FI108967B - Akkujen kunnonvalvontajärjestelmä - Google Patents

Description

1 108967

Akkujen kunnonvalvontajärjestelmä.

Keksinnön kohteena on akkujen kunnonvalvontajärjestelmä, jolla mitataan kennojen impedanssi ja/tai varaustila.

I 5

Energian saannin varmistamiseen tärkeissä kohteissa verkkokatkostilanteissa käytetään akkuja. Tällaisia kohteita ovat mm. sähkön tuotannon ja jakelun suojalaitteet, tietokoneet, telelaitteet, liikenteen turvalaitteet, sairaaloiden kriittiset laitteet ja varavalaistusjärjestelmät.

10 Määräaikaishuollolla pyritään varmistamaan akkujen kunto. Perinteisesti on mitattu kennojännitteet ja ominaispainot puskuvaraustilanteessa 2-4 kertaa vuodessa sekä kuormituskoe 1-3 vuoden välein. Lisäksi liitoksia ja akun sisäistä korroosiota on mitattu impedanssi- ja konduktanssimittauksilla. On-15 gelmana suljetuilla akuilla on suuri kennojännitehajonta ja kuivumisesta johtuva jännitteen nousu, joka kumoaa sulfatoitumisesta johtuvan jännitteen alennuksen. Näin ollen jännitteen mittaus ei välttämättä kerro kennon kunnosta mitään. Impedanssi- ja konduktanssimittausta käytetään yleisesti akun kunnonseurantaan, mutta korrelaatio ei ole 100 %. Lisäksi suuri hajonta sa- » 20 mankin kennosarjan sisällä ja voimakas lämpötilariippuvuus vaikeuttavat mit-"i tausten tulkintaa. Suljetuilla akuilla myös ns. lämpöryntäys, joka johtuu kaa- , sujännitteen pienenemisestä lämpötilan noustessa, on suuri ongelma etenkin : ’·· käytettäessä halpoja tai vanhoja tasasuuntaajia, joissa ei ole lämpöti- ' lakompensointia.

25 Määrävälein tehtävällä kuormituskokeella varmistetaan akun kunto. Suoritus-'·' väliä voidaan pidentää vertaamalla kohonnutta impedanssia. Impedanssin ja • ; konduktanssin mittaus perinteisellä 4-johdinjärjestelmällä (erilliset virta- ja jännitejohdot) vaatii kosketussuojien poistamisen ja hyvän kosketuksen saa-'· ’ 30 minen samanaikaisesti sekä virta- että jännitemittapäähän on vaikeaa. Ha- 108967 2

J

pettuneesta lyijypinnasta voi myös saada virheellisiä lukemia, mikäli mitta-kärki ei riko oksidipintaa.

US-patenttijulkaisusta 5,214,385 tunnetaan akkujen kunnon-5 valvontajärjestelmä, jossa varaustilaa mitataan käyttämällä erillistä virtalähdettä, jolloin mittaus vaikuttaa akun napajännitteeseen ja kuormaan. Järjestelmällä ei suoriteta impedanssimittausta. Seuraavassa selostettavalla keksinnön mukaisella järjestelmällä erillistä virtalähdettä ei tarvita, jolloin mittaus ei vaikuta akun napajännitteeseen eikä kuormaan. Lisäksi keksinnön mukaisella jär-10 jestelmällä voidaan varaustilan lisäksi tai vaihtoehtoisesti suorittaa myös impe-danssimittaus.

Kun kennoa varataan, sähköenergia kuluu kemialliseen reaktioon, jossa lyijy-sulfaatti muuttuu lyijyoksidiksi ja lyijyksi. Kun kenno on täysin varautunut, 15 energia kuluu veden hajottamiseen. Elektrodeilla muodostuva kaasu nostaa kennojännitettä, joka pienentää puskuvarausvirtaa. Akun napajännite säädetään sellaiseen arvoon (lyijypaikallisakulla tyypillisesti 2.23 V), että huonoinkin I kenno varmasti pysyy täydessä varauksessa. Käytännössä se merkitsee jatku vaa ylivarausta, joka lyhentää kennojen käyttöikää.

| ; 20 ; i Keksinnön yhtenä tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, joka soveltuu akun kunnon seurantaan, erityisesti kennojen sisäisen korroosion mittauk-; ’· seen impedanssimittauksen perusteella ja/tai kennojen varaustilan mittauk- '* seen. Tämä tarkoitus saavutetaan oheisen patenttivaatimuksen 1 mukaisella 25 järjestelmällä. Keksinnön toisena tarkoituksena on saada aikaan järjestelmä, jonka avulla on mahdollista ylläpitää akun kennojen varaustilaa tavanomaista [ · ‘ hieman pienemmällä tasasuuntaajajännitteellä, jolloin estetään kennojen yli- ’· varaus ja pidennetään kennojen käyttöikää. Tämä tarkoitus saavutetaan

I · M I

oheisen patenttivaatimuksen 3 mukaisella järjestelmällä. Epäitsenäisissä pa- * ’ 30 tenttivaatimuksissa 2 ja 4 on esitetty keksinnön edullisia toteutustapoja.

3 108967

Seuraavassa keksinnön yhtä suoritusesimerkkiä selostetaan viittaamalla oheiseen piirustukseen, joka esittää keksinnön mukaisen järjestelmän lohkokaaviota.

5 Kennot 12-20 sisältävä akku on kytketty tasasuuntaajaan 1 puskuvarausti-laan. Kennot 12-15 ovat ohitettavissa virtageneraattorilla 6 ja kennot 16-20 ovat ohitettavissa virtageneraattorilla 8. Kun puskuvaraustilassa olevista kennoista osa ohitetaan, laskee ohitettujen kennojen kennojännite ja muilla kennoilla jännite nousee. Akun navoissa jännite ei muutu. Mittaamalla ohi-10 tuksen kytkemisen seurauksena tapahtuvat kennojännitteiden muutokset, saadaan kennojen impedanssi. Seuraamalla jännitemuutosta ohitusjakson aikana tapahtuvalla näytteenotolla edullisesti useampien ohitusjaksojen ajan, saadaan selville kennojen kaasujännite ja varaustila.

15 Suojavastukset 5 ja 9 on mitoitettu kestämään täyden akun oikosulku. Virran mittausvastus 7 ei ole välttämätön, mutta sitä käytettäessä voidaan tinkiä virtageneraattoreiden tarkkuudesta. Virtageneraattoreiden 6,8 asemesta voidaan käyttää myös releohjattuja kytkimiä. Akku voidaan jakaa '; myös useampaan kuin kahteen ohituslohkoon. Toisaalta keksintöä voidaan 20 käyttää hyväksi myös yhdellä ohituslohkolla.

: Keksinnön perusideana on siis yhden tai useamman kennon ohittaminen virtageneraattorilla 6, 8, jolloin kennojännitteen muuttumisesta saadaan • ‘ ’ selville varaustila. Kunkin ohitusjakson aikana otetaan useita näytteitä. Ohi- 25 tusjaksojen taajuus voi olla esimerkiksi 3 Hz.

j

Keksinnön mukainen jäijestelmä mahdollistaa kennon tai kennoblokin impe-‘ : danssin mittaamisen ja vajaan varaustilan selvittämisen sekä kenttäkäyttöi- ! senä että kaukomittauksella. Kiinteässä asennuksessa virtageneraattoreilla 6, ' ’ 30 8 voidaan suorittaa akun täydennysvaraus. Prosessori 10 suorittaa signaalin käsittelyn akun kennojen varaustilan päättelemiseksi mittaustuloksista ja oh- 4 108967 jaa virtageneraattorin tai kytkimen päälle niiden kennojen ohittamiseksi, joita ei varata. Näin akku voidaan pitää juuri oikeassa varauksessa. Jos esiintyy jatkuvaa varaustarvetta, antaa prosessori hälytyksen hälytyslähdön kautta. Kaukomittauskäytössä, kun on todettu vajaasti varautunut kenno, voidaan 5 virtageneraattorit 6, 8 jättää päälle tietyksi aikaa (esim. 10 min.) ja mitata varaustila uudelleen ja toistaa sykliä, kunnes ko. kenno on tullut täyteen.

Näin vältytään jatkuvalta ylivaraukselta.

Mittausarvot siirretään multiplekserin ja AD-muuntimen 11 kautta prosessoril-10 le 10. Järjestelmä voidaan liittää modeemilla 3 jatkuvaan valvontaan tai tiedot voidaan purkaa keräilylaitteeseen modeemiliittimestä. Järjestelmä tallettaa muistiin mittaustiedot ja lisävaraustiedot. Verkkokatkostilanteessa talletetaan ajankohta, kestoaika ja mittaustiedot (mm. jännitteet, virta ja lämpötila) automaattisesti muistiin.

15

Myös langoitus voidaan tehdä valmiiksi, jolloin virtageneraattorit 6, 8, multi-plekseri/AD 11 ja prosessori 10 ovat tietojenkeräilylaitteessa. Tällöin saadaan puskuvarausvirta, kennojännitteet ja impedanssitiedot sekä varaustilatiedot : ‘; keräilylaitteeseen. Yksinkertaisimmillaan voidaan käyttää erillistä virta- ! I > 20 generaattoriparia ja mittapäillä varustettua keräilylaitetta.

Tasasuuntaajan 1 jännite voidaan säätää alemmalle tasolle, koska järjestel- • * ‘ män virtageneraattoreilla 6, 8 voidaan kaikki kennot pitää täydessä varausti- lassa. Tämä mahdollistaa myös vanhojen tasasuuntaajien käytön suljettujen 25 akkujen kanssa, koska ylilatauksesta johtuvaa lämpöryntäysvaaraa ei ole.

Claims (5)

5 108967

1. Akkujen kunnonvalvontajärjestelmä, jossa mitataan kennojen impedanssi ja/tai varaustila ja puskuvaraustilassa olevan akun yksi tai useampi kenno 5 (12-15; 16-20) ohitetaan virtageneraattorin (6, 8) tai kytkimen ja vastuksen (7) kautta, tunnettu siitä, että järjestelmä mittaa ohituksen kytkemisen seurauksena tapahtuvaa kennojännitteen muutosta ottamalla useita näytteitä kennon kennojännitteestä kunkin ohitusjakson aikana.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että va- raustilan mittaamiseksi näytteenotto toistetaan usean peräkkäisen ohitusjakson aikana ja vastaavasti kennojännitteen muutosta seurataan useiden ohi-tusjaksojen aikana.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen akkujen kunnonvalvontajärjestelmä, jolla akkuja pidetään oikeassa varauksessa, tunnettu siitä, että mainitun mittaustuloksen osoittaessa yhden tai useamman kennon vajaata varaus-tilaa, puskuvaraustilassa olevan akun yksi tai useampi kenno (12-15; 16-20) ohitetaan virtageneraattorin (6, 8) tai kytkimen kautta, jolloin akun ohitta-! 20 mattomat kennot saavat täydennysvarauksen.

- ; . ; 4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen järjestelmä, tunnettu επί ’·· tä, että järjestelmään kuuluu ainakin kaksi virtageneraattoria (6, 8) tai aina- v ' kin kaksi kytkintä, jotka on kytketty akun päiden ja kennojen välillä olevan 25 jakopisteen välille, jolloin virtageneraattoreilla (6, 8) tai kytkimillä ohitetaan 1..' vuoron perään akun eri kennoja mainitun mittauksen ja/tai täydennysvarauk- sen suorittamiseksi. p f

5 I t » 6 108967