangverteiler (11) eine Messwerterfassungs- und auswerteeinheit (23, 24) aufweist.
  7. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (2) oder der Strangverteiler (11) eine Messwert-Aufbereitungseinrichtung (25) aufweist.
  8. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (2) oder der Strangverteiler (11) eine Speichereinrichtung (26) zur Abfrage und/oder Speicherung von Batteriedaten, wie Spannung der Batterie, Temperatur der Batterie und/oder des Batterieraumes, Anzahl von bereits absolvierten Lade- und Entladezyklen der Batterie, Entladetiefen bei einer Entladung der Batterie, vorherige erreichte Ladewirkungsgrade bei einer Ladung, Alter der jeweiligen Batterieblöcke/ - zellen und dergleichen aufweist.
  9. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strangverteiler (11) Schalteinrichtungen (27, 28, 29, 30) zum parallelen Zuschalten eines jeden Batteriestranges (3, 4, 5, 6) zur Batterieversorgung aufweist.
  10. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zentraleinheit (2) eine Ladeeinrichtung (31) und/oder eine Anzeigeeinrichtung (32) aufweist.
  11. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messwerterfassung des Batteriestroms während einer Entladung oder Starkladung der Batterie durchführbar ist.
  12. Stromversorgungssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Erhalte-Ladespannung zumindest ein Strompuls in der Batterie erzeugbar ist.
  13. Verfahren zur Strangüberwachung einer Batterie eines Stromversorgungssystems (1), insbesondere für ein Notlichtsystem, mit den folgenden Schritten: i) Messen eines in einem jeden aus einer Anzahl von zumindest seriell verschalteten Batterieblöcken (7, 8, 9, 10) und/oder -zellen gebildeten Batteriestrangs (3, 4, 5, 6) fließenden elektrischen Stroms, wobei die Batteriestränge (3, 4, 5, 6) parallel zueinander mit einer Zentraleinheit (2) über einen Strangverteiler (11) verschaltet sind; ii) Erfassen und Auswerten der Strommesswerte; iii) Bewerten der erfassten, ausgewerteten Strommesswerte unter Berücksichtigung von aktuellen und/oder bereits bekannten Batteriedaten; und iv) Feststellen eines Zustands eines jeden Batteriestranges (3, 4, 5, 6) aufgrund der Bewertung im Schritt iii).
  14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Durchführen des Messens nach Schritt i) während einer Entladung oder Starkladung der Batterie.
  15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet durch Ausgeben einer Warnmeldung bei einem fehlerhaften Batteriestrang gemäß Schritt iv) mittels der Zentraleinheit (2).
DE102018106113.7A 2018-03-15 2018-03-15 Stromversorgungssystem und Verfahren zur Strangüberwachung einer Batterie Pending DE102018106113A1 (de)

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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3309543A1 (de) 1983-03-17 1984-09-20 Ceag Licht- Und Stromversorgungstechnik Gmbh, 4770 Soest Verfahren zur ueberwachung der ladung von batterien
EP0470065A1 (de) * 1990-07-23 1992-02-05 Industrieelektronik Pölz Ladegerät für Sammlerbatterien
US20050121979A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Direct-current uninterruptible power source unit
DE102012208350A1 (de) * 2012-05-18 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zur Ermittlung von Zellspannungen und eines Batteriestroms einer Batterie
US20130335026A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 GM Global Technology Operations LLC Battery parallel balancing circuit
DE202013100811U1 (de) * 2013-02-25 2014-06-02 Rp-Technik E.K. Energieversorgungseinrichtung mit Batterieüberwachung
US9219366B2 (en) * 2012-06-29 2015-12-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage device and method for decreasing rush current

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6274950B1 (en) * 1994-03-03 2001-08-14 American Power Conversion Battery communication system
US7142950B2 (en) * 2004-05-28 2006-11-28 American Power Conversion Corporation Methods and apparatus for providing and distributing standby power
US9252631B2 (en) * 2011-06-08 2016-02-02 Andrew V. Latham Data center battery enhancement method and system
DE102011056377A1 (de) * 2011-07-08 2013-01-10 Mack Electronic Systems GmbH & Co. KG Energiespeicher mit mindestens einem Basismodul
JP6238107B2 (ja) * 2013-04-12 2017-11-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 蓄電池の管理システム

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3309543A1 (de) 1983-03-17 1984-09-20 Ceag Licht- Und Stromversorgungstechnik Gmbh, 4770 Soest Verfahren zur ueberwachung der ladung von batterien
EP0470065A1 (de) * 1990-07-23 1992-02-05 Industrieelektronik Pölz Ladegerät für Sammlerbatterien
US20050121979A1 (en) * 2003-12-09 2005-06-09 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Direct-current uninterruptible power source unit
DE102012208350A1 (de) * 2012-05-18 2013-11-21 Robert Bosch Gmbh Batteriesystem und Verfahren zur Ermittlung von Zellspannungen und eines Batteriestroms einer Batterie
US20130335026A1 (en) * 2012-06-13 2013-12-19 GM Global Technology Operations LLC Battery parallel balancing circuit
US9219366B2 (en) * 2012-06-29 2015-12-22 Samsung Sdi Co., Ltd. Energy storage device and method for decreasing rush current
DE202013100811U1 (de) * 2013-02-25 2014-06-02 Rp-Technik E.K. Energieversorgungseinrichtung mit Batterieüberwachung

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