FI114048B - Menetelmä ja laitteisto akkujen kuvaamiseksi ohjelmallisilla mittareilla - Google Patents

Description

114048

Menetelmä ja laitteisto akkujen kuvaamiseksi ohjelmallisilla mittareilla -Metod och apparatur för att utnyttja programmässiga mätare för att karakte-risera ackumulatorer 5 Keksintö koskee yleisesti ladattavien akkujen rakenteen ja toiminnan matemaattista mallintamista. Erityisesti keksintö koskee kyseisten matemaattisten mallien käyttöä mallinnetun akun käyttäytymisen ennustamiseksi tietyssä odotettavissa olevassa tilanteessa.

Nykyaikaisissa kannettavissa elektronisissa laitteissa käytetään energialähteinä ta-10 vallisimmin ladattavia akkuja. Lisäksi ladattavia akkuja käytetään hyvin usein varmistavina energialähteinä sovelluksissa, joissa tarvitaan keskeytyksetöntä sähkön-syöttöä. Esillä olevan keksinnön perussovellusalueena ovat viimemainittuun tyyppiin kuuluvat ratkaisut, vaikka akkumallinnuksen ja mallinnukseen perustuvan ennustamisen yleisiä periaatteita voidaan käyttää muihinkin tarkoituksiin. Erityisesti 15 tässä patenttihakemuksessa tarkastellaan VRLA-tyyppistä venttiilisäädeltyä lyijy-happoakkua (Valve Regulated Lead Acid), mutta keksintöä voidaan yhtä hyvin soveltaa kaikenlaisiin ladattaviin akkuihin, joille voidaan esittää vastaavia matemaattisia malleja.

UPS-sovelluksille (Uninterrupted Power Supply; keskeytyksetön virransyöttö) on . · 20 tyypillistä, että verrattain harvoin esiintyy todellista tarvetta käyttää akkuihin varas- :, ,: toitua energiaa. Jos ja kun sellainen tilanne kuitenkin tulee eteen, olisi varmistetta- ; : va, että akkujen suorituskyky ja energiansyöttökyky on riittävän hyvä. Akkujen si- ; säiset sähkökemialliset prosessit aiheuttavat suorituskyvyn hidasta mutta väistämä- : | töntä vähenemistä, joka tulisi jollakin tavalla ottaa huomioon. Yksinkertainen mutta .·*. 25 alkeellinen ratkaisu on vaihtaa kaikki akut uusiin laaditun aikataulun mukaisesti, * · mutta koska aikataulun täytyy siinä tapauksessa sisältää reilu varmuusmarginaali, :· . on selvää, että vaihtoon menee myös akkuja, jotka olisivat yhä täysin käyttökelpoi- • » siä. Hienostuneempi ratkaisu on laatia matemaattinen malli akun rakenteelle ja käyt-; ·’ täytymiselle, suorittaa joitakin jännite-, virta- ja lämpötilamittauksia ja syöttää näi- 30 den perusmittausten tulokset matemaattiseen malliin, jolloin mallin avulla voidaan ennustaa akun käyttäytymistä purkaustilanteessa. Vasta kun tällainen matemaatti-.j . sesti laskettu ennuste osoittaa, että akun suorituskyky ei ehkä enää ole riittävä, an- ! ! netaan huoltohenkilöstölle hälytys akun vaihtotarpeesta. Matemaattisten mallien * ’ käyttöä akun sisällä tapahtuvien todellisten fysikaalisten prosessien kuvaamiseksi 35 nimitetään usein ohjelmallisilla mittareilla tapahtuvaksi kuvaamiseksi, koska mal- 2 114048 linnusohjelmat tuottavat samanlaisia "mittaustuloksia" kuin mitä saataisiin sijoittamalla mittalaitteita akun sisään.

Lyijyhappoakkujen matemaattista simulointia on käsitelty useissa tekniikan tason julkaisuissa, mm. J. Newman & W. Tiedemann: "Simulation of Recombination 5 Lead-Acid Batteries”, J. Electrochem. Soc. vol. 144, no. 9, s. 3081-3091, 1997; H. Gu, C.Y. Wang & B.Y. Liaw: “Numerical Modeling of Coupled Electrochemical and Transport Processes in Lead-Acid Cell”, J. Electrochem. Soc. vol. 144, no. 6, s. 2053-2061, 1997; ja J. Landfors, D. Simonsson & A. Sokirko: “Mathematical Modelling of a Lead-Acid Cell with Immobilized Electrolyte”, Journal of Power 10 Sources, no. 55, s. 217-230, 1995. Nämä julkaisut on sisällytetty tähän selostukseen viitteinä.

Kuvat la, Ib ja le esittävät kaavamaisesti eräitä energialähteinä käytettävän akun tai akuston käyttäytymisen simuloinnin tavanomaisia periaatteita. Kuvassa la on esitetty simuloitava tilanne: akku 101 on kytketty kuormaan 102 käyttöjännitteen V 15 ja sähkövirran I järjestämiseksi kuormalle. Tunnetaan joukko akun 101 rakennetta ja tilaa kuvaavia parametriarvoja 103. Kuvassa erikseen esitettynä parametriarvona on akun lämpötila T, jota mitataan jatkuvasti tai säännöllisesti mittausjärjestelyn 104 avulla. Simuloimalla pyritään saamaan vastaus kysymykseen: Aloitettaessa hetkestä, jolloin akku 101 kytketään kuormaan 102 normaalisti käytössä olevan 20 energialähteen korvaamiseksi, kuinka kauan aikaa kuluu siihen, että akku 101 on : ; purkautunut niin paljon, ettei se enää voi syöttää riittävästi sähköenergiaa kuormalle 102? * < · 3 114048 akun senhetkinen tila hankkimalla tiettyjen parametrien ajan tasalla olevat arvot. Vaiheessa 112 näitä varsinaisia parametriarvoja verrataan kokeellisten esimerkkitapausten lähtökohta-indikaattoreiksi tallennettuihin arvoihin ja valitaan ne tallennetut parametriarvot, jotka vastaavat varsinaisia arvoja mahdollisimman tarkasti. Vai-5 heessa 113 yksinkertaisesti luetaan taulukosta valittuja lähtökohtaparametriarvoja vastaava kokeellisesti saatu varakäyntiaika tai katkaisuaika.

Kuvassa le on esitetty eräs tunnettu enemmän simulointiin perustuva menetelmä. Vaiheessa 121 hankitaan taas akun senhetkistä tilaa kuvaavat tietyt parametriarvot. Simulointialgoritmi nollaa AIKA-muuttujan vaiheessa 122 ja laskee vaiheessa 123 10 jännitteen V arvon hankituilla parametriarvoilla. Vaiheessa 124 simulointialgoritmi tarkistaa, ylittääkö saatu jännitearvo edellä mainitun vähimmäistason. Jos matemaattisessa mallissa käsitellään akun kapasiteettia jännitteen asemesta, vaiheita 123 ja 124 mukautetaan siten, että jännitteen tilalla on akun kapasiteetti. Tyypillisesti tässä kohdassa vaiheeseen 124 saadaan myönteinen vastaus, koska simulaatiolas-15 kenta on vasta aivan alussa. Näin ollen algoritmi etenee vaiheeseen 125, jossa se kasvattaa AIKA-muuttujan arvoa tietyllä suhteellisen lyhyellä simulaatiovälillä dt, jolla simuloidaan ajan kulumista. Sen jälkeen simulaatioalgoritmi laskee vaiheessa 126, miten parametriarvot muuttuivat simulaatiovälillä dt. Seuraa paluu vaiheeseen 123, jolloin simulaatioalgoritmi seuraavaksi laskee uuden arvon jännitteelle V (tai 20 akun kapasiteetille) ottaen huomioon vaiheessa 126 lasketut uudet parametriarvot. Uutta laskettua jännitearvoa (tai akkukapasiteettia) verrataan taas vähimmäistasoon ' vaiheessa 124. Algoritmi suorittaa tätä vaiheista 125, 126, 123 ja 124 koostuvaa *·''.* silmukkaa tässä järjestyksessä niin kauan, kunnes laskettu jännitearvo tai akkukapa- : *,· siteettiarvo ei enää tuota myönteistä vastausta vaiheessa 124. Sen jälkeen algoritmi • · •V·: 25 poistuu silmukasta vaiheeseen 127 ja ilmoittaa AIKA-muuttujan lopullisen arvon *:**: aikana, joka akun purkautumiseen kului.

* * '' ‘ Tekniikan tason mukaisten simulaatiomenetelmien ja -laitteiden haittana on pääasi- .. . assa niiden rajoittunut tarkkuus ennustettaessa akun todellista käyttäytymistä. Ku- * · ‘ van le mukainen simulaatiomenetelmä on juuri niin hyvä kuin mitä ovat akun tilaa 30 kuvaavien parametrien aikariippuvasta käyttäytymisestä tehdyt oletukset. Pienikin ·*· epätarkkuus parametrin ennustetussa käyttäytymisessä voi johtaa huomattaviin ;'1 *. poikkeamiin oikeasta lopputuloksesta, sillä simulaatiovaiheita tarvitaan tyypillisesti , · , verrattain suuri määrä ennen kuin jännite- tai kapasiteettiarvo laskee vähimmäisra-

• * I

jän alapuolelle, millä puolestaan on taipumus vahvistaa tällaisten epätarkkuuksien 35 vaikutusta.

4 114048

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on toteuttaa menetelmä ja laite, joilla voidaan ennustaa tietyn akun varakäynti- tai katkaisuaika. Keksinnön tavoitteena on lisäksi, että kyseisiä menetelmää ja laitetta voidaan soveltaa moniin erilaisiin akku- ja kuormitustyyppeihin. Lisäksi keksinnön tavoitteena on, että varakäynti- tai katkai-5 suajan ennuste on tarkka riippumatta siitä, kuinka kauan akku on ollut käytössä.

Keksinnön tavoitteet saavutetaan muodostamalla kuorman ottaman virran tunnetun (mahdollisesti aikariippuvan) käyttäytymisen perusteella matemaattisen mallin stabiloiva takaisinkytkentätieto niin, että laskettu virta eroaa mahdollisimman vähän tunnetusta virrasta läpi koko simuloinnin.

10 Keksinnön mukaiselle menetelmälle tunnusomaiset ominaisuudet on esitetty menetelmään kohdistuvassa itsenäisessä patenttivaatimuksessa.

Keksintö koskee myös laitetta, jonka tunnusomaiset ominaisuudet on esitetty laitteeseen kohdistuvassa itsenäisessä patenttivaatimuksessa.

Epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa on esitetty keksinnön eri suoritusmuotoja.

15 Keksintöä soveltava menettely matemaattisen mallin käyttämiseksi akun käyttäytymisen kuvaamiseksi käsittää kaksi erillistä vaihetta: mallin kalibroinnin ja ennuste-laskennan. Näistä mallin kalibrointi tarkoittaa moniulotteisen optimoinnin suorittamista sellaisten parametriarvojen löytämiseksi, joilla parametrisoitu matemaattinen : T: malli vastaa mahdollisimman tarkasti tietyn yksittäisen akun, jonka käyttäytymistä : 20 on tarkoitus analysoida, sisäisiä ominaisuuksia. Ennustelaskenta tarkoittaa sellaisen todellisen varakäyntitilanteen matemaattista simulointia, jossa akku, jolle on suori-: tettu mallin kalibrointi, kytkettäisiin kuormaan akulta saatavan sähköenergian syöt- ,,\ t | tämiseksi kuormalle.

Mallin kalibroinnin suorittamiseksi on tehtävä tiettyjä mittauksia koskien akun to-25 dellista vallitsevaa fysikaalista tilaa. Nämä mittaukset suoritetaan edullisimmin si-:’· ten, että akulle suoritetaan tietty tarkasti määritelty purkaus- ja lataussykli, jonka ai- kana mitataan toistuvasti eräitä mitattavia suureita kuten lähtövirta ja lähtöjännite.

• · · Näiden suureiden mitatut arvot tallennetaan, jolloin tiettyyn purkaus- ja lataussyk- *;;; liin liittyvien tallennettujen arvojen sarjan voidaan sanoa muodostavan ominais- • · ’·;·* 30 käyrän.

» I I

’ ! Akun matemaattiseen malliin kuuluu useita parametrejä. Jos malli kuvaisi vain tiet-

* » I

* ‘ tyä akkutyyppiä yleisesti, näille parametreille voitaisiin käyttää tiettyjä oletusarvoja.

Esillä olevan keksinnön tapauksessa mallin kalibroinnin tarkoitus on löytää kullekin 5 114048 yksilölliselle akulle sellaiset akkukohtaiset parametriarvot, joilla malli kuvaa juuri kyseessä olevan akun ominaisuuksia ja käyttäytymistä mahdollisimman realistisesti. Tätä tarkoitusta varten käytetään edellä mainitun purkaus- ja lataussyklin avulla saatua ominaiskäyrää.

5 Matemaattisesta mallista johdetaan joukko ominaiskäyrän valittuihin pisteisiin liittyviä yhtälöitä siten, että parametriarvot esiintyvät tuntemattomina muuttujina yhtälöissä, ja suureiden mitattuja arvoja pidetään tarkkoina. Moniulotteinen optimointi, jolle sinänsä tunnetaan useita menetelmiä, suoritetaan mainituille yhtälöille yhdessä. Parametriarvoille voidaan käyttää lähtökohtina oletusarvoja, tai vaihtoehtoisesti, 10 mikäli aiemmin on suoritettu mallin kalibrointi, voidaan käyttää aiemmassa mallin kalibroinnissa saatuja parametriarvoja. Optimoinnin tuloksena kukin parametri saa arvon, joka yhdessä muiden saatujen parametriarvojen kanssa mukauttaa matemaattista mallia optimaalisella tavalla kuvaamaan akun vallitsevaa tilaa mittaustuloksia vastaavalla hetkellä. Moniulotteisen optimointialgoritmin antamat parametriarvot 15 tallennetaan.

Mallin kalibroinnin jälkeen keksinnön mukainen ennustelaskenta voi tapahtua täysin riippumatta akun todellisesta latauksesta tai purkauksesta. Ennustelaskennan ensimmäisenä vaiheena lasketaan lähtöjännite ja lähtövirta, jotka akulta saataisiin kuormalle varakäyntitilanteen alussa. Sen jälkeen laskenta etenee peräkkäisinä si-20 mulaatiovaiheina. Jos määritellään, että akun lähtöjännite ja lähtövirta laskettiin en-·*.·’: sin ajanhetkellä tO, seuraava simulaatiovaihe vastaa akun lähtövirran laskemista : ; hetkellä tO+At, jossa At on nk. simulaatioväli. Akun parametrisoitu matemaattinen • malli ottaa huomioon akun ominaisuuksien ajan myötä tapahtuvan muuttumisen .·. | purkauksen aikana, jolloin hetkeä tO+At vastaava simulaatiovaihe tuottaa todennä- ,,, * 25 köisesti hieman erilaisen lähtöjännitteen ja lähtövirran kuin hetkeä tO vastaava.

• · Lähtöjännitteen ja lähtövirran laskemiseen saakka simulaatio etenee kuten tunnetuissa tekniikan tason mukaisissa menetelmissä. Keksinnön mukaisesti kuitenkin j * : kutakin tietyt lähtöarvot tuottanutta simulaatiovaihetta täydentää lasketun arvon, : “: tyypillisesti lasketun lähtövirran, vertaaminen tunnettuun arvoon. Lähtövirta on 30 valmiiksi käytettävissä vertailua varten, koska kuorman akusta ottama virta tyypilli- ;;; sesti tunnetaan tai voidaan ennustaa erittäin tarkasti. Vertailusta saadaan eräänlainen • · palaute, joka kuvaa miten hyvin simulaatiovaihe onnistui ennustamaan todellisen :/ .: virran. Oletetaan, että simuloidun lähtövirran ja tunnetun virta-arvon välillä havait- tiin ero Ai. Palaute otetaan huomioon niin, että ennen laskennan jatkamista seuraa-35 vaan simulaatio vaiheeseen matemaattista mallia korjataan kertoimella, jonka suuruus on verrannollinen eron Ai suuruuteen.

6 114048

Se, että simulaatiovaihe tuotti ennusteena virta-arvon, joka erosi Δΐ:η verran tunnetusta todellisesta virrasta, tarkoittaa ettei matemaattinen malli ollut täysin tarkka. Eron Ai ottaminen huomioon merkitsee matemaattisen mallin epätarkkuuden poistumista suurelta osin, jolloin estetään ainakin toisiaan seuraavien simulaatiovaihei-5 den virheiden kumuloituminen. Sama pätee riippumatta siitä, käytetäänkö palautteen eli takaisinkytkennän järjestämiseksi lähtövirtaa vai jotain muuta laskettua arvoa. Näin keksinnön mukainen menetelmä ja laite ovat ylivoimaisesti tarkempia tämän patenttihakemuksen etuoikeuspäiväyksen hetkellä tunnettuihin tekniikan tason mukaisiin menetelmiin verrattuna.

10 Samaa keksinnöllistä periaatetta voidaan soveltaa kaikenlaisiin akkuihin ja kuormiin, kunhan akun käyttäytymiselle on olemassa matemaattinen malli ja kuorman ottama virta varakäyntitilanteessa tunnetaan tai tunnetaan jokin muu tekijä tai se voidaan ennustaa tarkasti. Mallin kalibrointi voidaan suorittaa (ja tyypillisesti myös suoritetaan) aika ajoin akun käyttöiän aikana, jolloin matemaattinen malli on aina 15 mukautettu akun viimeksi tunnettuun sisäiseen tilaan.

Keksinnölle tunnusomaisina pidetyt uudet ominaisuudet on esitetty yksityiskohtaisesti oheisissa patenttivaatimuksissa. Keksintöä itseään, sen rakennetta ja toimintaperiaatetta samoin kuin sen muita tavoitteita ja etuja on kuitenkin selostettu seuraa-vassa eräiden suoritusmuotojen ja oheisten piirustusten avulla.

. ·; ·. 20 Kuvat la-le esittävät eräitä tunnettuja akkuvarmistusjärjestelyn simuloinnin periaat- . teitä, ! ’,· kuvat 2a-2c esittävät kaavamaisesti akkusimuloinnin takaisinkytkennän periaatetta, t · • * · • · · • I t t .,,,: kuva 3 esittää yleisellä tasolla tilakaaviota keksinnön erään suoritusmuodon mukai- (· ·. _ sesta menetelmästä, 25 kuva 4 esittää mallin kalibrointia, . · · ·. kuvat 5a ja 5b esittävät ennustelaskennan vaihtoehtoisia menetelmiä, ja • :· kuva 6 esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista laitetta.

• · * I t f Tässä patenttihakemuksessa esimerkkinä esitettyjen keksinnön suoritusmuotojen ei pidä tulkita asettavan rajoituksia oheisten patenttivaatimusten sovellettavuudelle. 30 Verbiä "käsittää" on käytetty tässä patenttihakemuksessa avoimena määreenä, joka ei sulje pois tässä mainitsemattomien ominaisuuksien olemassaoloa. Epäitsenäisissä 7 114048 patenttivaatimuksissa mainittuja ominaisuuksia voidaan keskenään vapaasti yhdistellä ellei nimenomaisesti toisin ole mainittu.

Kuvassa 2a on ennustavan laskennan periaatetta kuvaava yksinkertainen graafinen esitys, jossa tunnetulla tavalla matemaattisesti simuloidaan akkua varakäyntitilan-5 teessä. Vasemmalla näkyvä symboli η tarkoittaa ylipotentiaalia; parametriä, jota yleisesti käytetään kuvaamaan akun purkamisen aikaista tilaa (tämän parametrin pidempi nimi on pintaylipotentiaali, ja se määritellään: η = φδ - φ1 - U, jossa φδ on kiinteän matriisin potentiaali, φ1 on elektrolyytin potentiaali ja U on termodynaaminen tasapainopotentiaali). Lohko 201 edustaa matemaattista operaatiota, jossa ylipo-10 tentiaali η operoidaan tietyllä epälineaarisella operaattorilla L. Tuloksena saadaan tietty jännitearvo V ja tietty virta-arvo I. Nämä ovat ne jännite-ja virta-arvot, jotka matemaattinen malli ennustaa akun kykenevän antamaan lähtönavoistaan, kun akulla on tietty ylipotentiaali η. Riippuvuus ajasta ja akun ominaisuuksista kuuluvat luontaisesti malliin, koska ylipotentiaali η on akun ominaisuuksien funktio ja koko 15 laskenta koskee vain tiettyä ajanhetkeä. Simulaation edetessä peräkkäisten simulaa-tiovaiheiden läpi ylipotentiaalin arvo muuttuu, mikä saa myös jännitteen V ja virran I muuttumaan vastaavasti.

Simulaation tarkkuuden parantaminen olisi yksinkertaista, jos operaattori L olisi helposti käännettävissä. Kuorman varakäyntitilanteessa ottama todellinen aikariip-20 puvainen virta nimittäin tunnetaan yleensä tai ainakin se voidaan ennustaa erittäin v : tarkasti. Merkitään tätä todellista virtaa I*. Jos tunnetaan käänteisoperaattori L'1, jo- : hon tarvitsee vain syöttää virta-arvo, voidaan laskea todellinen ylipotentiaali η* •' · ’; millä tahansa aj anhetkellä kaavasta • · η* = υ1(Ι*) (1) M < I t • · 25 Sen jälkeen on helppo saada selville todellinen jännitearvo V* vastaavalla ajanhet-kellä soveltamalla alkuperäistä operaattoria L kaavan (1) antamaan todelliseen yli-potentiaaliin η*.

• · • φ » · * Tällaisen ideaalimenetelmän ongelmana on, että operaattori L on yleensä erittäin • ·· monimutkainen, jonka vuoksi ei ole mahdollista saada käänteisoperaattoria L'1, jolla • * » *

.*··. 30 olisi vaadittavat ominaisuudet. Operaattorin L monimutkaisuus johtuu siitä, että L

on erittäin riippuvainen akun termodynaamisesta tilasta. Kuva 2b esittää kaavamai- • · · *· sesti tätä riippuvuutta. Oletetaan että akun termodynaamista tilaa voidaan kuvata *· i kahden (vektori)muuttujan y ja z avulla. Operaattorin L muoto on tyypillisesti sel lainen, että se koostuu kahdesta ketjutetusta operaatiosta Li ja L2, joista Li operoi 8 114048 ylipotentiaalilla η ja muuttujalla y ja antaa tulokseksi arvon muuttujalle z. Lohko 211 esittää operaatiota Li kuvassa 2b. L2 operoi muuttujalla z ja antaa tulokseksi arvot jännitteelle V, virralle I sekä muuttujalle y. Viimeksi mainittu viedään takaisin operaatioon Li siellä käytettäväksi. Lohko 212 esittää operaatiota L2 kuvassa 2b.

5 Kuvassa 2c on esitetty esillä olevassa keksinnössä ehdotettu takaisinkytkentämene-telmä. Sen idea liittyy käsitteellisesti edellä selostettuun käytännössä mahdottomaan invertointiperiaatteeseen ottaen huomioon, että siinä todellakin pitäisi käyttää tietoa aikariippuvasta todellisesta virrasta I*. Sen sijaan, että keksinnössä yritettäisiin invertoida operaattori L, jota kaavamaisesti esittää lohko 221, siinä hyväksytään se, 10 että operaattorin tuottama virta-arvo I on jonkin verran epätarkka, ja ehdotetaan että tutkitaan kuinka epätarkka se täsmälleen ottaen on. Toisin sanoen laskettu virta-arvo I ja vastaava todellinen virta-arvo I* viedään takaisinkytkentäoperaattorilohkoon 222, jossa lasketaan korjaustermi seuraavan yleisen operaattoritason lausekkeen mukaan: 15 I, I* — -K(I-I*) (2)

Korjaustermiä käytetään ylipotentiaalin η arvon korjaamiseen. Yksinkertaisimmassa muodossaan korjaustermi on vain erotus I-I* kerrottuna vakiolla, jolle sopivin arvo voidaan löytää kokeilemalla. Korjaustermin tarkka muoto ei ole tärkeää esillä olevan keksinnön kannalta. Paljon tärkeämpää on koko takaisinkytkennän tarkoitus.

. ·. 20 Mikäli lohkossa 221 toteutettu matemaattinen malli antoi liian suuren virta-arvon I, • · , ,*t se merkitsee, että mainitun virta-arvon laskemisessa käytetty ylipotentiaali oli liian ! suuri. Vastaavasti jos matemaattisesti saatu virta-arvo I oli liian pieni, sen laskemi- ', 1 [ sessa käytetty ylipotentiaali oli myös liian pieni. Ylipotentiaalin arvon korjaaminen * · ' · ': tuottaa tulokseksi tarkemmin ennustetun virta-arvon.

f 1 ! i · • 25 Takaisinkytkentätietoa voidaan käyttää kahdella vaihtoehtoisella tavalla liittyen simulaation etenemiseen vaiheesta toiseen. Ensimmäisessä vaihtoehdossa lohkojen : v, 221 ja 222 mukainen laskenta suoritetaan vain kerran simulaatiovaihetta kohti niin, *···, että lohkon 222 laskennasta saatua korjaustermiä käytetään vain sen ylipotentiaa- '!' liarvon korjaamiseen, jota käytetään seuraavassa simulaatiovaiheessa. Tämä vaihto- 30 ehto on yksinkertaisempi tarvittavan laskentatehon suhteen, joten se on parempi va-‘,,.: linta, jos simulaatiotulokset pitää saada hyvin nopeasti ja/tai rajoittuneilla resursseil- : la. Toinen vaihtoehto on sallia useampia iteraatioita kussakin simulaatiovaiheessa: j lasketun virran I ja todellisen virran I* erotusta verrataan pieneen kynnysarvoon, ja jos se ylittää kynnysarvon, lasketaan lohkossa 222 korjaustermi, korjataan ylipoten-35 tiaaliarvo η ja toistetaan jännite- ja virta-arvojen V ja I laskenta lohkossa 221. Sil- 9 114048 mukkaa, jossa suoritetaan laskenta lohkossa 221, verrataan saadun virta-arvon ja todellisen virta-arvon erotusta kynnysarvoon ja korjataan ylipotentiaaliarvoa lohkossa 222, toistetaan etenemättä seuraavaan simulaatiovaiheeseen kunnes saadun virta-arvon ja todellisen virta-arvon erotus on pienempi kuin kynnysarvo, jolloin ylipo-5 tentiaaliarvo on oleellisesti konvergoitunut arvoon, joka luotettavimmin kuvaa akun senhetkistä todellista tilaa.

Keksintöön kuuluu mallin kalibrointi sekä ennustelaskenta. Tyypillisesti keksinnön mukainen menetelmä toteutetaan käskyinä, jotka ohjaavat tietyn ohjelmoitavan laitteen suorittamaan tarvittavat toimenpiteet. Kuva 3 esittää keksinnön mukaista me-10 netelmää erittäin abstraktilla tasolla. Tyypillisesti suurin osa ajasta kuluu lepotilassa 301. Tietyn ennalta määrätyn ehdon täyttyminen hipaisee mallin kalibroinnin, joka kuvassa 3 vastaa siirtymistä mallin kalibrointitilaan 302. Kun mallin kalibrointi on tehty, palataan lepotilaan 301. Tietyn toisen ennalta määrätyn ehdon täyttyminen hipaisee ennustelaskennan, joka kuvassa 3 vastaa siirtymistä ennustelaskentatilaan 15 303. Kun simulaatiolaskenta on valmis, saadaan tuloksena simuloitu varakäyntiaika ja palataan jälleen lepotilaan 301.

Seuraavassa tarkastellaan yksityiskohtaisemmin mallin kalibrointitilaa 302. Mallin kalibroinnin tarkoituksena on hankkia riittävästi tietoa akun tai akuston todellisesta, mitattavissa olevasta fysikaalisesta käyttäytymisestä matemaattisen mallin 20 mukauttamiseksi niin, että se vastaa mahdollisimman tarkoin mainitun akun tai : V: akuston senhetkistä fyysistä tilaa. Paras käytettävissä oleva hetki sellaisen tiedon ; hankkimiseen on silloin, kun akkua syklisesti puretaan ja ladataan kontrolloiduissa > - * : , , olosuhteissa. Esillä olevan keksinnön kannalta varsinainen mallin kalibrointi kuuluu j· sinänsä tekniikan tasoon, sillä se ei liity juurikaan takaisinkytkennän käyttämiseen • < * [ 25 varakäyntiaikaennusteiden tarkkuuden parantamiseksi.

I · i

Kuvan 4 vaiheessa 401 aloitetaan mallin kalibrointi sen jälkeen kun tietty siirtymän lepotilasta mallin kalibrointitilaan hipaiseva ehto on toteutunut. Mainittu ehto voi • * * ’: olla esimerkiksi tietyn laskurin umpeutuminen, jos oletetaan että osana jotakin nor- • * maalia säännöllisesti suoritettavaa ylläpitorutiinia akkuja kontrolloidusti puretaan, » * » *, 30 minkä jälkeen ne ladataan täyteen valmiustilaan. Mallin kalibrointi voi luonnollises- • t · •;;; ti hipaistua myös vasteena johonkin nimenomaiseen paikallisesti tai etäyhteyden ' ·. ·' kautta annettuun käyttäjän tai ylläpitohenkilön komentoon. Vaiheessa 402 akkua tai : ‘ , i akustoa puretaan kontrolloidusti ja samaan aikaan mitataan purkauksessa käytettyä ;: jännitettä V ja virtaa I, akun tai akuston lämpötilaa T sekä aikaa. Purkuvaihetta seu-

• I

35 raa latausvaihe 403, jonka aikana jälleen mitataan akun tai akuston jännitettä, la-tausvirtaa, akun tai akuston lämpötilaa sekä aikaa.

10 114048

Purkauksen ja latauksen aikana suoritettujen jännite-, virta-, lämpötila-ja aikamittausten tulokset muodostavat suuren joukon pisteitä neliulotteisessa suureavaruudes-sa. Moniulotteisen optimoinnin suorittamiseksi näistä pisteistä valitaan osajoukko referenssipisteiksi vaiheessa 404. Yleisesti voidaan sanoa, että mittaustuloksia käy-5 tetään referenssitietona, jota vastaan akun tai akuston matemaattista mallia verrataan moniulotteisen optimoinnin aikana. Tämä merkitsee sitä, että matemaattisessa mallissa esiintyviä parametriarvoja korjataan systemaattisesti siten, että malli ja vastaava kokeellisesti hankittu data (referenssitieto) vastaavat parhaalla mahdollisella tavalla toisiaan. Moniulotteinen optimointi on sinänsä tunnettu matemaattinen käsi-10 te, jota ei selosteta tässä yhteydessä. Moniulotteiseen optimointiin on olemassa useita tunnettuja menetelmiä, esimerkiksi simplex-menetelmä.

Keksintöön johtaneen tutkimus- ja kehitystyön aikana tehtiin testijärjestely, jossa kytkettiin sarjaan neljä VRLA-akkua. Mallin kalibrointi voidaan tehdä kullekin tällaiselle sarjaankytketylle akulle erikseen (so. siten, että kullekin akulle saadaan eril-15 linen kalibroitu malli), vaikka niitä kaikkia purettaisiin yhdessä yhteiseen kuormaan ja kaikkia ladattaisiin yhdessä yhteisellä energialähteellä, kunhan vain kunkin akun jännitettä voidaan seurata erikseen. Seuraavassa on eräs esimerkinomainen luettelo sarjaankytketylle akustolle yhteisistä parametreistä, joille yleensä saadaan arvot mallin kalibroinnissa: 20 Qmax - teoreettinen kapasiteetti, C/cm ( «

*' Uref - termodynaaminen tasapainopotentiaali, V

4 « 4 · ; · _ ’ t Amax - huokoisen elektrodin aktiivinen pinta-ala tilavuusyksikköä kohti, cm2/cm3 * * ; ’ t j i0 - itseisvirrantiheys standardilämpötilassa 25°C, A/cm aa - anodinen näennäissiirtokerroin, ei yksikköä 1. .' 25 otAh - latauksen hyötysuhde, ei yksikköä , σ - bulkkielektrodimateriaalinjohtavuus, S/cm * < · I · , · · ·. cref - happokonsentraation (alku)referenssiarvo, mol/cm3 * · ; ( Dref - diffuusiovakion referenssiarvo standardilämpötilassa 25°C, cm /s ; ‘"; V0 - hapon osittaismoolitilavuus elektrolyytissä, cm3/mol . . : 30 Ve - veden osittaismoolitilavuus elektrolyytissä, cm3/mol

• I

: ’',: Kref - hapon johtavuuden referenssiarvo standardilämpötilalle 25°C, S/cm t°+ - kuljetusluku, H+ -ionien kuljettama osuus kokonaisvirrasta, ei yksikköä 114048 π βι - pinta-alalle käytetty mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä β2 - reaktionopeudelle käytetty mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä 5 β3 - huokoisen elektrodin johtavuudelle käytetty mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä β4 - huokoisten elektrodien ja erottimen johtavuudelle käytetty mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä

Eräs esimerkinomainen luettelo parametreistä, jotka ovat ominaisia kullekin sar-10 jaankytketyistä akuista ja joille saadaan erikseen arvo mallin kalibroinnissa, on esitetty seuraavassa: elektrodien ja erottimen paksuus, mm varaustilaan liittyvä mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent) purkureaktios-sa, ei yksikköä 15 elektrodien tiheys (p), g/cm3 elektrodin morfologiavakio (γ), ei yksikköä ^ Kuvan 4 vaihe 405 vastaa varsinaisen optimoinnin suorittamista, so. sopivimpien t I * ‘ . parametriarvojen hakemista. Lopulliset arvot, joihin optimointialgoritmi päätyi, tal- ';:’ lennetään vaiheessa 406 ja mallin kalibrointiprosessi päättyy vaiheessa 407.

* · • 1 20 Kuva 5a esittää kaavamaisesti keksinnön erään suoritusmuodon mukaista ennuste-•;laskentamenetelmää, jossa virtojen erotuksen muodostama takaisinkytkentä otetaan .···. huomioon vain välittömästi seuraavassa simulaatiovaiheessa. Kuvan 5a vaihe 501 I · vastaa ennustelaskennan aloittamista sen jälkeen kun tietty siirtymän lepotilasta en- .. . nustelaskentatilaan hipaiseva ehto on täyttynyt. Kuten mallin kalibroinnin liipaisun 25 tapauksessa, mainittu ehto voi olla esimerkiksi tietyn laskurin umpeutuminen, jos ’·;·* oletetaan, että ennustelaskenta kuuluu osana johonkin normaaliin, säännöllisesti _ ;: * käynnistettävään ylläpitorutiiniin. Ennustelaskenta voi luonnollisesti hipaistua myös vasteena johonkin nimenomaiseen paikallisesti tai etäyhteyden kautta annettuun / . käyttäjän tai ylläpitohenkilön komentoon.

» * # : 30 Vaiheessa 502 algoritmi nollaa aikalaskurin ja vaiheessa 503 se hakee viimeksi suo ritetun mallinkalibrointikierroksen tuottamat parametriarvot. Vaiheessa 504 algo- 12 114048 ritmi laskee haettuihin parametreihin perustuvan ylipotentiaaliarvon. Vaiheessa 505 se laskee ennustetun lähtöjännitteen ja -virran. Vaiheessa 506 se tarkistaa, onko laskettu jännite suurempi kuin varakäyntiin tarvittava vähimmäisarvo. Vasteena vaiheessa 506 saatuun myönteiseen vastaukseen algoritmi käyttää sekä ennustettua läh-5 tövirtaa että tunnettua kuorman ottamaa todellista virtaa laskeakseen takaisinkytkennän korjaustekijän. Vaiheessa 508 se lisää aikamuuttujaan yhden simulaatiovä-lin, minkä jälkeen se palaa vaiheeseen 504, jossa lasketaan nyt uusi ylipotentiaaliar-vo ottaen huomioon sekä parametriarvojen ajallinen kehitys että vaiheessa 507 laskettu takaisinkytkennän korjaustekijä. Algoritmi kiertää vaiheiden 504, 505, 506, 10 507 ja 508 muodostamassa silmukassa, kunnes tietyn kierrosmäärän jälkeen vai heessa 506 saadaan negatiivinen vastaus, jonka mukaan jännite on pudonnut vaadittavan vähimmäisarvon alapuolelle. Siinä vaiheessa algoritmi poistuu vaiheesta 506 vaiheeseen 509, jossa se ilmoittaa aikamuuttujan arvon ennustettuna katkaisuaikana.

Mikäli taas tarkastellaan katkaisuajan asemesta varakäyntiaikaa, algoritmin on tuo-15 tettava vaiheessa 505 kapasiteettiarvoennuste ja verrattava sitä vaiheessa 506 kapasiteetin raja-arvoon, jolloin vaiheesta 506 poistutaan vaiheeseen 509, jos laskettu kapasiteettiarvo putoaa kapasiteetin raja-arvon alapuolelle.

Kuva 5b esittää kaavamaisesti keksinnön mukaisen ennustelaskennan erästä vaihtoehtoista suoritusmuotoa. Vaiheet 551-553 ja 555 vastaavat kuvan 5a vaiheita 501-20 503 ja 505. Vaihetta 555 seuraa kuitenkin vaihe 556, jossa lasketaan ennustetun läh- : : : tövirran ja todellisen kuormitusvirran erotus. Tätä erotusta verrataan taas raja- : arvoon vaiheessa 557. Jos erotus on suurempi kuin mainittu raja-arvo, algoritmi las- ·' · ‘: kee ylipotentiaalille korjaustekijän vaiheessa 558 muuttamatta aikamuuttujan arvoa.

• » : Toisin sanoen algoritmi yrittää löytää oikean ylipotentiaalin nykyiselle simulaatio- 25 vaiheelle, kun taas kuvan 5 a suoritusmuodossa tietyn simulaatiovaiheen aikana las- * t ... kettu takaisinkytkennän korjaus otettiin huomioon vasta seuraavassa simulaatiovai- • · heessa. Kuvan 5b algoritmi kiertää vaiheiden 554, 555, 556, 557 ja 558 muodostamassa silmukassa, kunnes löytyy sellainen ylipotentiaaliarvo, joka painaa virtojen • · · ' ·* erotuksen raja-arvon alapuolelle. Vasta sitten algoritmi vertaa ennustettua jännitettä 30 vähimmäisjännitetasoon vaiheessa 559. Jos ennustettu jännite on yhä riittävä, algo- • . ritmi lisää yhden simulaatiovälin aikamuuttujaan vaiheessa 560 ja palaa vaiheeseen

• « f I

.··. 554, jossa takaisinkytkennän korjausta ei tarvitse enää ottaa huomioon, koska ta- • \ kaisinkytkentää käytettiin jo vaiheiden 554, 555, 556, 557 ja 558 muodostamassa ‘ : silmukassa konvergoimaan ylipotentiaali sopivimpaan arvoon.

• · 35 Negatiivinen vastaus vaiheessa 559 aiheuttaa poistumisen viimeiseen vaiheeseen 561, jossa ilmoitetaan ennustettu katkaisuaika. Jälleen pätee se, mitä edellä on esi- 13 114048 tetty katkaisuajan korvaamisesta varakäyntiajalla, ts. algoritmi voi tuottaa vaiheessa 555 ennustetun kapasiteettiarvon ja verrata sitä kapasiteetin raja-arvoon vaiheessa 559, jolloin vaiheesta 559 poistutaan vaiheeseen 561, jos laskettu kapasiteettiarvo putoaa kapasiteetin raja-arvon alapuolelle.

5 Vaiheessa 555 ei tarvitse tuottaa laskettua arvoa lähtöjännitteelle, sillä jännitearvoa tarvitaan vasta vaiheen 559 vertailussa. On mahdollista laskea pelkästään virta-arvot pysyen vaiheiden 554, 555, 556, 557 ja 558 muodostamassa silmukassa, korjata yli-potentiaalia huomioon otetun takaisinkytkentätiedon avulla ja laskea jännitearvo vasta vaiheen 559 vertailua varten sen jälkeen, kun sopivin ylipotentiaalin arvo on 10 löytynyt.

Kuvien 5a ja 5b ennustelaskentaesimerkeissä on tarkasteltu takaisinkytkennän korjausten perustana käytettävänä suureena vain ennustettua lähtövirtaa. Sama periaate voidaan yleistää niin, että jos akun aikariippuvaa käyttäytymistä kuvaamaan käytetty matemaattinen malli tuottaa jonkin tietyn ennustearvon, jolle on olemassa todelli-15 suudessa vastine, joka joko tunnetaan tai voidaan ennustaa tarkasti, niin ennustetun arvon ja todellisen arvon välisen eron perusteella voidaan muodostaa korjaava takaisinkytkentä niille parametriarvoille, joita käytetään takaisinkytkentälaskennan perustana. Jos kuvissa 5a ja 5b virta korvattaisiin jollakin muulla suureella, se vaikuttaisi itsestään selvästi vaiheisiin 504, 505, 507, 554, 556, 557 ja 558.

20 Edellä selostetussa laskennassa käytettävän matemaattisen mallin varsinaisella sisäl- ‘ . löllä ei ole suurta merkitystä takaisinkytkennän idean kannalta, kunhan vain takai- • * · sinkytkentä voidaan sujuvasti sisällyttää tarvittavan laskennan suoritukseen. Voi- * * * • ·’ daan kuitenkin tarkastella erästä esimerkinomaista mallia lähemmin. Suhteellisen :.' ·: abstraktilla tasolla akkumallia voidaan kuvata systeeminä * · * · · . · · *. 25 dz = [A5z - b(z)]dt, 2t = z0 (3) jossa z on akun sähkökemiallista tilaa kuvaava vektorimuuttuja z = [i[, φ1, φδ, ε, c, : SOC] . Vektorin komponentit ovat ii = sähkövirrantiheys elektrolyytissä (A/cm ), φ1 = elektrolyytin potentiaali, φδ = kiinteän matriksin potentiaali, ε = huokoisuus, so. |:. hapolla täytetty osa tilavuudesta (ei yksikköä), c = happokonsentraatio (mol/cm3) ja 30 SOC = varaustila (ei yksikköä). Akun kaikki prosessit ovat tilariippuvia; tätä tila-riippuvuutta voidaan esittää siten, että prosesseja analysoidaan erikseen joukossa ·*.'·: kerroksia, jotka yhdessä muodostavat kahdesta elektrodista ja erottimesta koostuvan kerrosrakenteen. Kaavassa (3) A5 tarkoittaa pentadiagonaalista matriisia ja b(z) on z:n jokin lineaarinen, bilineaarinen, hyperbolinen tai eksponentiaalinen funktio riip 14 114048 puen koordinaatista. Kaavan (3) kuvaama malli on dynaaminen huokoisuuden, hap-pokonsentraation ja varaustilan suhteen. Muiden komponenttien, so. virran ja potentiaalin suhteen se on staattinen (dx = 0; x = [ij, φ1, φ8]τ).

Kaavan (3) kuvaama systeemi voidaan ratkaista aikaiteratiivisella laskentamenette-5 lyllä, jossa aika t saa diskreetit arvot t = 0, At, 2At,... ja

Zt+1 = Z, + [A5Zt - b(zt)]At, zt = zq (4) Tämä on kaksinopeuksinen systeemi. Tässä virtaa ja potentiaalia tarkastellaan dynaamisina prosesseina käyttäen pieniparametristä tekniikkaa tuottamaan systeemiin hidas komponentti.

10 Huokoisen elektrodin paksuus on noin 1 mm tai vähemmän. Simulaatiovälin tulisi olla pieni, luokkaa 250 ms, monikerroselektrodin stabiilille approksimaatiolle, joskin joissakin tapauksissa simulaatioväliä voidaan kasvattaa jopa 20 sekunnin luokkaan. Tilariippuvuuteen vaikuttavien kerrosten määränä pidetään tyypillisesti 6 tai vähempää, vaikka mikään ei estä lisäämästä kerrosten määrää jos käytettävissä on 15 vaadittava määrä laskentatehoa. Yleisesti voidaan sanoa, että kerrosten lukumäärä on L, jossa L on positiivinen kokonaisluku.

Matriisin A5 pentadiagonaalista ominaisuutta hyödyntämällä voidaan pienentää las-kentatehovaatimusta. Teoksessa S. Pissanetzky: Sparse Matrix Technology, Aca-v ·' demic Press, 1984, on käsitelty harvamatriisitekniikkaa, jonka avulla kaavan (4) ku- : : ’: 20 vaarnan systeemin ratkaisuun tarvittavien laskutoimitusten määrää voidaan vähentää : * ': niin, että tarvittava laskentateho alenee kahdella dekadilla.

• # • * ’f Laskentaa voidaan nopeuttaa entisestään käyttämällä hyväksi sitä seikkaa, että mat-» * » · · riisillä A5 on 5 diagonaalia happokonsentraatiolle ja 2 diagonaalia kaikille muille prosesseille. Esillä olevaan keksintöön johtaneessa tutkimus- ja kehitystyössä las-25 kentamenettelystä saatiin riittävän nopea sovellettavaksi lataus-purku-prosessien re- • aaliaikaisessa simuloinnissa. Yleisesti ottaen on hankalaa soveltaa 2- ja 5-diagonaa-lien ominaisuuksia samanaikaisesti. On kuitenkin yksinkertaisempaa soveltaa näitä ominaisuuksia, jos ratkaistaan systeemi (4) jokaiselle prosessille erikseen olettaen '!;; että muut prosessit tunnetaan viimeisestä iteraatiovaiheesta. Erikseen ratkaiseminen • · 30 ei synnytä oleellista epätarkkuutta, jos prosesseissa esiintyy tasaista variointia, mut-ta silloin on yleensä tärkeää valita 250ms:n luokkaa oleva simulaatioväli edellä : \: mainittujen pidempien välien asemesta.

15 114048

Kaavan (4) kuvaaman systeemin ratkaisemiseksi voidaan ehdottaa useita menetelmiä. Seuraavassa käsitellään lyhyesti kolmea vaihtoehtoista menetelmää, jotka eroavat toisistaan laskentanopeuden ja tarkkuuden suhteen. Ensimmäiseen menetelmään kuuluvat seuraavat vaiheet: 5 Valmisteleva vaihe: määritetään akun alkutila prosessien tiettyjen referenssiarvojen avulla, so. olkoon z = z0.

Vaihe 1: lasketaan volumetrinen reaktionopeus j(x) käyttämällä kaavaa . · f c YY f F ) f F )1 Κα·ΗΤΤ“·ϋϊη1 (5) jossa ... λ 10 i0 on itseisvirrantiheys standardilämpötilassa 25 °C, A/cm c on happokonsentraatio, mol/cm3 cref on happokonsentraation (alku)referenssiarvo, mol/cm3 β2 on reaktionopeudelle käytetty mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä 15 cca on anodinen näennäissiirtokerroin, ei yksikköä F on Faradayn vakio R on yleinen kaasuvakio

’ ’ T on lämpötila, K

v.: η on pintay lipotentiaali j a i \: 20 aa on katodinen näennäissiirtokerroin, ei yksikköä.

* ·

Volumetrinen reaktionopeus lasketaan vakiokonsentraatiolle ja -potentiaalille, so.

• · .z0 = [c0, η0]. Volumetriset reaktionopeudet erottimessa ja elektrodien keskipisteissä ovat nolla.

i * · ’: Vaihe 2: ratkaistaan yhtälö • · 25 f^Aj (6)

·;· OK

• · *·;’ jossa • · · • I ·

Il 4 Λ ; li on elektrolyytin nestefaasin sähkövirrantiheys, A/cm * · * * *23 A on huokoisen elektrodin aktiivinen pinta-ala tilavuusyksikköä kohti, cm /cm j on siirtovirrantiheys elektrolyytistä kiinteään matriksiin, PJ cm2 16 114048

Aj on volumetrinen reaktionopeus, A/cm3 systeeminä A2ii = b(z0) nestefaasin virrantiheyden suhteen. Tässä A2 on kaksoisdia-gonaalinen matriisi, b(zo) on potenssifunktio ja zo on varaustila (vakioparametri: zq = SOCo). Reunaehto virrantiheydelle erottimessa on yhtä suuri kuin käytetty vir-5 ta, mikä ennustelaskennan aikana tarkoittaa akun lähtönavoista varakäyntitilantees-sa saatavaa virtaa. Takaisinkytkentätieto otetaan keksinnön mukaisesti huomioon käyttämällä PID-ohjausalgoritmia (PID = Proportional, Integral, Derivative) ylipo-tentiaalin (ηο(0), η0(ί); ylipotentiaali 0:nnessa kerroksessa, ylipotentiaali L:nnessä kerroksessa) muuttamiseksi elektrodien keskipisteissä siten, että ennustettu virta-10 arvo lähestyy riittävästi tunnettua virta-arvoa. Nestepotentiaalin reuna-arvot voidaan laskea tällä menetelmällä.

Vaihe 3: ratkaistaan yhtälö äT (7) jossa 15 is on elektrodin kiinteän matriksin virrantiheys, A/cm2 iapp on käytetty virrantiheys, A/cm2 aeff on huokoisen elektrodin johtavuus, aeff = σε133 ; σ on bulkkielektrodin johtavuus: Pb tai Pb02, S/cm : ·ε on elektrodin huokoisuus, so. hapolla täytetty tilavuusosa, ei yksikköä ; 20 β3 on huokoisen elektrodin johtavuudelle käytetty mutkittelevuuseksponentti , ·, : (tortuosity exponent), ei yksikköä

[ J <j)s on kiinteän matriksin potentiaali, V

systeeminä Α2φ5 = b(zo) vakiopotentiaalin suhteen. Tässä A2 on kaksoisdiagonaali-nen matriisi, b(z0) on lineaarinen funktio ja virrantiheys on vakioparametri: zo = ii,o· :' * ‘: 25 Laskennan lähtökohtina ovat nollareuna-arvot erottimen pinnassa. Yhtälön (7) back- fonvard-ratkaisua voidaan käyttää positiiviselle elektrodille ja fonvard-ratkaisua negatiiviselle elektrodille. Positiivisen ja negatiivisen elektrodin keskipisteissä on * I · •;;; vapaat reuna-arvot.

• * • · / . Vaihe 4: ratkaistaan yhtälö * i »

• I

Vi 30 4r = -^ + ^[(3-2‘:)A + 2V0/(l-cV„)]^ (8) K ex r dx.

17 114048 jossa 2 ii on elektrolyytin nestefaasin sähkövirrantiheys, A/cm

Keff on huokoisten elektrodien ja erottimen johtavuus, S/cm; Keff = κε*34, jossa κ puolestaan on Kref standardilämpötilassa 25 °C ja happokonsentraatiolle 4,9 5 mol/dm ja muuten johdetaan siitä kirjallisuudesta löytyvien standardimene telmien avulla

ε on elektrodin huokoisuus, so. hapolla täytetty tilavuusosa, ei yksikköä β4 on huokoisten elektrodien ja erottimen johtavuudelle käytetty mutkittelevuus-eksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä 10 φ1 on elektrolyytin potentiaali, V

F on Faradayn vakio R on yleinen kaasuvakio

T on lämpötila, K

t°+ on kuljetusluku, H+-ionien kuljettama osuus kokonaisvirrasta, ei yksikköä 15 c on happokonsentraatio, mol/cm3 V0 on hapon osittaismoolitilavuus elektrolyytissä, cm3/mol

Ve on veden osittaismoolitilavuus elektrolyytissä, cm3/mol systeeminä Α2Φ1 = b(zo) nestepotentiaalin suhteen. Tässä A2 on kaksoisdiagonaali-nen matriisi, b(zo) on epälineaarinen funktio ja virrantiheys ja happokonsentraatio 20 ovat vakioparametrejä: z0 = [ii,o, c0].

• · • * # ’ , Vaihe 5: ratkaistaan yhtälö f > — = K,^- (9) : öt 1 dx.

* t · * · '* · jossa ε on elektrodin huokoisuus, so. hapolla täytetty tilavuusosa, ei yksikköä ... 25 ii on elektrolyytin nestefaasin sähkövirrantiheys, A/cm2 ',.; Ki on latausvakiolle ekvivalentti tilavuus, cm3/As; joka on määritelty Κ,+ - — Mpbs°4 - Mpb02 positiiviselle elektrodille ja PPbS04 Ppb02 ) K," = —L Mpbso4._Mpb. negatiiviselle elektrodille; ; 2F( PpbS04 Ppb ) : F on Faradayn vakio 30 M on ominaismolekyylipaino, g/mol λ p ominaistiheys, g/cm 18 114048

Lasketaan huokoisuudelle uusi arvo integroimalla ajan suhteen: ει+Δί = £t + A2zoAt, jossa At on simulaatioväli, A2 on kaksoisdiagonaalinen matriisi ja virrantiheys on vakioparametri: zq = i| 0.

Vaihe 6: ratkaistaan yhtälö 5 e£k=AD^_öc+(cK i+Kjäi. (10) dl dx. dx dx jossa ε on elektrodin huokoisuus, so. hapolla täytetty tilavuusosa, ei yksikköä c on happokonsentraatio, mol/cm3

Deft on diffuusio huokoisessa väliaineessa, Deff = ϋερ5 10 D on elektrolyytin diffuusiovakio, cm2/s β5 on diffuusiolle käytetty mutkittelevuuseksponentti (tortuosity exponent), ei yksikköä Öl 3 K4 — on volumetrinen ionien muodostumisnopeus, mol/cm s dx K4 on latausvakiolle ekvivalentti molaarisuus, mol/As; joka on määritelty 15 K/ = (2 t°+-3)/2F positiiviselle elektrodille ja K4' = -(2 t°+-l)/2F negatiiviselle elektrodille t°+ on kuljetusluku, H+ -ionien kuljettama osuus kokonaisvirrasta, ei yksik- köä.

Lasketaan happokonsentraatiolle uusi arvo integroimalla ajan suhteen: ct+At = ct + • * ·' ·' 20 [A5(z0)ct + b(z0)]At, jossa At on simulaatioväli, A5 on pentadiagonaalinen matriisi, ί b(z0) on bilineaarinen funktio ja huokoisuus ja virrantiheys ovat vakioparametrejä: * ‘ * z0 = [ε0, ii,o]· • ·

Vaihe 7: ratkaistaan yhtälö i'v O'1 ^ (11) 25 jossa I « ' l ‘ Θ on varaustila, ei yksikköä '. ’ : aM on latauksen hyötysuhde, ei yksikköä ','' * Qmax on teoreettinen kapasiteetti, C/cm3 ii on elektrolyytin nestefaasin sähkövirrantiheys, A/cm .

19 114048

Lasketaan varaustilalle uusi arvo integroimalla ajan suhteen: Θ1+δι = 0t + A2z0At, jossa At on simulaatioväli, A2 on kaksoisdiagonaalinen matriisi ja virrantiheys on va-kioparametri: z0 = ii,o.

Korvataan z0 uusilla lasketuilla arvoilla ja palataan vaiheeseen 1.

5 Tässä ehdotetussa toisessa menetelmässä lasketaan virrantiheys sekä kiinteä ja nes-tepotentiaali yhtälöstä A2xt = b(xt, yt) (12) pitäen huokoisuus, happokonsentraatio ja varaustila vakioparametreinä ja lasketaan sitten huokoisuus, happokonsentraatio ja varaustila iteraatiosta 10 yt+1 = yt + [Asyt - b(xt, yt)]At, yt = yo (13) pitäen virrantiheys sekä kiinteä ja nestepotentiaali vakioparametreinä. Tässä x = [ii, φ5, φ']Τ virrantiheyden, kiinteän potentiaalin ja nestepotentiaalin vektori y = [ε, c, Θ] on huokoisuuden, happokonsentraation ja varaustilan vektori A5 on pentadiagonaalinen matriisi 15 A2 on kaksoisdiagonaalinen matriisi.

Toiseen menetelmään sisältyisi takaisinkytkentätiedon käyttö yhtälön (12) ratkai-

• I

v : semisessa niin, että laskettu virrantiheys tulisi samaksi kuin käytetty virta, jonka : , ’: puolestaan täytyy olla samansuuruinen kuin tunnettu virta-arvo.

• I I

• « *. Tässä ehdotettuun kolmanteen menetelmään kuuluu systeemin (4) ratkaiseminen '· ; 20 iteroimalla ajallisesti.

• » · » · • : Käsitellään lopuksi keksinnön mukaisen laitteen tiettyjä piirteitä. Kuvassa 6 on esi tetty laite, jossa vara-akkujärjestelyyn kuuluu neljä sarjaan kytkettyä VRLA-akkua : v. 601, 602, 603 ja 604. Akut sijaitsevat yhteisessä kotelossa 605, joka on lämpöeris- . · · ·. tetty ainakin siinä määrin, että lämpötila-anturilla 606 yhdessä kohdassa mitatun ko- ’·’ 25 telon sisälämpötilan voidaan olettaa kohtuullisen hyvin kuvaavan kunkin akun ul- . A; * koista lämpötilaa, jotta voidaan ottaa huomioon kunkin akun sisällä tapahtuvien sähkökemiallisten prosessien lämpötilariippuvuus. Laite sisältää kunkin yksittäisen . ·. : akun jännitettä mittaamaan kytketyt jännitteenmittausvälineet 611, 612, 613 ja 614.

.·. · Lisäksi laite sisältää sähkövirran mittausvälineet 615, jotka on kytketty mittaamaan 1 > 30 sarjaankytkettyjen akkujen järjestelyyn/järjestelystä johdettavaa sähkövirtaa. Läm- 20 114048 pötila-anturin 606, jännitteenmittausvälineiden 611, 612, 613 ja 614 sekä sähkövirran mittausvälineiden 615 lähdöt on kytketty tietokoneen 616 mittausdatatuloihin.

Akkujen 611, 612, 613 ja 614 kontrolloidun purkamisen ja varaamisen mahdollistamiseksi laitteessa on latauksen ja purkauksen ohjausyksikkö 621, johon kuuluu 5 energialähde 622, kuorma 623, kytkin 624 ja latausregulaattori 625. Kytkin 624 on järjestetty kytkemään akusto 611, 612, 613 ja 614 siten, että se joko purkautuu kuorman 623 kautta tai vastaanottaa latausenergiaa energialähteestä 622 latausregu-laattorin 625 kautta. Latauksen ja purkauksen ohjausyksikkö 621 toimii tietokoneen 616 ohjaamana. Kuvan 6 järjestely liittyy läheisimmin arviointilaitteeseen, jossa 10 keksinnön mukaisten menetelmien tarkkuus voidaan varmistaa. Samat toimintalohkot ovat kuitenkin olemassa myös keksinnön mukaisissa todellisissa vara-akku-laitteistoissa. Osat, jotka liittyvät sähkön syöttöön energialähteeltä kuormaan normaalissa tilanteessa, jossa varakäyntiä ei välittömästi tarvita, eivät ole oleellisia keksinnön kannalta, eikä niitä siksi ole esitetty kuvassa 6.

15 Tietokone 616 on järjestetty suorittamaan edellä selostetut matemaattiset menetelmät ja niihin liittyvät ohjausalgoritmit. Erityisesti tietokone 616 on järjestetty vasteena siirtymän mallin kalibrointitilaan hipaisevan ehdon täyttymiselle antamaan komento latauksen ja purkauksen ohjausyksikölle 621 toteuttaa kontrolloitu purkaus-ja lataussykli. Tietokone 616 on myös järjestetty suorittamaan tällaisen kontrol-20 loidun purkaus- ja lataussyklin aikana mallin kalibroinnin edellyttämät jännite-, vir-\ · · ta- ja lämpötilamittaukset. Lisäksi tietokone 616 on järjestetty suorittamaan vastee- : ’ ' na siirtymän ennustelaskentatilaan hipaisevan ehdon täyttymiselle suorittamaan ne : : laskutoimenpiteet, jotka toteuttavat keksinnön mukaisen ennustelaskentamenetel- : ’ · · män.

' * I * * 25 Keksintö ei rajoita laitteen rakenneosien fyysistä sijaintia. Esimerkiksi tietokone * · • ' 616 voi olla UPS-laitteen muihin osiin integroitu tietokone tai tietokone 616 voi si jaita keskitetysti ohjauskeskuksessa, joka sijaitsee erillään varsinaisista UPS-lait-: ’,: teista. Jälkimmäinen vaihtoehto luonnollisesti edellyttää tiedonsiirtoyhteyksiä UPS- laitteiden ja ohjauskeskuksen välillä, jotta niiden välillä voidaan siirtää tilasiirtymiä !:, 30 koskevia komentoja ja tarvittavia mittaustietoja.

:: Useiden eri paikoissa sijaitsevien varakäyntijärjestelmien akkujen tilan ja vaihtotar- ; peen systemaattiseen tarkkailuun voidaan käyttää erilaisia tarkkailurutiineja. Jos » t . ·, : kullakin järjestelmällä on oma ohjaustietokone, nämä ohjaustietokoneet on tyypilli sesti ohjelmoitu suorittamaan säännöllisesti mallin kalibrointia ja ennustelaskentaa 35 ja tiedottamaan ohjauskeskukselle vain, jos ennustelaskenta osoittaa tietyn akun en- 21 1 14048 nustetun suorituskyvyn pudonneen tietyn kriittisen rajan alapuolelle. Jos ohjaustietokoneita on vain yksi, se tyypillisesti suorittaa kiertävää kyselyrutiinia, jossa se vuorollaan ottaa yhteyden kuhunkin tarkkailtavaan varakäyntijärjestelmään, antaa mallin kalibrointikomennon ja suorittaa ennustelaskennan.

5 Keksintöä voidaan myös soveltaa osana vasta valmistetuille akuille suoritettavaa testausta ennen akkujen toimittamista eteenpäin. Näennäisesti identtistenkin akkujen yksilölliset ominaisuudet voivat vaihdella, joten keksintö voisi auttaa varmistamaan toimitettujen akkujen tasalaatuisuuden.

* I · • · * · * Ψ t M»l| •

Claims (8)

22 114048

1. Förfarande för att simulera funktionen hos ett laddbart batteri, vilket förfaran-de innefattar följande skeden, i vilka: 15 a) ett värde erhälls (503, 553) för ätminstone en parameter som beskriver batteriets interna tillständ, b) nämnda erhällna värde används för att beräkna (504, 505, 554, 555) ett prognos-värde för en sadan egenskap hos batteriet som kan observeras utanför batteriet och : c) skedena a) och b) repeteras flera ganger för att simulera batteriets funktion över 20 en viss tidsperiod, ; kännetecknat av att det innefattar skeden, i vilka skillnaden mellan det beräknade * · prognosvärdet och det kända värdet för motsvarande egenskap i motsvarande situa-,· tion detekteras (507, 556) och det erhällna värdet för nämnda ätminstone ena para meter korrigeras (507, 558) före följande steg för beräkning av prognosvärdet en : · 25 mängd som är proportioned mot nämnda detekterade skillnad.

1. Menetelmä ladattavan akun toiminnan simuloimiseksi, johon menetelmään kuuluvat vaiheet, joissa: a) hankitaan (503, 553) arvo vähintään yhdelle akun sisäistä tilaa kuvaavalle para-5 metrille, b) lasketaan (504, 505, 554, 555) mainitun hankitun arvon avulla ennustearvo akun jollekin sellaiselle ominaisuudelle, joka on havaittavissa akun ulkopuolella ja c) toistetaan vaiheita a) ja b) useaan kertaan akun toiminnan simuloimiseksi tietyn ajanjakson aikana, 10 tunnettu siitä, että siihen kuuluvat vaiheet, joissa ilmaistaan (507, 556) lasketun ennustearvon ja vastaavan ominaisuuden vastaavassa tilanteessa tunnetun arvon välinen ero ja korjataan (507, 558) mainitun vähintään yhden parametrin hankittua arvoa ennen seuraavaa ennustearvon laskentavaihetta määrällä, joka on verrannollinen mainittuun ilmaistuun eroon.

2. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att skede b) innefattar under-skeden, i vilka: ( •' - ett första prognosvärde beräknas (505, 555) för batteriets första egenskap, som kan ‘ ·:. ‘ observeras utanför batteriet, 1 * 30 ett andra prognosvärde beräknas (505, 555) för batteriets andra egenskap, som kan observeras utanför batteriet; 26 1 14048 sä, att - nämnda första prognosvärde används i skeden, i vilka skillnaden mellan det be-räknade prognosvärdet och det kända värdet för motsvarande första egenskap i mot-svarande situation detekteras (507, 556) och det erhällna värdet för nämnda ätmin- 5 stone ena parameter korrigeras (507, 558) före följande steg för beräkning av prognosvärdet en mängd som är proportionell mot nämnda detekterade skillnad, och - nämnda andra prognosvärde används som kriterium (506, 559) för en fortsättning eller avslutning av en repetition enligt skede c).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheeseen b) kuuluvat alivaiheet, joissa: - lasketaan (505, 555) ensimmäinen ennustearvo akun ensimmäiselle ominaisuudel- * ·' t' le, joka on havaittavissa akun ulkopuolella, » · - lasketaan (505, 555) toinen ennustearvo akun toiselle ominaisuudelle, joka on ha- : ‘ : 20 väittävissä akun ulkopuolella; * ♦ · » · ‘ ‘ siten, että: * · - mainittua ensimmäistä ennustearvoa käytetään vaiheissa, joissa ilmaistaan (507, : \ . 556) lasketun ennustearvon ja vastaavan ensimmäisen ominaisuuden vastaavassa ti- . · . lanteessa tunnetun arvon välinen ero ja korjataan (507, 558) mainitun vähintään yh- 25 den parametrin hankittua arvoa ennen seuraavaa ennustearvon laskentavaihetta ...: * määrällä, joka on verrannollinen mainittuun ilmaistuun eroon, ja • · - mainittua toista ennustearvoa käytetään kriteerinä (506, 559) vaiheen c) mukaisen • · » toiston jatkamiselle tai lopettamiselle. • > »

3. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att det första prognosvärdet 10 är ett värde för elström, som används för att detektera (507, 556) skillnaden mellan den och det kända värdet av elektriciteten frän batteriet, och det andra prognosvärdet är ett spänningsvärde, som används för att utreda (506, 559) om batteriet ännu kan uppehälla en matning av elenergi tili belastningen vid en tidpunkt som motsva-rar nuvarande beräkningsskede. 15 4. Förfarande enligt patentkrav 2, kännetecknat av att skedena, i vilka - skillnaden mellan det beräknade första prognosvärdet och det kända värdet för motsvarande egenskap i motsvarande situation detekteras (556) och : : : - det erhällna värdet för nämnda ätminstone ena parameter korrigeras (558) före föl- : jande steg för beräkning av prognosvärdet en mängd som är proportionell mot i .'. 20 nämnda detekterade skillnad, » · ’ i * » · * * ‘ · utförs tills den detekterade skillnaden är mindre (557) än ett pä förhand bestämt * » * i · ’ ' gränsvärde, och först därefter utförs ett skede, i vilket ett andra prognosvärde be- :: räknas för batteriets andra egenskap, som kan detekteras utanför batteriet. ,5. Förfarande enligt patentkrav 1, kännetecknat av att det innefattar skeden som 25 förbereder skede a), i vilka: : * · ‘; - batteriet urladdas (402) och laddas (403) under kontrollerade förhällanden, » I '·;* - batteriets spänning, batteriets elektricitet och batteriets temperatur mäts (402, 403) : :': under nämnda urladdning och laddning och » » · » · » · 27 114048 - nämnda mätta spänning, elektricitet och temperatur används som referensvärden (404) för att finna de lämpligaste begynnelsevärdena för specifika parametrar som beskriver batteriets inre tillständ; och under repetitionen enligt skede c) innefattar skedet, i vilket man erhäller (503, 5 553) ett parametervärde i skede a), simulering av en kronologisk utveckling av bat teriets nämnda interna tillständ.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ensimmäinen 30 ennustearvo on sähkövirran arvo, jota käytetään ilmaisemaan (507, 556) ero sen ja 23 114048 tunnetun akusta otettavan virran arvon välillä, ja toinen ennustearvo on jännitearvo, jota käytetään sen selvittämiseksi (506, 559), pystyisikö akku yhä pitämään yllä sähköenergian syöttöä kuormaan nykyistä laskentavaihetta vastaavalla ajanhetkellä.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vaiheita, jois-5 sa - ilmaistaan (556) lasketun ensimmäisen ennustearvon ja vastaavan ensimmäisen ominaisuuden vastaavassa tilanteessa tunnetun arvon välinen eroja - korjataan (558) mainitun vähintään yhden parametrin hankittua arvoa ennen seu-raavaa ennustearvon laskentavaihetta määrällä, joka on verrannollinen mainittuun 10 ilmaistuun eroon, suoritetaan kunnes ilmaistu ero on pienempi (557) kuin ennalta määrätty raja-arvo, ja vasta sen jälkeen suoritetaan vaihe, jossa lasketaan toinen ennustearvo akun toiselle ominaisuudelle, joka on havaittavissa akun ulkopuolella.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että siihen kuulu-15 vat vaiheen a) valmistelevina vaiheina vaiheet, joissa: - akkua puretaan (402) ja varataan (403) hallituissa oloissa, -mitataan (402, 403) akun jännitettä, akun virtaa ja akun lämpötilaa mainittujen purkamisen ja varaamisen aikana ja • · • » * : : - käytetään mitattuja jännitettä, virtaa ja lämpötilaa referenssiarvoina (404) sopivim- :' ,: 20 pien alkuarvojen löytämiseksi tietyille akun sisäisiä tiloja kuvaaville parametreille; • · ja vaiheen c) mukaisen toiston aikana vaiheeseen, jossa hankitaan (503, 553) para-’·*' metriarvo vaiheessa a), kuuluu mainittujen akun sisäisten tilojen ajallisen kehityk sen simulointi. . * · *. 6. Laite ladattavan akun (601, 602, 603, 604) toiminnan simuloimiseksi, joka lai- • 25 te käsittää: :"': - välineet (616) akun sisäistä tilaa kuvaavien parametrien arvojen hankkimiseksi, : - välineet (616) ennustearvojen laskemiseksi mainittujen hankittujen arvojen avulla akun ominaisuuksille, jotka ovat havaittavissa akun ulkopuolella; 24 114048 jotka välineet (616) on järjestetty suorittamaan toistuvasti vaiheita, joissa hankitaan parametrien arvoja ja lasketaan ennustearvoja, akun toiminnan simuloimiseksi tiettynä ajanjaksona, tunnettu siitä, että siihen kuuluu välineet (616) lasketun ennustearvon ja vastaavas-5 sa tilanteessa olevan akun vastaavan ensimmäisen ominaisuuden tunnetun arvon välisen eron ilmaisemiseksi ja välineet (616) hankitun parametriarvon korjaamiseksi ennen seuraavaa ennustearvon laskentavaihetta määrällä, joka on verrannollinen ilmaistuun eroon.

6. Anordning för att simulera funktionen av ett laddbart batteri (601, 602, 603, 604), vilken anordning innefattar: - organ (616) för att erhälla parametervärden som beskriver batteriets interna till-10 stand, - organ (616) för att beräkna prognosvärden med hjälp av nämnda erhällna värden för batteriets egenskaper, vilka kan observeras utanför batteriet; vilka organ (616) är anordnade att upprepat utföra skeden, i vilka man erhäller parametervärden och beräknar prognosvärden, för att simulera batteriets funktion un-15 der en given tidsperiod, kännetecknad av att den innefattar organ (616) för att detektera skillnaden mellan det beräknade prognosvärdet och det kända värdet för batteriets motsvarande första : · egenskap i motsvarande situation och organ (616) för att korrigera det erhällna pa- : rametervärdet före följande steg för beräkning av prognosvärdet en mängd som är •1 '; 20 proportionell mot nämnda detekterade skillnad. • I ' ; 7. Anordning enligt patentkrav 6, kännetecknad av att den innefattar: 1' · 1. ett batteri (601, 602, 603, 604), - spänningsmätorgan (611, 612, 613, 614) för att mätä spänningen i nämnda batteri, • · - elströmsmätorgan (615) för att mätä strömmen i nämnda batteri, .: 25 - temperaturmätorgan (606) för att mätä temperaturen hos nämnda batteri, ‘ - en belastning (623) som kan styrbart kopplas tili batteriet föra att urladda nämnda :. · batteri via nämnda belastning, - en energikälla (622), som kan styrbart kopplas tili batteriet för att ladda nämnda batteri, och 28 114048 - en dator (616), som är kopplad att motta data frän nämnda spänningsmätorgan (611, 612, 613, 614), elströmsmätorgan (615) och temperaturmätorgan (606); varvid nämnda dator (616) är anordnad: - att beräkna ett första prognosvärde för batteriets elektricitet, 5. att beräkna ett andra prognosvärde för batteriets spänning, - att använda nämnda första prognosvärde för att detektera skillnaden mellan det be-räknade prognosvärdet och det kända värdet av batteriets elektricitet och för att kor-rigera ätminstone det ena erhällna parametervärdet före följande steg för beräkning av prognosvärdet en mängd som är proportionell mot nämnda detekterade skillnad, 10 och - att använda nämnda andra prognosvärde som kriterium för att utreda om batteriet ännu förmär uppehälla en matning av elenergi tili belastningen vid en tidpunkt som motsvarar nuvarande beräkningsskede.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että siihen kuuluu: 10 -akku (601, 602, 603, 604), -jännitteenmittausvälineet (611, 612, 613, 614) mainitun akun jännitteen mittaamiseksi, - sähkövirranmittausvälineet (615) mainitun akun virran mittaamiseksi, - lämpötilanmittausvälineet (606) mainitun akun lämpötilan mittaamiseksi, 15. kuorma (623), joka voidaan ohjattavasti kytkeä akkuun mainitun akun purkami seksi mainitun kuorman kautta, : - energialähde (622), joka voidaan ohjattavasti kytkeä akkuun mainitun akun varaa- : miseksi, ja '. - tietokone (616), joka on kytketty vastaanottamaan tietoa mainituilta jännitteenmit- ' ; 20 tausvälineiltä (611, 612, 613, 614), sähkövirranmittausvälineiltä (615) ja lämpöti- lanmittausvälineiltä (606); * * missä mainittu tietokone (616) on järjestetty: : · ‘ - laskemaan ensimmäinen ennustearvo akun virralle, ♦ » » “ ':. - laskemaan toinen ennustearvo akun jännitteelle, 25 -käyttämään mainittua ensimmäistä ennustearvoa lasketun ennustearvon ja akun . ·. : virran tunnetun arvon välisen eron ilmaisemiseksi ja korjaamaan mainitun vähintään : yhden parametrin hankittua arvoa ennen seuraavaa ennustearvon laskentavaihetta määrällä, joka on verrannollinen mainittuun ilmaistuun eroon, ja 25 114048 - käyttämään mainittua toista ennustearvoa kriteerinä sen selvittämiseksi, pystyisikö akku yhä ylläpitämään sähköenergian syöttöä kuormaan nykyistä laskentavaihetta vastaavalla ajanhetkellä.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että tietokone (616) on 5 järjestetty käynnistämään sykli, jossa kontrolloidusti puretaan akkua mainitun kuorman (623) kautta ja varataan akkua mainitusta energialähteestä (622), ja tallentamaan mainituilta jännitteenmittausvälineiltä (611, 612, 613, 614), sähkövirranmit-tausvälineiltä (615) ja lämpötilanmittausvälineiltä (606) tällaisen kontrolloidun purku-ja varaussyklin aikana saatuja tietoja, ja käyttämään tallennettuja jännite-, virta-10 ja lämpötilatietoja referenssitietoina sopivimpien alkuarvojen löytämiseksi tietyille akun sisäisiä tiloja kuvaaville parametreille.

8. Anordning enligt patentkrav 7, kännetecknat av att datom (616) är anordnad 15 att sätta i gang en cykel, varvid man kontrollerat urladdar batteriet via nämnda be- lastning (623) och laddar batteriet frän nämnda energikälla (622), och att lagra data som erhällits frän nämnda spänningsmätorgan (611, 612, 613, 614), elströmsmät- ; organ (615) och temperaturmätorgan (606) under en sadan kontrollerad urladd- : *; nings- och laddningscykel, och att använda de lagrade spännings-, elektricitets- och » . , ·. 20 temperaturdata som referensdata för att finna lämpliga begynnelsevärden för speci- , fika parametrar som beskriver batteriets inre tillständ. » · i » I · » t * · » · » · I I I » I ‘ i · • » i * i » ·