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QUERVERWEIS ZU EINER VERWANDTEN ANMELDUNG
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Diese Anmeldung basiert auf der bzw. beansprucht die Priorität nach der Pariser Verbandsübereinkunft der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2016-110656 , eingereicht am 2. Juni 2016, deren gesamte Offenbarung als Teil dieser Anmeldung durch Bezugnahme hier aufgenommen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(Gebiet der Erfindung)
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung, welche die Alterung von Akkumulatoren bestimmt, die bei einer Notstromversorgung oder dergleichen in einem Rechenzentrum, einer Mobilfunk-Basisstation oder anderen unterschiedlichen Arten von Stromversorgungsvorrichtungen verwendet werden, bei denen eine stabile Stromversorgung erforderlich ist.
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(Stand der Technik)
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Eine stabile Stromversorgung ist für Rechenzentren, Mobilfunk-Basisstationen usw. wichtig. In einem Normalzustand wird eine Wechselstrom-Netzversorgung verwendet und eine Notstromversorgung, bei der Akkumulatoren verwendet werden, ist als eine nicht unterbrechbare Stromversorgung für einen Fall bereitgestellt, in dem die Wechselstrom-Netzversorgung angehalten ist. Modi zum Aufladen der Notstromversorgung beinhalten Folgendes: einen Erhaltungslademodus, bei dem das Aufladen bei einem winzigen Strom in einem Normalzustand unter Verwenden eines Ladestromkreises durchgeführt wird; und einen Dauerlademodus, bei dem eine Last und ein Akkumulator parallel bezüglich eines Gleichrichters geschaltet sind und das Laden durchgeführt wird, während die Last durch Aufbringen eines konstanten Stroms betrieben wird. Im Allgemeinen wird der Erhaltungslademodus für viele Notstromversorgungen eingesetzt.
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Zur Notstromversorgung sind eine Spannung und ein Strom erforderlich, die gestatten, dass eine durch eine Netzstromversorgung betriebene Last betrieben wird, und ein Akkumulator, der sowohl eine niedrige Spannung als auch eine geringe Kapazität aufweist. Somit ist die Notstromversorgung durch paralleles Schalten von mehreren Batteriegruppen konfiguriert, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Batterien beinhalten. Bei jeder der Batterien handelt es sich um eine Bleibatterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie.
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Bei einer derartigen Notstromversorgung wird die Spannung jeder Batterie aufgrund der Alterung der Batterie verringert. Somit wird zum Gewährleisten der Zuverlässigkeit erwünschterweise eine Bestimmung der Batteriealterung durchgeführt und eine Batterie, die gealtert ist, wird ersetzt. Jedoch ist bisher keine Vorrichtung vorgeschlagen worden, die in der Lage ist, die Alterung mehrerer Batterien in einer großformatigen Notstromversorgung in einem Rechenzentrum, einer Mobilfunk-Basisstation oder dergleichen genau zu bestimmen.
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Beispiele für Vorschläge zur herkömmlichen Bestimmung der Batteriealterung beinhalten die folgenden Vorschläge: eine Überprüfungseinheit für eine fahrzeugmontierte Batterie misst die gesamte Batterie gemeinsam (z. B. Patentschrift 1); einen Vorschlag, bei dem eine pulsförmige Spannung auf eine Batterie aufgebracht wird und die Innenimpedanz der gesamtem Batterie aus einer Eingangsspannung und der Ansprechspannung berechnet wird (z. B. Patentschrift 2); und ein Verfahren, bei dem die Innenwiderstände einzelner Zellen, die in einer Batterie in Reihe geschaltet sind, gemessen werden und eine Alterungsbestimmung durchgeführt wird (z. B. Patentschrift 3) usw. Außerdem wurde ein Batterieprüfgerät, das ein Wechselstrom-Vierleiteranschluss-Verfahren einsetzt, als ein praktisches Prüfgerät zum Messen eines sehr geringen Widerstandswerts wie etwa eines Innenwiderstands einer Batterie auf den Markt gebracht (z. B. Nichtpatentliteratur 1).
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In den Patentschriften 1 und 2 wurde auch eine drahtlose Übertragung von Daten vorgeschlagen und es wurde ebenfalls eine Reduktion der Verkabelungs- bzw. der manuellen Arbeit sowie der Datenverwaltung durch einen Computer vorgeschlagen.
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[Verwandtes Dokument]
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[Patentschrift]
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- [Patentschrift 1] Japanische Offenlegungsschrift Nr. H10-170615
- [Patentschrift 2] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2005-100969
- [Patentschrift 3] Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2010-164441
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[Nichtpatentliteratur]
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[Nichtpatentliteratur 1] Wechselstrom-Vierleiteranschluss-Verfahren Batterieprüfgerät Innenwiderstandsmessvorrichtung IW7807-BP (Rev. 1.7.1, 16. Februar 2015, Tokyo Devices) (https://tokyodevices.jp/system/attachments/files/000/000/298/original/IW7807-BP-F_MANUAL.pdf)
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Bei der herkömmlichen praktischen Überprüfungsvorrichtung (Nichtpatentliteratur 1) in einer Notstromversorgung, in der Dutzende oder Hunderte von Batterien verbunden sind, ist die Anzahl von Messstellen unverhältnismäßig. Somit ist die Verwendung der herkömmlichen praktischen Überprüfungsvorrichtung nicht umsetzbar. Bei jeder der Technologien aus den Patentschriften 1 und 2 wird die Gesamtheit einer Stromversorgung, welche die Batterien beinhaltet, gemessen und die einzelnen Batterien, das heißt, die einzelnen Zellen, werden nicht gemessen. Somit ist die Genauigkeit der Alterungsbestimmung niedrig und einzelne Batterien, die gealtert sind, können nicht identifiziert werden.
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Durch Messen des Innenwiderstands jeder in Reihe geschalteten Zelle führt die Technologie der Patentschrift 3 zu einer Technologie zum Verbessern der Genauigkeit der Alterungsbestimmung und dem Identifizieren von einzelnen Batterien, die gealtert sind. Das Bezugspotential (Masse) jedes Spannungssensors ist jedoch das Potential am Minuspol jeder Zelle. Somit unterscheiden sich bei einer Batteriegruppe, in der Dutzende bis Hunderte von Batterien unmittelbar miteinander verbunden sind, die Bezugspotentiale der jeweiligen Batterien in diesem Zustand alle voneinander. Wie mit den Unterschieden im Bezugspotential umzugehen ist, wird in dieser Schrift nicht offenbart. Im Allgemeinen ist es zum Erfassen des Potentials jeder Zelle notwendig, einen Potentialunterschied durch einen Differenzbetrieb oder durch Verwenden eines Trenntransformators zu detektieren, wodurch die Ausgestaltung kompliziert und kostspielig wird.
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Als eine Vorrichtung, die diese Probleme löst, wurde bereits eine in 10 gezeigte Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung vorgeschlagen (Japanische Patentanmeldung Nr. 2016-032945). Konkret handelt es sich bei dieser Vorrichtung um eine Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung, die eine Alterung jeder Batterie 2 bei einer Stromversorgung 1 bestimmt, in welcher mehrere Batteriegruppen 3 parallel geschaltet sind, die jeweils mehrere Batterien 2 beinhalten, die Akkumulatoren sind und in Reihe geschaltet sind. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung beinhaltet Folgendes: mehrere Spannungssensoren 7, die einzeln mit den jeweiligen Batterien 2 verbunden sind; eine Messstromaufbringungsvorrichtung 9, die einen Messstrom, der eine Wechselstromkomponente beinhaltet, auf jede Batteriegruppe 3 aufbringt; eine Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10, die jedem Spannungssensor 7 bereitgestellt ist und einen Messwert der gemessenen Spannung der Wechselstromkomponente drahtlos überträgt; und eine Steuerung 11, die den von jeder Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragenen Messwert empfängt, den Innenwiderstand jeder Batterie 2 mittels des empfangenen Messwerts berechnet und die Alterung der Batterie 2 auf der Basis des Innenwiderstands bestimmt. In 10 werden Abschnitte oder Teile, die jenen in später zu beschreibenden Ausführungsformen entsprechen, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Gemäß dieser Konfigurierung wird der Messwert jedes Spannungssensors 7 drahtlos an die Steuerung 11 übertragen. Da die drahtlose Übertragung wie vorstehend beschrieben durchgeführt wird, sogar wenn die mehreren in Reihe geschalteten und die Batteriegruppen 3 ausbildenden Batterien 2 vorhanden sind, beispielsweise, sogar wenn die Anzahl derartiger Batterien Dutzende bis Hunderte beträgt, kann das Bezugspotential (Masse) jedes Spannungssensors 7 einheitlich sein und es besteht keine Notwendigkeit, das Bezugspotential zu berücksichtigen. Somit sind weder ein Differenzbetrieb noch ein Trenntransformator notwendig. Da außerdem der Messwert jedes der mehreren Spannungssensoren drahtlos übertragen wird, ist kein Verkabelungsaufwand notwendig. Dementsprechend kann die Konfigurierung einfach und kostengünstig sein. Außerdem wird die Alterung der gesamten Stromversorgung 1, die der Alterungsbestimmung unterworfen werden soll, nicht bestimmt, sondern es wird die Alterung jeder Batterie 2 bestimmt. Somit kann die Alterung jeder Batterie 2 genau bestimmt werden.
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Es ist jedoch für jede Batteriegruppe 3, bei der die Batterien 2 in Reihe geschaltet sind, ein Stromsensor 8 bereitgestellt, sodass die Anzahl der Stromsensoren 8 hoch ist und die Konfigurierung kompliziert und kostspielig ist. Durch ein Reduzieren der Stromsensoren 8 besteht Spielraum für eine einfachere und kostengünstigere Konfigurierung.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung bereitzustellen, die einfacher zu niedrigeren Kosten herstellbar ist und die eine Alterung jeder Batterie in einer Stromversorgung, in welcher mehrere Batteriegruppen parallel geschaltet sind, die jeweils mehrere Batterien beinhalten, welche Akkumulatoren sind und in Reihe geschaltet sind, genau bestimmen kann.
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung der Einfachheit halber Bezug nehmend auf die Bezugszeichen in den Ausführungsformen beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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Eine Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung, die eine Alterung jeder Batterie 2 in einer Stromversorgung 1 bestimmt, bei welcher mehrere Batteriegruppen 3 parallel geschaltet sind, die jeweils mehrere Batterien 2 beinhalten, welche Akkumulatoren sind und in Reihe geschaltet sind, wobei die Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung Folgendes beinhaltet:
- mehrere Spannungssensoren 7, die einzeln mit den jeweiligen Batterien 2 verbunden sind;
- einen Stromsensor 8, der für eine Parallelschaltungsanordnung 3B, die mehrere der parallel geschalteten Batteriegruppen 3 beinhaltet, bereitgestellt ist, wobei der Stromsensor 8 konfiguriert ist, einen durch die Gesamtheit der Parallelschaltungsanordnung 3B fließenden Strom zu detektieren;
- eine Messstromaufbringungsvorrichtung 9, die konfiguriert ist, einen Messstrom, der eine Wechselstromkomponente beinhaltet, auf jede Batteriegruppe 3 aufzubringen;
- eine Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10, die an jedem Spannungssensor 7 bereitgestellt ist und konfiguriert ist, einen Messwert einer gemessenen Spannung der Wechselstromkomponente drahtlos zu übertragen; und
- eine Steuerung 11, die konfiguriert ist, den von jeder Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragenen Messwert zu empfangen, einen Innenwiderstand jeder Batterie 2 durch Verwenden des empfangenen Messwerts und eines Messwerts des Stromsensors 8 zu berechnen, und die Alterung der Batterie 2 auf der Basis des Innenwiderstands zu bestimmen.
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Die Wechselstromkomponente wie hier verwendet ist eine Komponente, deren Größe einer Spannung oder eines Stroms sich wiederholt ändert, sie jedoch eine Spannung oder einen Strom aufweisen kann, dessen Richtung konstant festgesetzt ist, beispielsweise einen Rippelstrom oder einen Pulsstrom. Die „Batterie“ kann eine Batterie einschließlich mehrerer in Reihe geschalteter Zellen sein oder sie kann eine einzelne Zelle sein. Außerdem ist die „Steuerung“ nicht auf eine einzelne Komponente beschränkt, sondern kann beispielsweise in eine Hauptsteuerung 11A, die einen Empfänger zum Empfangen des Messwerts beinhaltet, und eine informationsverarbeitende Vorrichtung wie etwa einen Datenserver 13, der mit der Hauptsteuerung 11A über ein Kommunikationsteil 12 wie etwa ein lokales Netzwerk verbunden ist und konfiguriert ist, den Innenwiderstand jeder Batterie 2 zu berechnen, aufgeteilt sein.
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Gemäß dieser Konfigurierung wird der Messwert jedes Spannungssensors 7 drahtlos an die Steuerung 11 übertragen. Sogar wenn die mehreren in Reihe geschalteten und die Batteriegruppen 3 ausbildenden Batterien 2 vorhanden sind, beispielsweise, sogar wenn die Anzahl solcher Batterien Dutzende bis Hunderte beträgt, kann das Bezugspotential (Masse) jedes Spannungssensors 7 einheitlich sein, da eine drahtlose Übertragung durchgeführt wird, und es besteht keine Notwendigkeit, das Bezugspotential zu berücksichtigen. Somit sind weder ein Differenzbetrieb noch ein Trenntransformator notwendig. Da außerdem der Messwert eines jeden aus den mehreren Spannungssensoren drahtlos übertragen wird, ist kein Verkabelungsaufwand notwendig. Dementsprechend kann die Konfigurierung einfach und kostengünstig sein.
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Es wird keine Alterung der gesamten Stromversorgung 1, die einer Alterungsbestimmung unterworfen werden soll, bestimmt, doch wird eine Alterung jeder Batterie 2 bestimmt. Außerdem wird zur Bestimmung der Messstrom, der die Wechselstromkomponente beinhaltet, aufgebracht, der Innenwiderstand jeder Batterie 2 wird unter Verwenden des übertragenen Messwerts der Spannung und des Messwerts des Stromsensors 8 berechnet und die Alterung der Batterie 2 wird auf der Basis des Innenwiderstands bestimmt. Somit kann eine Alterungsbestimmung genau durchgeführt werden. Der Innenwiderstand der Batterie 2 ist eng mit der Kapazität der Batterie 2 verbunden, das heißt, der Grad der Alterung der Batterie 2 und somit der Alterung der Batterie 2 kann genau bestimmt werden, wenn der Innenwiderstand bekannt ist.
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Hinsichtlich der Berechnung des Innenwiderstands lediglich durch die Messung einer Spannung ist die Berechnung des Innenwiderstands möglich, beispielsweise durch Annehmen eines Stroms als einen konstanten Wert. Der Innenwiderstand kann jedoch genauer berechnet werden, wenn ein tatsächlich durch die Batterie 2 fließender Strom gemessen wird und sowohl die Spannung als auch der Strom erfasst werden. Sogar wenn zur Messung des Stroms ein einzelner Stromsensor 8 bereitgestellt ist, um den durch die Gesamtheit der Parallelschaltungsanordnung 3B der Batteriegruppen 3 fließenden Strom zu detektieren, kann praktisch fast kein Unterschied beim Erhalten des Innenwiderstands jeder Batterie 2 erkannt werden, verglichen mit dem Fall, in dem ein Stromsensor 8 für jede Batteriegruppe 3 bereitgestellt ist. Somit können durch Bereitstellen eines einzelnen Stromsensors 8 für jede Parallelschaltungsanordnung 3B der Batteriegruppen 3 eine Vereinfachung der Konfigurierung und eine Kostenreduzierung aufgrund der Reduzierung der Anzahl von verwendeten Stromsensoren 8 erreicht werden, während die Genauigkeit der Alterungsdetektion beibehalten wird.
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Es wird eine spezifische Beschreibung gegeben. In dem Fall, in dem beispielsweise die Messstromaufbringungsvorrichtung 9, die aus einem Entladestromkreis und einem Strombegrenzungswiderstand 26 (7) zusammengesetzt ist, verwendet wird, weist der Strombegrenzungswiderstand 26 einen ausreichend höheren Widerstand als der Innenwiderstand der Batterie 2 auf und somit hat eine Änderung des Batterie-Innenwiderstands aufgrund von Alterung fast keine Wirkung auf den Stromwert. Sogar wenn die mehreren Batteriegruppen 3 parallel geschaltet sind, kann deshalb ein Wert, der durch Dividieren eines an der Position des Entladestromkreises (Messstromaufbringungsvorrichtung 9) gemessenen Stromwerts durch die Anzahl der parallel geschalteten Batteriegruppen 3 erhalten wird, als ein Messstrom für jede Batterie 2 verwendet werden. In dem Fall, in dem der Strombegrenzungswiderstand 26 beispielsweise einen Widerstand von 20 bis 30 Ω aufweist, beträgt der gesamte Innenwiderstand 1,5 Ω, da der Batterie-Innenwiderstand ca. wenige Milliohm bis 10 mΩ beträgt, wenn der Batterie-Innenwiderstand als 10 mΩ angenommen wird und wenn 150 Batterien in Reihe geschaltet sind. Wenn drei Batteriereihen, die jeweils 150 Batterien beinhalten, parallel geschaltet sind, beträgt der gesamte Innenwiderstand 0,5 Ω, was kleiner als derjenige des Strombegrenzungswiderstands 26 ist. Hier beträgt, sogar wenn 10 % der Innenwiderstände aufgrund des Alterungswiderstands verdoppelt werden, der gesamte Innenwiderstand 0,55 Ω und die Gesamtimpedanz ändert sich lediglich von 20,5 Ω auf 20,55 Ω, was eine geringe Wirkung auf den Messstrom ausübt. Deshalb kann der Stromsensor 8 gemeinsam verwendet werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung können mehrere der Batteriegruppen 3 in Reihe geschaltet werden, um eine Reihenschaltungsanordnung 3A auszubilden,
- mehrere der Reihenschaltungsanordnungen 3A können parallel geschaltet sein und unter den mehreren Reihenschaltungsanordnungen 3A können einander entsprechende Teile a zwischen den Batteriegruppen 3 der einzelnen Reihenschaltungsanordnungen 3A miteinander verbunden sein, und
- unter den mehreren Reihenschaltungsanordnungen 3A können die zueinander parallel geschalteten Batteriegruppen 3 die Parallelschaltungsanordnung 3B ausbilden und der Stromsensor 8 kann für jede Parallelschaltungsanordnung 3B bereitgestellt sein.
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In dem Fall, in dem die Stromversorgung 1 eine Notstromversorgung in einem Rechenzentrum oder dergleichen ist, sind die Spannungen der Reihenschaltungsanordnungen der Batterien in der gesamten Stromversorgung 1 jeweils von einer hohen Spannung, die beispielsweise 300 V überschreitet. Wenn somit die Messstromaufbringungsvorrichtung 9, beispielsweise ein Entladestromkreis, für die gesamte Stromversorgung 1 bereitgestellt ist, muss ein Schaltelement 27, das ein Leistungsteil zum Aufbringen eines Messstroms ist, eines sein, das einen hohen Spannungswiderstand aufweist. Da jedoch jede Reihenschaltungsanordnung der Batterien 2 konfiguriert ist, in mehrere Abschnitte in Reihenrichtung wie vorstehend beschrieben aufgeteilt zu werden, kann ein Element, das einen niedrigen Spannungswiderstand aufweist, als das Schaltelement 27 verwendet werden, welches ein Leistungsteil zur Aufbringung eines Messstroms in dem Entladestromkreis ist. In dem Fall, in dem jede Reihenschaltungsanordnung der Batterien 2 konfiguriert ist, in mehrere Abschnitte in Reihenrichtung wie vorstehend beschrieben aufgeteilt zu werden, wird ein Stromwert zur Berechnung des Innenwiderstands jeder Batterie 2 durch Bereitstellen des Stromsensors 8 für jede der Parallelschaltungsanordnungen 3B der aufgeteilten Reihenschaltungsanordnungen 3A angemessen erhalten.
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Bei der vorliegenden Erfindung können die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 (beispielsweise ein Entladestromkreis) und der Stromsensor 8 in die Steuerung 11 integriert sein. Dementsprechend wird die Konfigurierung der Vorrichtung zur Alterungsbestimmung weiter vereinfacht und kompakter gestaltet.
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In diesem Fall oder im Fall einer der vorstehenden Konfigurierungen der vorliegenden Erfindung kann der Stromsensor 8 auf derselben Leiterplatte oder Schaltplatte 31 wie die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 angebracht sein. Dementsprechend wird die Konfigurierung der Vorrichtung zur Alterungsbestimmung weiter vereinfacht und kompakter gestaltet.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Messstromaufbringungsvorrichtung ein Entladestromkreis sein. Im Fall dieser Konfigurierung wird für die Messung keine Netzstromversorgung zusätzlich verwendet und ein Strom für die Messung (beispielsweise Wechselstrom) wird durch Verwenden des Stroms erzeugt, der in den Stromkreis fließt, welcher die Stromversorgung 1, die der Alterungsbestimmung unterworfen werden soll, entlädt. Somit wird die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 vereinfacht. Der Entladestromkreis ist beispielsweise ein Entladestromkreis, der aus einer Reihenschaltung des Strombegrenzungswiderstands 26 und des Schaltelements 27 zusammengesetzt ist, die parallel mit den Batteriegruppen 3 geschaltet ist, und es kann eine Stromaufbringungssteuereinheit 11e beinhaltet sein, die das Schaltelement 27 ansteuert, sich zu öffnen/zu schließen, sodass der durch diesen Entladestromkreis fließende Strom ein Strom ist, der eine Pulsform oder eine Sinuskurvenform aufweist.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann jeder Spannungssensor 7 einen Umwandlungsabschnitt 7bc beinhalten, der konfiguriert ist, den gemessenen Messwert in einen Effektivwert oder einen Durchschnittswert, der durch ein digitales Signal dargestellt ist, umzuwandeln, und die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 kann den Effektivwert oder den sich aus der Umwandlung durch den Umwandlungsabschnitt 7bc ergebenden Durchschnittswert als einen Messwert übertragen. Der Innenwiderstand der Batterie 2 kann durch Verwenden des Effektivwerts oder des Durchschnittswerts genau berechnet werden. Außerdem kann die übertragene Datenmenge bedeutend kleiner sein als jene im Fall des Übertragens eines Signals in Spannungswellenform, wenn der Messwert des Spannungssensors 7 als der Effektivwert oder der Durchschnittswert übertragen wird.
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Bei der vorliegenden Erfindung weist die Steuerung 11 Folgendes auf: eine Innenwiderstandsberechnungseinheit 13a, die konfiguriert ist, den Innenwiderstand jeder Batterie 2 aus dem Messwert jedes Spannungssensors 7 und dem Messwert des Stromsensors 8, mit dem gemeinsam der Spannungssensor 7 bereitgestellt ist, zu berechnen; und eine Bestimmungseinheit 13b, die konfiguriert ist, eine Alterung jeder Batterie 2 auf der Basis eines Berechnungsergebnisses der Innenwiderstandsberechnungseinheit 13a zu bestimmen. Aufgrund dieser Konfigurierung kann die Alterung der Batterie 2 genau und einfach bestimmt werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung können die folgenden Konfigurierungen beinhaltet sein. Zum Beispiel kann jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 eine Funktion aufweisen, um einen Befehl zu empfangen und eine Anweisung, die dem Befehl entspricht, an eine Sensorfunktionseinheit 7a des Spannungssensors 7 bereitzustellen, und die Steuerung 11 kann eine Funktion aufweisen, um den Befehl an jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 zu übertragen.
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Die Steuerung 11 kann als Befehl einen Messbeginnbefehl an jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragen. In diesem Fall beginnt die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 bei Empfang des Messbeginnbefehls mit der Messung des Spannungssensors. Durch Übertragen des Messbeginnbefehls von der Steuerung 11 an jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10, wie vorstehend beschrieben, können die Zeiten der Messung für jeden Spannungssensor 7 miteinander synchronisiert werden.
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In diesem Fall überträgt die Steuerung 11 mittels serieller Übertragung oder paralleler Übertragung den Messbeginnbefehl an jeden Spannungssensor 7 gleichzeitig und jeder Spannungssensor 7 führt die Messung gleichzeitig aus, nachdem eine Messbeginnverzögerungszeit abgelaufen ist. Nach der Messung überträgt die Steuerung 11 einen Datenübertragungsanforderungsbefehl nacheinander an jeden Spannungssensor 7 und der Spannungssensor 7, der den Befehl empfangen hat, überträgt Daten. Durch Wiederholen der vorstehenden Operationen kann die Datenkommunikation durchgeführt werden. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 11, nachdem eine gewisse Zeit von der Übertragung des Datenübertragungsanforderungsbefehls vergangen ist, eine Anforderung auf Rückübertragung an den Spannungssensor 7 vornehmen, der keine Daten überträgt. Als ein anderes Beispiel kann die Steuerung 11 den Messbeginnbefehl an jeden Spannungssensor 7 mittels serieller Übertragung oder paralleler Übertragung gleichzeitig übertragen und jeder Spannungssensor 7 kann eine Messung nach Ablauf der Messbeginnverzögerungszeit durchführen, die für jeden Spannungssensor bestimmt wird, und die gemessenen Daten in einer festgelegten Reihenfolge nacheinander übertragen.
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Wie vorstehend erwähnt, kann die Messung der mehreren Spannungssensoren 7 nacheinander durchgeführt werden, ohne die Übertragung zu beeinträchtigen, und die Übertragung kann von jedem Spannungssensor 7 durchgeführt werden, der die Messung nach Ablauf der für jeden Spannungssensor bestimmten Messbeginnverzögerungszeit durchführt, sogar wenn der Messbeginnbefehl an jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 gleichzeitig übertragen wird. Die Messung jedes Spannungssensors 7 kann gleichzeitig durchgeführt werden, eine Übertragungsverzögerungszeit kann zuvor für jeden Spannungssensor 7 eingestellt werden und die gemessenen Daten können in einem Puffer oder dergleichen gespeichert werden und nacheinander übertragen werden. Dementsprechend werden dieselben vorteilhaften Wirkungen wie vorstehend beschrieben erreicht. In dem Fall, dass die Messung nacheinander durchgeführt wird, ist ein Datenspeicherabschnitt für einen Standby für die Übertragung unnötig.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 11 nach einer gewissen Zeit von der Übertragung des Messbeginnbefehls eine Anforderung auf Rückübertragung an den Spannungssensor 7 vornehmen, von dem die Steuerung 11 keine Daten empfängt. Der Messbeginnbefehl kann in einigen Fällen aufgrund eines beliebigen zeitweiligen Übertragungsproblems oder dergleichen von der Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 einiger Spannungssensoren 7 nicht empfangen werden. Sogar in einem solchen Fall kann die Übertragung als ein Ergebnis des Vornehmens der Anforderung auf Rückübertragung durchgeführt werden, sodass die Spannungsmesswerte aller Batterien 2 der Stromversorgung erfasst werden können. Ob der Messbeginnbefehl empfangen worden ist, kann durch Bestimmen, ob der Messwert der Spannung von der Steuerung 11 empfangen worden ist, bestimmt werden.
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In der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 11 den Messbeginnbefehl einzeln an die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 jedes Spannungssensors 7 übertragen, anstatt, wie vorstehend beschrieben, den Messbeginnbefehl gleichzeitig zu übertragen, und von ihr nacheinander Daten empfangen. Der Messbeginnbefehl kann ein Datenanforderungsbefehl sein. Im Fall dieser Konfigurierung ist ein Verzögerungsabschnitt oder -teil im Spannungssensor unnötig und die Konfigurierung des Spannungssensors wird vereinfacht.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Steuerung 11 eine Bestimmungseinheit 13b aufweisen, die konfiguriert ist, gemäß einer Größe des berechneten Innenwiderstands Warnmeldungen auf mehreren Ebenen auszugeben. Wenn die Warnmeldungen auf den mehreren Ebenen gemäß der Größe des Innenwiderstands ausgegeben werden, wird die Dringlichkeit der Notwendigkeit eines Batterieaustauschs erkannt und die Wartung kann ohne einen vergeudeten Batterieaustausch reibungslos und schnell geplant und vorbereitet werden.
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Jede Kombination von mindestens zwei Ausführungen, die in den anhängenden Ansprüchen und/oder der Beschreibung und/oder den begleitenden Zeichnungen offenbart sind, sollte als im Umfang der vorliegenden Erfindung liegend ausgelegt werden. Insbesondere sollte jede Kombination von zwei oder mehreren der anhängenden Ansprüche gleichermaßen als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung beinhaltet ausgelegt werden.
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Figurenliste
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In jedem Fall wird die vorliegende Erfindung aus der folgenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen klarer verständlich. Jedoch sind die Ausführungsformen und die Zeichnungen nur zum Zweck der Darstellung und der Erläuterung angegeben und sind nicht dahingehend aufzufassen, als dass sie den Umfang der vorliegenden Erfindung, der sich durch die angehängten Ansprüche bestimmt, auf irgendeine Weise beschränken. In den begleitenden Zeichnungen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Teile über die verschiedenen Ansichten hinweg zu bezeichnen, und:
- 1 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2 ist ein Blockschaltbild, das eine konzeptionelle Konfigurierung von Spannungssensoren und eine Steuerung bei der Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung zeigt;
- 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für den Betrieb der Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung zeigt;
- 4 ist ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen der Steuerung, einem Stromsensor usw. in einer Modifikation der Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung zeigt;
- 5 ist ein Blockschaltbild, das die Beziehung zwischen der Steuerung, einer Leiterplatte, dem Stromsensor usw. in der Modifikation der Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung zeigt;
- 6 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 7 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß einer Modifikation, bei der die Ausführungsform teilweise modifiziert ist;
- 8 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 9 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 10 ist ein Schaltbild einer Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung gemäß einem vorgeschlagenen Beispiel.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Eine erste Ausführungsform der Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung der vorliegenden Erfindung wird Bezug nehmend auf 1 bis 3 beschrieben. In 1 handelt es sich bei einer Stromversorgung 1, die einer Alterungsbestimmung unterworfen werden soll, um eine Notstromversorgung in einem Rechenzentrum, einer Mobilfunk-Basisstation oder anderen unterschiedlichen Arten von Stromversorgungsvorrichtungen, für die eine stabile Versorgung mit Strom erforderlich ist. Die Stromversorgung 1 weist mehrere Batteriegruppen 3 auf, die jeweils mehrere Batterien 2, die Akkumulatoren sind und in Reihe geschaltet sind, beinhalten. Diese Batteriegruppen 3 sind parallel geschaltet, um eine später beschriebene Parallelschaltungsanordnung 3B auszubilden, und sind mit einer Last 4 verbunden. Jede Batterie 2 kann eine einzelne Zelle sein oder kann eine Batterie sein, die mehrere in Reihe geschaltete Zellen beinhaltet.
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Die Notstromversorgung 1 ist über einen Ladestromkreis 6 und eine Diode 15 mit einem Pluspol 5A verbunden und ist unmittelbar mit dem Minuspol 5B aus dem Pluspol 5A und dem Minuspol 5A einer Hauptstromversorgung 5 verbunden, die jeweils mit dem Plus- und dem Minuspol der Last 4 verbunden sind. Die Diode 15 ist parallel zu dem Ladestromkreis 6 geschaltet, um derart geleitet zu werden, dass ein Strom veranlasst wird, von der Notstromversorgung 1 zur Last 4 zu fließen. Die Hauptstromversorgung 5 beinhaltet beispielsweise eine Gleichstromversorgung, die mit einer Wechselstrom-Netzversorgung über eine Gleichrichterschaltung und eine Glättungsschaltung (die beide nicht gezeigt sind) verbunden ist und eine Umwandlung in Gleichstrom durchführt.
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Das positive Potential der Notstromversorgung 1 ist niedriger als das positive Potential der Hauptstromversorgung 5 und normalerweise fließt der Strom nicht zur Last 4. Wenn jedoch die Hauptstromversorgung 5 angehalten wird oder die Funktion der Hauptstromversorgung 5 abgeschwächt wird, verkleinert sich das Potential an der Seite der Hauptstromversorgung 5 und es wird somit durch eine in der Notstromversorgung 1 gespeicherte elektrische Ladung Strom an die Last 4 über die Diode 15 gespeist. Ein Lademodus, mit dem der Ladestromkreis 6 wie vorstehend beschrieben verbunden ist, wird als Erhaltungslademodus bezeichnet.
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Die Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung bestimmt die Alterung jeder Batterie 2 in einer solchen Stromversorgung 1. Die Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung beinhaltet Folgendes: mehrere Spannungssensoren 7, die einzeln mit den jeweiligen Batterien 2 verbunden sind; einen Stromsensor 8, der mit der Stromversorgung 1 verbunden ist, welche die Parallelschaltungsanordnung 3B der jeweiligen Batteriegruppen 3 ist; eine Messstromaufbringungsvorrichtung 9, die auf die Batteriegruppen 3 einen Messstrom aufbringt, der eine Wechselstromkomponente beinhaltet; eine Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10, die jedem Spannungssensor 7 bereitgestellt ist und einen Messwert der gemessenen Spannung der Wechselstromkomponente drahtlos überträgt; und eine Steuerung 11, die den Messwert empfängt, der von jeder Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragen wurde, den Innenwiderstand jeder Batterie 2 durch Verwenden des empfangenen Messwerts berechnet und die Alterung der Batterie 2 auf der Basis des Innenwiderstands bestimmt.
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Die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 ist aus einer Ladevorrichtung zum Aufbringen eines Messstroms, der eine Wechselstromkomponente beinhaltet, auf die Batteriegruppen 3 der Stromversorgung 1 oder einer Entladevorrichtung, welche die Aufbringung des Messstroms durch Entladen der Batteriegruppen 3 erreicht, zusammengesetzt. Die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 ist mit Plus- und Minuspol-Enden der Batteriegruppen 3 verbunden und bringt einen Strom, der eine Wechselstromkomponente beinhaltet, der sich in einer Pulsform oder einer Sinuskurvenform ändert, beispielsweise einen Rippelstrom, auf die Stromversorgung 1 auf. Der Stromsensor 8 ist zwischen dem Pluspol-Ende der Messstromaufbringungsvorrichtung 9 und dem Pluspol-Ende der Batteriegruppen 3 bereitgestellt.
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Jeder Spannungssensor 7 führt eine Detektion einer Wechselstromkomponente und einer Gleichstromkomponente einer Spannung durch und weist eine Sensorfunktionseinheit 7a und eine arithmetische Verarbeitungseinheit 7b, wie in 2 gezeigt, auf. Die Sensorfunktionseinheit 7a ist aus einem Spannungsdetektionselement oder dergleichen zusammengesetzt. Die arithmetische Verarbeitungseinheit 7b ist mit Folgendem bereitgestellt: einem Steuerungsabschnitt 7ba, der einen bereitgestellten Befehl ausführt; einem Verzögerungsabschnitt 7bb, der den Beginn der Messung der Sensorfunktionseinheit 7a bezogen auf einen Befehl um eine vorbestimmte Zeit verzögert; und einen Umwandlungsabschnitt 7bc, der einen analogen Detektionswert einer von der Sensorfunktionseinheit 7a detektierten Wechselspannung in einen Effektivwert oder einen Durchschnittswert, der von einem digitalen Signal dargestellt wird, umwandelt. Der Spannungssensor 7 weist auch eine Gleichspannungsdetektionseinheit 7c auf, die eine Gleichspannung detektiert, und ein von der Gleichspannungsdetektionseinheit 7c detektierter Detektionswert einer Gleichstromkomponente wird von der Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 ebenfalls übertragen. Die Sensorfunktionseinheit 7a kann auch als Gleichspannungsdetektionseinheit 7c dienen. Außerdem wird für jeden Spannungssensor 7 durch den Verzögerungsabschnitt 7bb oder durch eine andere Konfigurierung eine Übertragungsreihenfolge mit einer Übertragungsverzögerungszeit voreingestellt und Messwerte werden nach den Übertragungsverzögerungszeiten nacheinander in der eingestellten Reihenfolge derart übertragen, dass die Messwerte von den jeweiligen Spannungssensoren 7 durch Zeitmultiplexen übertragen werden.
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Bei dieser Ausführungsform ist ein Temperatursensor 18 bereitgestellt, der die Umgebungstemperatur der Batterie 2 oder die Temperatur der Batterie 2 misst, und mindestens der Spannungssensor 7 und der Temperatursensor 18 bilden eine Sensoreinheit 17 aus. Die Detektionstemperatur des Temperatursensors 18 wird gemeinsam mit dem Spannungsmesswert, der von dem Effektivwert oder dem Durchschnittswert des Spannungssensors 7 dargestellt wird, von der Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 an die Steuerung 11 übertragen.
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Bei dieser Ausführungsform beinhaltet die Steuerung 11 eine Hauptsteuerung 11A und einen über ein Kommunikationsnetzwerk 12 mit der Hauptsteuerung 11A verbundenen Datenserver 13 sowie einen Bildschirm 14. Das Kommunikationsnetzwerk 12 ist bei dieser Ausführungsform aus einem lokalen Netzwerk zusammengesetzt und weist einen Hub 12a (1) auf. Das Kommunikationsnetzwerk 12 kann ein Weitverkehrsnetzwerk sein. Der Datenserver 13 ist in der Lage, über das Kommunikationsnetzwerk 12 oder ein anderes Kommunikationsnetzwerk mit einem Personalcomputer (nicht gezeigt) usw. an einem entfernten Standort zu kommunizieren, und ist in der Lage, die Datenüberwachung von jedem Standort aus durchzuführen.
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Die Hauptsteuerung 11A in 2 weist Folgendes auf: eine Empfängereinheit 11a, die den von jeder Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragenen Detektionswert des Spannungssensors 7 empfängt; eine Übermittlungseinheit 11b, die den von der Empfängereinheit 11a empfangenen Messwert an das Kommunikationsnetzwerk 12 übermittelt; eine Befehlsübertragungseinheit 11c, die einen Befehl zum Beginn der Übertragung usw. drahtlos an die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 jedes Spannungssensors 7 überträgt; eine später beschriebene Standby-Einheit 11d; und eine Stromaufbringungssteuereinheit 11e. Die Stromaufbringungssteuereinheit 11e steuert die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 (1). In 2 werden die drahtlose Übertragung und der Empfang der Befehlsübertragungseinheit 11c und der Empfängereinheit 11a über eine Antenne 19 durchgeführt.
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Wie in 1 gezeigt, ist der Stromsensor 8 über ein Kabel mit der Hauptsteuerung 11A verbunden und dessen Strommesswert wird von der Übermittlungseinheit 11b in 2 zusammen mit dem Spannungsmesswert übermittelt. Die Befehlsübertragungseinheit 11c der Hauptsteuerung 11A kann selbsttätig einen Befehl generieren. Jedoch überträgt die Befehlsübertragungseinheit 11c bei dieser Ausführungsform den Messbeginnbefehl an die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 jedes Spannungssensors 7 in Reaktion auf einen von dem Datenserver 13 übertragenen Messbeginnbefehl. Die Hauptsteuerung 11A oder der Stromsensor 8 ist mit einer Umwandlungseinheit (nicht gezeigt) bereitgestellt, die den Messwert des Stromsensors 8 in einen Effektivwert oder einen Durchschnittswert umwandelt.
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Wie vorstehend beschrieben, weist die Steuerung 11 eine Funktion auf, um den Befehl an jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 zu übertragen, und jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 weist eine Funktion auf, um bei Empfang dieses Befehls eine Anweisung, die diesem Befehl entspricht, an die arithmetische Verarbeitungseinheit 7b, die im Spannungssensor 7 bereitgestellt ist, bereitzustellen.
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Der Datenserver 13 weist eine Innenwiderstandsberechnungseinheit 13a und eine Bestimmungseinheit 13b auf. Die Innenwiderstandsberechnungseinheit 13a berechnet den Innenwiderstand der Batterie 2 gemäß einer vorbestimmten Berechnungsformel unter Verwenden des Wechselspannungswerts (des Effektivwerts oder des Durchschnittswerts), der von der Hauptsteuerung 11A übertragen und empfangen wurde, des Gleichspannungswerts (Zellenspannung), der Detektionstemperatur und des Stromwerts (des Effektivwerts oder des Durchschnittswerts). Die Detektionstemperatur wird zur Temperaturkorrektur verwendet.
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Ein Schwellenwert wird in der Bestimmungseinheit 13b eingestellt und die Bestimmungseinheit 13b bestimmt, dass eine Alterung stattgefunden hat, wenn der berechnete Innenwiderstand gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Der Schwellenwert kann auf mehreren Ebenen eingestellt werden, beispielsweise auf zwei oder drei Ebenen. In diesem Fall wird die Alterungsbestimmung auf den mehreren Ebenen durchgeführt und Warnungen oder Warnmeldungen, die den mehreren Ebenen entsprechen, werden wie später beschrieben ausgegeben. Die Bestimmungseinheit 13b weist eine Funktion auf, um das Bestimmungsergebnis auf dem Bildschirm 14 über das Kommunikationsnetzwerk 12 oder über ein eigenes Kabel anzuzeigen. Außerdem weist der Datenserver 13 Folgendes auf: eine Befehlsübertragungseinheit 13c, die den Messbeginnbefehl an die Hauptsteuerung 11A überträgt; und eine Datenspeichereinheit 13d, die Daten wie etwa den von der Hauptsteuerung 11A übermittelten Spannungsmesswert darin speichert.
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Bei der vorstehenden Konfigurierung können die Hauptsteuerung 11A und die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 eine integrierte Steuerung ausbilden, die in demselben Gehäuse untergebracht ist. Außerdem können, obwohl die Steuerung 11 bei dieser Ausführungsform die Hauptsteuerung 11A und den Datenserver 13 beinhaltet, die Hauptsteuerung 11A und der Datenserver 13 eine einzelne Steuerung 11 ausbilden, die in demselben Gehäuse untergebracht ist, oder können in einer Informationsverarbeitungsvorrichtung, die einer Leiterplatte oder dergleichen beinhaltet, konfiguriert sein, sodass die Hauptsteuerung 11A und der Datenserver 13 auf der Leiterplatte nicht voneinander zu unterscheiden sind.
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Es wird nun der Betrieb der Alterungsbestimmungsvorrichtung beschrieben, welche die vorstehende Konfigurierung aufweist. 3 ist ein Flussdiagramm eines Beispiels für den Betrieb. Der Datenserver 13 überträgt den Messbeginnbefehl von der Befehlsübertragungseinheit 13c (Schritt S1). Die Hauptsteuerung 11A empfängt den Messbeginnbefehl von dem Datenserver 13 (Schritt S2) und überträgt den Messbeginnbefehl an die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 jedes Spannungssensors 7 und des Stromsensors 8 (Schritt S3). Parallel zu den Prozessen nach dieser Übertragung führt die Standby-Einheit 11d eine Bestimmung des Endes einer Wartezeit (Schritt S20) durch und zählt die Wartezeit (Schritt S22). Wenn die eingestellte Wartezeit endet, bringt die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 einen Strom auf (Schritt S21). Zur Aufbringung des Stroms wird das Entladen gestartet, wenn die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 eine Entladevorrichtung ist, und es wird das Laden gestartet, wenn die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 eine Ladevorrichtung ist.
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Alle Spannungssensoren 7 empfangen den in Schritt S3 übertragenen Messbeginnbefehl (Schritt S4) und jeder Spannungssensor 7 wartet auf das Ende seiner eigenen Messungsverzögerungszeit (Schritt S5) und misst die Gleichspannung (Spannung zwischen den Anschlüssen) der Batterie 2 (Schritt S6). Danach wartet der Spannungssensor 7 auf das Ende einer Wartezeit (Schritt S7) und misst die Wechselspannung der Batterie 2 (Schritt S8). Bezüglich der Messung der Wechselspannung wandelt der Spannungssensor 7 einen direkten Messwert in eine Effektivspannung oder eine Durchschnittsspannung um und gibt die sich ergebende Umwandlung als einen Messwert aus.
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Die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 wartet auf ihre eigene Übertragungsverzögerungszeit und überträgt drahtlos die gemessene Gleichspannung und die gemessene Wechselspannung (Schritt S9), und die Hauptsteuerung 11A der Steuerung 11 empfängt drahtlos die gemessene Gleichspannung und die gemessene Wechselspannung (Schritt S10). Die Hauptsteuerung 11A überträgt die empfangene Gleichspannung und die empfangene Wechselspannung gemeinsam mit den Detektionswerten des Stromsensors 8 und des Temperatursensors 18 (2) an den Datenserver 13 über das Kommunikationsnetzwerk 12 wie etwa ein lokales Netzwerk (Schritt S11). Der Datenserver 13 empfängt aufeinanderfolgend übertragene Daten der Sensoren wie etwa der Spannungssensoren 7 und speichert die Daten in der Datenspeichereinheit 13d (Schritt S12). Die Schritte von der drahtlosen Übertragung in Schritt S9 bis zur Datenspeicherung durch den Datenserver 13 werden durchgeführt, bis Empfang und Speicherung der Daten aller Spannungssensoren 7 durchgeführt worden sind (NEIN in Schritt S12).
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Nachdem der Empfang und die Speicherung abgeschlossen sind (JA bei Schritt S12), wird die Stromaufbringung der Messstromaufbringungsvorrichtung 9 auf der Basis der Übertragung eines Abschlusssignals von dem Datenserver 13 an die Hauptsteuerung 11A und der Ausgabe eines Stromaufbringungssteuersignals der Hauptsteuerung 11A (Schritt S16) abgeschaltet und die Innenwiderstandsberechnungseinheit 13a berechnet im Datenserver 13 den Innenwiderstand jeder Batterie 2 (Schritt S13).
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Die Bestimmungseinheit 13b des Datenservers 13 vergleicht den berechneten Innenwiderstand mit einem ersten, als angemessen vorbestimmten Schwellenwert (Schritt S14). Wenn der Innenwiderstand kleiner als der erste Schwellenwert ist, bestimmt die Bestimmungseinheit 13b, dass sich die Batterie 2 in einem Normalzustand befindet (Schritt S15). Wenn der Innenwiderstand nicht kleiner als der erste Schwellenwert ist, vergleicht die Bestimmungseinheit 13b den Innenwiderstand ferner mit einem zweiten Schwellenwert (Schritt S17). Wenn der Innenwiderstand kleiner als der zweite Schwellenwert ist, gibt die Bestimmungseinheit 13b eine Warnung aus, um darauf hinzuweisen (Schritt S18). Wenn der Innenwiderstand nicht kleiner als der zweite Schwellenwert ist, gibt die Bestimmungseinheit 13b eine Warnmeldung aus, die stärker als die Warnung ist (Schritt S19). Die Warnung und die Warnmeldung sind auf dem Bildschirm 14 angezeigt (1). Wenn sich die Batterie 2 im Normalzustand befindet, kann auf dem Bildschirm 14 angezeigt werden, dass sich die Batterie 2 im Normalzustand befindet oder dies muss nicht gesondert darauf angezeigt werden. Der Warnmeldung und die Warnung können auf dem Bildschirm 14 angezeigt werden, beispielsweise durch Kennzeichen wie etwa vorbestimmten Icons oder durch Erhellen von vorbestimmten Abschnitten usw. Auf diese Weise wird die Alterungsbestimmung für alle Batterien 2 der Notstromversorgung 1 durchgeführt. 3 ist ein Beispiel für die Alterungsbestimmung (und die Anzeige einer Warnmeldung usw.) auf zwei Ebenen.
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Gemäß der Vorrichtung zur Bestimmung der Akkumulatoralterung wie vorstehend beschrieben ist der Spannungssensor 7 für jede Batterie 2 bereitgestellt und Daten werden mittels drahtloser Kommunikation als digitale Signale weitergeleitet und empfangen. Somit besteht sogar im Fall der Notstromversorgung 1, die Dutzende oder Hunderte von Batterien 2 beinhaltet, vom elektrischen Standpunkt her keine Notwendigkeit, das Bezugspotential (Masse) für jede Batterie 2 zu berücksichtigen. Deshalb sind weder ein Differenzbetrieb noch ein Trenntransformator notwendig. Außerdem, da der Messwert jedes der solchen mehreren Spannungssensoren 7 drahtlos übertragen wird, ist kein Verkabelungsaufwand notwendig. Dementsprechend kann die Konfigurierung einfach und kostengünstig sein.
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Eine Alterung der gesamten Stromversorgung 1, die einer Alterungsbestimmung unterworfen werden soll, wird nicht bestimmt, jedoch wird eine Alterung jeder Batterie 2 bestimmt. Außerdem wird zur Bestimmung der Messstrom, der die Wechselstromkomponente beinhaltet, aufgebracht, der Innenwiderstand jeder Batterie 2 wird unter Verwenden des Messwerts, der von jeder Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragen wird, berechnet und eine Alterung der Batterie 2 wird auf der Basis des Innenwiderstands bestimmt. Somit kann eine Alterungsbestimmung genau durchgeführt werden. Der Innenwiderstand der Batterie 2 ist eng mit der Kapazität der Batterie 2 verbunden, das heißt, dem Grad der Alterung der Batterie 2, und somit kann die Alterung der Batterie 2 genau bestimmt werden, wenn der Innenwiderstand bekannt ist.
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Der von jedem Spannungssensor 7 gemessene Messwert wird in einen Effektivwert oder einen von einem digitalen Signal dargestellten Durchschnittswert umgewandelt und übertragen. Somit kann die übertragene Datenmenge beträchtlich kleiner sein als im Fall des Übertragens eines Signals von Spannungswellenform. Der Innenwiderstand der Batterie 2 kann durch Verwenden des Effektivwerts oder des Durchschnittswerts genau berechnet werden. Die Berechnung des Innenwiderstands der Batterie 2 ist lediglich durch Messung einer Spannung möglich, beispielsweise durch Annehmen eines Stroms als einen konstanten Wert. Jedoch kann der Innenwiderstand genauer berechnet werden, wenn ein tatsächlich durch die Batterie 2 fließender Strom gemessen wird und sowohl die Spannung als auch der Strom erfasst werden.
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In 1 ist der einzelne Stromsensor 8 für die Stromversorgung 1, bei der es sich um die eine Parallelschaltungsanordnung 3B handelt, bereitgestellt. Somit ist die Konfigurierung einfach, verglichen mit dem Fall, in dem ein Stromsensor für jede Batteriegruppe 3 bereitgestellt ist, und somit ist die Anzahl der Komponenten klein und die Kosten sind reduziert. Die durch die jeweiligen in jeder Batteriegruppe 3 in Reihe ausgerichteten Batterien 2 fließenden Ströme sind zueinander gleich und in dem Fall, in dem die Anzahl der verbundenen Batterien 2 und die Nennspannung jeder Batterie 2 in jeder Batteriegruppe 3 gleich sind, werden die durch die jeweiligen Batteriegruppen 3 fließenden Ströme im Wesentlichen als zueinander gleich betrachtet und der dazwischenliegende Unterschied kann als nicht zu einem solchen Grad erhöht betrachtet werden, dass der Unterschied die Berechnung des Innenwiderstands zur Bestimmung der Lebensdauer jeder Batterie 2 praktisch beeinflusst. Somit wird durch Bereitstellen des einzelnen Stromsensors 8 der praktische Einfluss auf die Genauigkeit der Berechnung des Innenwiderstands der Batterie 2 minimiert, und es können ebenfalls eine Vereinfachung der Konfigurierung und eine Reduzierung der Kosten erreicht werden.
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Die Steuerung 11 übermittelt den Messbeginnbefehl an die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 jedes Spannungssensors 7 und die Messung des Spannungssensors 2 wird durch den Befehl gestartet. Somit können die Zeiten des Beginns der Messung der mehreren Spannungssensoren 2 miteinander synchronisiert werden. In diesem Fall überträgt die Steuerung 11 gleichzeitig den Messbeginnbefehl mittels serieller Übertragung oder paralleler Übertragung an jeden Spannungssensor 7 und jeder Spannungssensor 7 führt gleichzeitig eine Messung durch, nachdem die Messbeginnverzögerungszeit abgelaufen ist. Nach der Messung überträgt die Steuerung 11 aufeinanderfolgend einen Datenübertragungsanforderungsbefehl an jeden Spannungssensor 7 und der Spannungssensor 7, der den Befehl empfangen hat, überträgt Daten. Durch Wiederholen der vorstehenden Operationen kann die Datenkommunikation durchgeführt werden. Bei dieser Ausführungsform kann die Steuerung 11 nach einer gewissen Zeit ab der Übertragung des Datenübertragungsanforderungsbefehls eine Anforderung auf Rückübertragung an den Spannungssensor 7 vornehmen, der keine Daten überträgt.
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Als ein weiteres Beispiel kann in dem Fall, in dem der Spannungssensor 7 nach Ablauf einer für jeden Spannungssensor 7 vorbestimmten Messbeginnverzögerungszeit eine Messung durchführt, sogar wenn der Messbeginnbefehl gleichzeitig an jede Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 übertragen wird, die Messung der mehreren Spannungssensoren 7 aufeinanderfolgend durchgeführt werden, ohne die drahtlose Übertragung und den Empfang zu stören, und die Übertragung kann durchgeführt werden. Ein Übertragungsstartbefehl ist beispielsweise ein globaler Befehl und die Spannungssensoren 7 erfassen den Übertragungsstartbefehl gleichzeitig.
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Nach einer gewissen Zeit ab der Übertragung des Messbeginnbefehls nimmt die Steuerung 11 eine Anforderung auf Rückübertragung an den Spannungssensor 7 vor, von dem die Steuerung 11 keine Daten empfängt. Aufgrund eines zeitweiligen Übertragungsproblems oder dergleichen kann der Messbeginnbefehl von der Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 einiger Spannungssensoren 7 in einigen Fällen nicht empfangen werden. Sogar in einem solchen Fall kann als Ergebnis des Vornehmens der Anfrage auf Rückübertragung eine Spannung gemessen und übertragen werden, sodass die Spannungsmesswerte aller Batterien 2 der Stromversorgung erfasst werden können. Ob der Messbeginnbefehl empfangen wurde, kann durch Bestimmen, ob der Messwert der Spannung von der Steuerung 11 empfangen wurde, bestimmt werden.
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Die Steuerung 11 kann einen Datenanforderungsbefehl an die Sensornetz-Kommunikationseinrichtung 10 jedes Spannungssensors 7 anstatt des gleichzeitigen Übermittelns des Messbeginnbefehls wie vorstehend beschrieben einzeln übermitteln und kann aufeinanderfolgend davon Daten empfangen. Im Fall dieser Konfigurierung ist der Verzögerungsabschnitt 7bb im Spannungssensor 7 unnötig und die Konfigurierung des Spannungssensors 7 wird vereinfacht. Da die Steuerung 11 gemäß der Größe des berechneten Innenwiderstands auf mehreren Ebenen Warnmeldungen ausgibt, wird die Dringlichkeit der Notwendigkeit eines Batterieaustauschs anerkannt und die Wartung kann reibungslos und rasch geplant werden und ohne einen vergeudeten Batterieaustausch vorbereitet werden.
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Die Steuerung 11 oder deren interne Komponenten sind spezifisch mit einer Hardwareschaltung oder mit einer mathematischen Funktion in Software auf einem Prozessor (nicht gezeigt) konfiguriert, welche die Berechnung und die Ausgabe eines Ergebnisses ermöglicht, unter Verwendung einer durch Software oder Hardware implementierten Umsetzungstabelle (LUT - Look Up Table) oder einer vorgeschriebenen Transformationsfunktion, die in einer Software-Bibliothek oder deren gleichwertiger Hardware enthalten ist usw., und nach Bedarf einer Vergleichsfunktion oder einer Vier-Grundrechenarten-Operationsfunktion in der Bibliothek oder deren gleichwertiger Hardware usw.
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4 zeigt eine Modifikation der Anordnung des Stromsensors 8 usw. In der in 1 gezeigten Ausführungsform sind der Stromsensor 8 und die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 außerhalb der Steuerung 11 bereitgestellt. Jedoch können der Stromsensor 8 und die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 in der Steuerung 11 bereitgestellt sein, wie in 4 gezeigt, beispielsweise in der Hauptsteuerung 11A (gezeigt durch eine rechtwinklige gestrichelte Linie in 1). Die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 kann ein Entladestromkreis sein, der später Bezug nehmend auf 7 beschrieben wird. Außerdem kann, obwohl nicht gezeigt, nur eins aus dem Stromsensor 8 und der Messstromaufbringungsvorrichtung 9 in der Steuerung 11, beispielsweise in der Hauptsteuerung 11A, bereitgestellt sein. Dementsprechend wird die Konfigurierung der Vorrichtung zur Alterungsbestimmung weiter vereinfacht und kompakter gestaltet.
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In dem Fall, in dem der Stromsensor 8 und die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 wie vorstehend beschrieben in der Steuerung 11 bereitgestellt sind, können die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 und der Stromsensor 8 auf derselben Leiterplatte 31 angebracht werden, wie in 5 gezeigt. Ferner, obwohl nicht gezeigt, kann nur eins aus dem Stromsensor 8 und der Messstromaufbringungsvorrichtung 9 auf derselben Leiterplatte 31 wie die anderen Komponenten, welche die Steuerung 11 ausbilden, angebracht werden. Dementsprechend wird die Konfigurierung der Vorrichtung zur Alterungsbestimmung weiter vereinfacht, sodass die Konfigurierung noch kompakter gestaltet wird und die Kosten weiter reduziert werden.
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6 zeigt eine andere Ausführungsform, bei der die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 in der vorstehenden, in 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform ausgeführt ist. Bei dieser Ausführungsform generiert die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 einen Messstrom, der eine Wechselstromkomponente beinhaltet, aus einer Wechselstrom-Netzversorgung 21 und bringt den Messstrom auf jede Batteriegruppe 3 auf. Konkreter beinhaltet die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 Folgendes: einen Transformator 22, der eine Spannungsumwandlung vornimmt, sodass die Spannung der Wechselstrom-Netzversorgung 21 für die Spannung der Notstromversorgung 1 geeignet umgewandelt wird; einen Kondensator 23, der nur die Wechselstromkomponente von dem Strom, der sich aus der Umwandlung durch den Transformator 22 ergibt, trennt und die Wechselstromkomponente auf jede Batteriegruppe 3 aufbringt; und eine Strombegrenzungseinheit 24, die den auf jede Batteriegruppe 3 aufzubringenden Strom begrenzt. Ein Primärkreis des Transformators 22 wird mit einem Öffnungs-/Schließschalter 25 bereitgestellt, der die Netzstromversorgung 21 öffnet/schließt (die Verbindung trennt/die Verbindung herstellt). Das Öffnen/Schließen des Öffnungs-/Schließschalters 25 wird durch die Stromaufbringungssteuereinheit 11e (siehe 2) in der Hauptsteuerung 11A der Steuerung 11 gesteuert. In 6 kann die Strombegrenzungseinheit 24 ein Strombegrenzungswiderstand sein.
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Im Fall dieser Konfigurierung kann der Messstrom, der die Wechselstromkomponente beinhaltet, durch eine einfache Konfigurierung auf jede Batteriegruppe 3 aufgebracht werden, da der Messstrom, der die Wechselstromkomponente beinhaltet, von der Wechselstrom-Netzversorgung 21 generiert wird. Da der Transformator 22 und der Kondensator 23 bereitgestellt sind, sogar wenn die Spannungen der Netzstromversorgung 21 und jeder Batteriegruppe 3 voneinander verschieden sind, kann die Spannung, um den Messstrom fließen zu lassen, gleich der Spannung jeder Batteriegruppe 3 gemacht werden und nur die Wechselstromkomponente kann auf jede Batteriegruppe 3 aufgebracht werden. Außerdem, da die Strombegrenzungseinheit 24 wie etwa ein Widerstand bereitgestellt ist, kann der auf jede Batteriegruppe 3 aufzubringende Strom begrenzt werden, sodass jede Batteriegruppe 3 vor einem Überstrom geschützt werden kann. Die anderen Konfigurierungen und vorteilhaften Wirkungen bei dieser Ausführungsform sind die gleichen wie jene bei der ersten Ausführungsform, die Bezug nehmend auf 1 bis 3 beschrieben worden ist.
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7 zeigt eine Modifikation, bei der die andere Ausführungsform teilweise modifiziert ist. Bei dieser Modifikation ist die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 bei der ersten Ausführungsform, die in 1 bis 3 gezeigt ist, durch einen Entladestromkreis konfiguriert, der aus einer Reihenschaltung aus einem Strombegrenzungswiderstand 26 und einem Schaltelement 27 zusammengesetzt ist, und der Entladestromkreis ist parallel mit den Batteriegruppen 3 geschaltet. Eine Bypass-Diode 28 ist dem Schaltelement 27 bereitgestellt. Das Schaltelement 27 wird von der Stromaufbringungssteuereinheit 11e in der Hauptsteuerung 11A der Steuerung 11 derart angesteuert, um sich zu öffnen/zu schließen, sodass der durch den Entladestromkreis fließende Strom ein Strom ist, der eine Pulsform oder eine Sinuskurvenform aufweist. In diesem Fall, ungleich dem Beispiel von 6, ist die Stromaufbringungssteuereinheit 11e konfiguriert, eine Anweisung zum Ansteuern des Schaltelements 27 bereitzustellen, sodass der Strom eine Pulsform oder eine Sinuskurvenform wie vorstehend beschrieben aufweist.
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Im Fall dieser Konfigurierung wird keine Netzstromversorgung zur Messung verwendet und ein Messstrom wird durch Verwenden des auf den Stromkreis aufgebrachten Stroms generiert, der die Notstromversorgung 1 lädt, welche der Alterungsbestimmung unterworfen werden soll. Somit ist die Messstromaufbringungsvorrichtung 9 vereinfacht, verglichen mit der Ausführungsform in 6, bei der die Netzstromversorgung verwendet wird. Die anderen Konfigurierungen und vorteilhaften Wirkungen sind dieselben wie jene bei der in 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform.
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8 und 9 zeigen jeweils noch eine andere Ausführungsform. In diesen Ausführungsformen ist die Konfigurierung mit Ausnahme der spezifisch beschriebenen Gegenstände dieselbe wie die der in 1 bis 3 gezeigten ersten Ausführungsform und es werden die jeweiligen in der ersten Ausführungsform beschriebenen vorteilhaften Wirkungen erzielt.
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In 8 werden bei der Stromversorgung 1 mehrere Reihenschaltungsanordnungen 3A (drei im Beispiel von 8), die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Batteriegruppen 3 beinhalten (zwei im Beispiel von 8), parallel geschaltet. Unter den mehreren Reihenschaltungsanordnungen 3A sind die Teile a zwischen den jeweiligen Batteriegruppen 3, welche die einander entsprechenden Reihenschaltungsanordnungen 3A ausbilden, miteinander verbunden. Unter den mehreren Reihenschaltungsanordnungen 3A bilden die parallel zueinander geschalteten Batteriegruppen 3 die Parallelschaltungsanordnung 3B aus. Die Messstromaufbringungsvorrichtung (Entladestromkreis) 9 und der Stromsensor 8 sind für jede Parallelschaltungsanordnung 3B bereitgestellt.
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Mit anderen Worten, wenn jede Reihenschaltungsanordnung 3A in der Stromversorgung 1 als eine Batteriegruppe 3 betrachtet oder angenommen wird, wird diese eine Batteriegruppe 3 in mehrere (zwei) Batteriegruppenteilkörper 3a geteilt, die in Reihenrichtung ausgerichtet sind, und die Batteriegruppenteilkörper 3a sind zu anderen Batteriegruppenteilkörpern 3a, die andere Batteriegruppen 3 ausbilden, parallel geschaltet. Die Messstromaufbringungsvorrichtung (der Entladestromkreis) 9 ist parallel zu jeder Schaltanordnung bereitgestellt, einschließlich der parallel geschalteten Batteriegruppenteilkörper 3a (das heißt, jede Parallelschaltungsanordnung 3B). Die Anzahl der durch Teilung erhaltenen Batteriegruppenteilkörper 3a ist nicht beschränkt, doch sind mehrere der Batterien 2 in jedem Batteriegruppenteilkörper 3a in Reihe geschaltet.
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In dem Fall, in dem die Stromversorgung 1 eine Notstromversorgung in einem Rechenzentrum oder dergleichen ist, handelt es sich bei den Spannungen der Reihenschaltungsanordnungen der Batterien 2 in der gesamten Stromversorgung 1 um jeweils eine hohe Spannung, die beispielsweise 300 V überschreitet. Wenn somit die Messstromaufbringungsvorrichtung (der Entladestromkreis) 9 für die gesamte Stromversorgung 1 bereitgestellt ist, muss das Schaltelement 27, das ein Leistungsteil zum Aufbringen eines Messstroms ist, eines sein, das einen hohen Spannungswiderstand aufweist. Da jedoch jede Reihenschaltungsanordnung der Batterien 2 konfiguriert ist, in zwei Abschnitte in Reihenrichtung geteilt zu werden, wie bei dieser Ausführungsform, kann ein Element, das einen niedrigen Spannungswiderstand aufweist, als das Schaltelement 27 verwendet werden, das ein Leistungsteil zur Aufbringung von Messstrom in der Messstromaufbringungsvorrichtung (Entladestromkreis) 9 ist.
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Die Ausführungsform in 9 ist ein Beispiel, bei dem drei oder mehr Batteriegruppen 3 in Reihe geschaltet sind, um die Reihenschaltungsanordnungen 3A in der in 8 gezeigten Ausführungsform auszubilden. Mit anderen Worten, wenn jede Reihenschaltungsanordnung der Batterien 2 der Stromversorgung 1 als eine Batteriegruppe 3 betrachtet oder angenommen wird, beinhaltet diese eine Batteriegruppe 3 drei oder mehr Batteriegruppenteilkörper 3a. Unter den mehreren Reihenschaltungsanordnungen 3A sind die Teile a zwischen den jeweiligen Batteriegruppen 3, welche die einander entsprechenden Reihenschaltungsanordnungen 3A ausbilden, miteinander verbunden. Für die jeweiligen in dieser Weise konfigurierten Parallelschaltungsanordnungen 3B sind drei oder mehr Messstromaufbringungsvorrichtungen (Entladestromkreise) 9 und drei oder mehr Stromsensoren 8 parallel bereitgestellt. Auch bei dieser Ausführungsform kann ein Element, das einen niedrigen Spannungswiderstand aufweist, als das Schaltelement 27 verwendet werden, das ein Leistungsteil zur Aufbringung von Messstrom ist.
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Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit deren bevorzugten Ausführungsformen Bezug nehmend auf die begleitenden Zeichnungen vollständig beschrieben wurde, können zahlreiche Ergänzungen, Modifikationen und Auslassungen vorgenommen werden, ohne vom Kern der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Dementsprechend sind derartige Ergänzungen, Modifikationen und Auslassungen als im Umfang der vorliegenden Erfindung beinhaltet auszulegen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Stromversorgung
- 2
- Batterie
- 3
- Batteriegruppe
- 3A
- Reihenschaltungsanordnung
- 3B
- Parallelschaltungsanordnung
- 4
- Last
- 5
- Hauptstromversorgung
- 5A, 5B
- Anschluss
- 6
- Ladestromkreis
- 7a
- Sensorfunktionseinheit
- 7b
- arithmetische Verarbeitungseinheit
- 7ba
- Steuerungsabschnitt
- 7bb
- Verzögerungsabschnitt
- 7bc
- Umwandlungsabschnitt
- 7c
- Gleichstromdetektionseinheit
- 8
- Stromsensor
- 9
- Messstromaufbringungsvorrichtung
- 10
- Sensornetz-Kommunikationseinrichtung
- 11
- Steuerung
- 11A
- Hauptsteuerung
- 11a
- Empfängereinheit
- 11b
- Übermittlungseinheit
- 11c
- Befehlsübertragungseinheit
- 11d
- Standby-Einheit
- 11e
- Stromaufbringungssteuereinheit
- 12
- Kommunikationsnetzwerk
- 13
- Datenserver
- 13a
- Innenwiderstandsberechnungseinheit
- 13b
- Bestimmungseinheit
- 14
- Bildschirm
- 15
- Diode
- 17
- Sensoreinheit
- 18
- Temperatursensor
- 19
- Antenne
- 25
- Öffnungs-/Schließschalter
- 26
- Strombegrenzungswiderstand
- 27
- Schaltelement
- a
- Teil
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2016110656 [0001]
- JP H10170615 [0007]
- JP 2005100969 [0007]
- JP 2010164441 [0007]
