DE19822571A1 - Anordnung zum Überwachen der Betriebsdaten von elektrischen Batterien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Überwachen der Betriebsdaten elektrischer Batterien.

Zur Erhaltung der Funktion von wichtigen elektrischen Betriebsmitteln bei einem Ausfall des öffentlichen Stromnetzes, werden diese Betriebsmittel über batteriegestützte Systeme versorgt. Da es sich dabei auch vielfach um elektrische Verbraucher mit großen Leistungsaufnahmen handelt, sind auch die Batterieanlagen entsprechend für große Leistungen ausgelegt, z. B. in Krankenhäusern.

Große Leistungen und damit verbunden die hohen elektrischen Spannungen erreicht man bei Batterieanlagen durch Reihenschaltungen von vielen einzelnen Batterieblöcken zu sogenannten Batteriegruppen. Des weiteren werden zur Erhöhung der Leistung einzelne Gruppen wiederum parallel geschaltet. Somit entstehen Anordnungen von Batterieanlagen, die aus vielen einzelnen Batteriezellen bestehen.

Zu dem Umfang der Wartung solcher Batterieanlagen gehören sogenannte Kapazitätsproben. Dabei wird die Batterieanordnung mit einem elektrischen Verbraucher oder einer Netzrückspeisevorrichtung belastet und somit entladen.

Wesentlich für die Beurteilung des Zustandes einer Batteriezelle ist die bei einer solchen Kapazitätsprobe aufgenommene Spannungskurve (Entladekurve) dieser Batteriezelle sowie deren Temperatur.

Aus dem Stand der Technik sind zwei grundsätzliche Möglichkeiten zur Aufnahme der Entladekurve bekannt:

• a) Ein Spannungsmeßgerät wird von Hand an jeden einzelnen Batterieblock herangeführt und die Spannung wird durch Anlegen der Meßspitzen an die Batteriepole gemessen.
  Dieser Vorgang wiederholt sich für alle Batterieblöcke in regelmäßigen Abständen und somit entsteht für jeden Batterieblock die Entladekurve.
  Dabei gibt es intelligente Meßsysteme, welche die gemessenen Werte für jeden Batterieblock speichern können und über Schnittstellen die Datensätze ausgeben können.
• b) Ebenso aus dein Stand der Technik bekannt sind Meßsysteme, welche stationär installiert sind und zu jedem einzelnen Batterieblock eine sogenannte Abfühlleitung besitzen.
  Solche Systeme erfordern einen erheblichen Montageaufwand, da Batterieanlagen nicht selten aus mehreren hundert einzelnen Batteriezellen bestehen.
  Aus diesem Grund kommen solche Systeme eher selten zum Einsatz und die Meßung der Blockspannungen von Hand ist die gängige Praxis.

Es ist die Aufgabe der Erfindung eine neue Überwachungsanordnung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Anordnung gemäß Anspruch 1.

Die Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung eines Meßsystems.

Die Figur zeigt eine Gruppe von einzelnen Batterieblöcken bzw. Zellen 1. Die leistungsmäßige Verkabelung der Batterieblöcke untereinander ist nicht eingezeichnet, da sie für die Erfindung ohne jede Bedeutung ist. Auf jedem Batterieblock ist ein Überwachungsgerät 2 angeordnet. Das Überwachungsgerät 2 ist Teil der Erfindung und sei nachfolgend beschrieben. Das Überwachungsgerät 2 ist über kurzschlußfeste Anschlußdrähte 5 und 6 mit den Batteriepolen 3 und 4 seines Batterieblocks 1 verbunden. Jeder Batterieblock 1 versorgt also sein Überwachungsgerät 2 mit der zum Arbeiten notwendigen Energie. Dabei ist das Überwachungsgerät 2 elektronisch so realisiert, daß die Energieaufnahme ein Minimum ist. Gleichzeitigt sind die Anschlußdrähte 5 und 6 die Meßleitungen, über die das Überwachungsgerät 2 die Blockspannung mißt. Das Überwachungsgerät 2 ist so konstruiert, daß es über den ganzen zulässigen Arbeitsbereich des Batterieblock 1, also von der Entladeschlußspannung bis zur Starkladespannung, zuverlässig arbeitet. Das Überwachungsgerät 2 enthält zwei Buchsen 9 und 10 zur Aufnahme eines Lichtwellenleiters 7, der als Datenbus dient.

Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, sind alle Überwachungsgerate 2 dieser Anordnung über den Lichtwellenleiter 7 in Reihe und in Verbindung mit dem elektronischen Auswertgerät 8 stellt das System eine serielle Ringleitung dar. Das Auswertgerät 8 regelt den seriellen Datentransport über den Lichtwellenleiter 7. Dabei erfragt das Auswertgerät 8 von jedem einzelnen Überwachungsgerät 2 die gemessene Batterieblockspannung, und bringt diese zur Anzeige oder speichert diese für spätere Auswertungen ab.

Das Auswertgerät 8 kann beim Aufstart des Systems jedem einzelnen Überwachungsgerät 2 eine Adresse vergeben unter der das Auswertgerät 8 das jeweilige Überwachungsgerät 2 jederzeit wieder gezielt ansprechen kann. Das Auswertgerät 8 kann alle Auswertgeräte 2 bei einer Außerbetriebsetzung der Batterieanlage in einen Sleepmodus versetzen, so daß die Auswertgeräte 2 auch langfristig durch ihren Eigenverbrauch ihre Wirtsbatterie nicht entladen. Ebenso kann das Auswertgerät 8 bei der Wiederinbetriebsetzung der Batterieanlage den Sleepmodus jedes einzelnen Überwachungsgerätes 2 beenden, so daß jedes Überwachungsgerät 2 wieder vollständig einsatzfähig ist. Als ganz großen Vorteil dieses Systems erweist sich die Tatsache, daß kein Batteriepotential von einer Batterie weggeführt wird. Insbesondere bei Batterieanlagen mit hohen Klemmenspannungen würde das einen erheblichen Aufwand in Bezug auf galvanische Trennung im Auswertgerät bedeuten. Das Überwachungsgerät 2 ist explosionsgeschützt ausgeführt und somit auch insbesondere für offene Batteriesysteme geeignet.

Das Auswertgerät 8 ist in einer einfachen Ausführung als handliches Pocket-Gerät konstruiert und somit für den Serviceeinsatz hervorragend geeignet. Das Auswertgerät 8 ist als höherwertige Ausführung auf der Basis eines PC aufgebaut und bietet somit alle bekannten Vorzüge der elektronischen Datenverarbeitung.

Als eine Variante der Erfindung ist das elektronische Überwachungsgerät 2 als integrierter elektronischer Chip in das Batteriegehäuse eingearbeitet. Ebenso sind in dieser Variante die Buchsen 9 und 10 für die Aufnahme der Lichtwellenleiter in das Batteriegehäuse eingearbeitet, sowie auch die Verbindungsleitungen 5 und 6. Bei der Montage der Batterieanlage brauchen somit nur noch die Lichtleiterkabel aufgesteckt werden um den seriellen Datenbus aufzubauen. Als zusätzliche Meßung können die im Batteriegehäuse integrierten IC's auch die Temperatur im inneren der Batterie messen und an das Auswertgerät 8 übermitteln.

Grundsatzlich sind noch mehr Betriebsdaten einer Batterie mit dem System gemäß der Erfindung erfaßbar, z. B. die Säuredichte. Es obliegt den Batterieherstellern die notwendige Sensorik in die Batteriegehäuse dafür zu integrieren.

Das Anwendungsgebiet für die Erfindung erstreckt sich über die ganze Palette stationärer Batterieanlagen, von der kleinen USV-Batterie bis hin zur Kraftwerksbatterieanlage.

Durch den konstruktiv einfachen Aufbau des Systems reduzieren sich die Kosten im Vergleich zu dem Stand der Technik in erheblichem Maße.

Die Fig. 2 zeigt die innere Struktur eines Überwachungsgerätes 2. Die an den Batteriepolen 3 und 4 abgegriffene Batterieblockspannung wird über die Anschlußleitungen 5 und 6 der Stromversorgungseinheit 11, sowie dem Spannungsmesser 12 zugeführt. Die Stromversorgungseinheit 11 formt die Batterieblockspannung in eine geregelte Versorgungsspannung 18 um. Alle Komponenten innerhalb des Überwachungsgerätes 2 werden bei Bedarf von der Versorgungsspannung 18 versorgt.

Der Analog-Digitalwandler 14 wandelt die von dem Spannungsmesser 12 gemessene Batterieblockspannung in einen digitalen Wert um. Ebenso wandelt der Analog-Digitalwandler 14 die von dem Temperatursensor 15 erfaßte Batterieblocktemperatur in einen digitalen Wert um.

Die Steuereinheit 13 kann über den optischen Empfänger 17 Daten empfangen, welche der Lichtleiter 7 übermittelt. Die Steuereinheit 13 kann über den optischen Sender 16 Daten senden, welche der Lichtleiter 7 übermittelt. Die Steuereinheit 13 liest die von dem Analog-Digitalwandler 14 gewandelten digitalen Betriebsdaten der Batterie, und übermittelt diese nach Aufforderung an das Auswertgerät 8.

Die Fig. 3 verdeutlicht die Arbeitsweise des seriellen Datenbus. Das Auswertgerät 8 bildet mit den Überwachungsgeräten 2 eine Reihenanordnung. Dabei ist jeder optische Sender 16 eines Überwachungsgerätes 2 über den Lichtleiter 7 mit dem optischen Empfänger 17 des nachfolgenden Überwachungsgerätes 2 verbunden, bzw. der optische Sender 16 des Auswertgerätes 8 ist mit dem optischen Empfänger 17 des ersten Überwachungsgerätes 2 verbunden, und der optische Sender 16 des letzen Überwachungsgerätes 2 ist mit dem optischen Empfänger 17 des Auswertgerätes 8 verbunden.

Dadurch, daß sich der Datenbus als Kreis schließt, benötigt die Anordnung gemäß der Erfindung nur einen einzelnen optischen Leiter für die Abwicklung der Kommunikation. Überwachungsgerate 2, welche durch ein Datentelegramm nicht adressiert sind, senden dass Datentelegramm unverändert an das nächste Überwachungsgerat 2 weiter. Überwachungsgeräte 2, welche durch das Datentelegramm adressiert sind, tragen die zuvor gemessenen Betriebsdaten ihrer Wirtsbatterie in das Telegramm ein und reichen das Datentelegramm über den optischen Datenbus 7 weiter.

Auf diese Weise kann das Auswertgerät 8 jedes Überwachungsgerät 2 zyklisch hinsichtlich der Betriebdaten abfragen, sowie beim Aufstart des Systems die Adressen an die Überwachungsgeräte 2 vergeben, als auch den Sleep-Modus einleiten bzw. beenden.

Das Protokoll für die Datenübetragung sei nicht naher beschrieben. Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl bewahrter Übertragungsprotokolle bekannt.

Claims (6)

1. Anordnung mit einer Sammelbatterie, die mehrere separate Zellen (1) aufweist, wobei jeder Zelle (1) eine Überwachungsvorrichtung (2) zum Erfassen von Batteriedaten dieser Zelle zugeordnet ist, und die Überwachungsvorrichtungen (2) an einen gemeinsamen Datenbus (7) angeschlossen sind, über den die Überwachungsvorrichtungen (2) einzeln zur Übermittlung der von ihnen erfaßten Batteriedatei abfragbar sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei welcher der Datenbus (7) aus lichtleitendem, elektrisch isolierendem Material ausgebildet ist, und die Überwachungsvorrichtungen (2) mit entsprechenden optischen Sendern und Empfängern zur Kommunikation mit dem Datenbus (7) versehen sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Überwachungsvorrichtungen (2) zur Stromversorgung durch die jeweils zugeordnete Zelle (1) ausgebildet sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Überwachungsvorrichtungen (2) explosionsgeschützt ausgebildet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Überwachungsvorrichtungen (2) über den Datenbus (7) in einen Sleep-Modus versetzt werden können.

6. Anordnung nach Anspruch 2, bei welcher der Datenbus (7) durch nur einen optischen Leiter ausgebildet ist, welcher sich zu einem seriellen Ringleiter schließt.