FI118197B - Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi - Google Patents
Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi Download PDFInfo
- Publication number
- FI118197B FI118197B FI992396A FI19992396A FI118197B FI 118197 B FI118197 B FI 118197B FI 992396 A FI992396 A FI 992396A FI 19992396 A FI19992396 A FI 19992396A FI 118197 B FI118197 B FI 118197B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- battery
- voltage
- value
- block
- change
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
- H02J7/0014—Circuits for equalisation of charge between batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
- H02J7/00714—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current
- H02J7/00718—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery charging or discharging current in response to charge current gradient
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
- H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
- H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
- H02J7/007184—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage in response to battery voltage gradient
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
- H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
- H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/30—Systems integrating technologies related to power network operation and communication or information technologies for improving the carbon footprint of the management of residential or tertiary loads, i.e. smart grids as climate change mitigation technology in the buildings sector, including also the last stages of power distribution and the control, monitoring or operating management systems at local level
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
- Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
- Y04S20/00—Management or operation of end-user stationary applications or the last stages of power distribution; Controlling, monitoring or operating thereof
- Y04S20/20—End-user application control systems
Description
) 118197
Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi - Reservelsystem och metod för att styra reservelsystemets operation :
Keksintö koskee yleisesti akkukäyttöisiä keskeytymättömän sähkönsyötön järjestel-5 miä. Erityisesti keksintö koskee tällaisessa järjestelmässä käytettävien akkujen varaus-ja purkaustapahtumien ohjaamista optimaalisella tavalla.
Monissa sähkölaitteissa käytetään keskeytymättömän sähkönsyötön järjestelmää (engl. UPS, Uninterrupted Power Supply) sähkölaitteen toiminnan turvaamiseksi sähkönjakeluverkossa esiintyvistä häiriöistä riippumatta. Lyhyyden vuoksi keskeyty- s 10 mättömän sähkönsyötön järjestelmää voidaan nimittää myös varasähköjärjestelmäk-si.
Kuva 1 esittää yleistä, yksinkertaista varasähköjäijestelmää. Sähkönjakeluverkkoon liitetty AC-syöttölinja 101 on kytketty tasasuuntausyksiköihin, joita voi olla jopa vain yksi, mutta joita on yleensä useita rinnan. Kuvassa 1 on esitetty erityisesti tasa-15 suuntausyksiköt 102 ja 103. Ne tuottavat tietyn tasajännitteen, joka johdetaan syöt-tölinjaa 104 pitkin kuormaan eli laitteeseen 105, jonka sähkön saanti halutaan varmistaa. Syöttölinja 104 on kytketty kytkimen 106 välityksellä myös akustoon 107.
Laitteisto toimii siten, että sähkönjakeluverkon normaalin toiminnan aikana tasa-suuntausyksiköt 102 ja 103 syöttävät sähköenergiaa sekä kuormaan 105 että akus-20 toon 107, jolloin akusto pysyy varatussa tilassa. Jos sähkönjakeluverkkoon tulee * · · j : häiriö, akusto 107 alkaa purkautua kuormaan 105, jonka sähköenergian saanti ei j • näin ollen häiriydy. Kun sähkönjakeluverkko palaa normaaliin toimintaan, tasasuun-tausyksiköt 102 ja 103 alkavat taas syöttää sähköenergiaa sekä kuormaan että akus-
toon, jolloin akustoon palautuu se varaus, joka sieltä purkautui häiriön aikana. Kyt- J
25 kintä 106 ei avata kuin poikkeustapauksissa, esimerkiksi silloin, jos häiriö jatkuu pitkään, akusto alkaa olla kokonaan purkautunut eikä sähkön syöttöä kuormaan voi- ... da enää jatkaa ilman riskiä akuston vaurioitumisesta.
• · · • · ♦ “* v · Kun akusto on koko ajan kytkettynä varaavaan jännitteeseen, puhutaan kestovarauk- sesta. Kestovarauksen jännitetaso on valittava tarkasti akuston valmistajan suositus-..... 30 ten mukaan, jotta akusto kestäisi mahdollisimman pitkään. On kuitenkin todettu, että • · 5.
suljetut ns. VRLA-akut (Valve Regulated Lead-Acid), joita käytetään nykyään f : akustoissa yleisesti, kestävät huonosti kestovarausta verrattuna perinteisiin avoimiin • · · (engl. flooded) lyijyakkuihin. Tämän on arveltu johtuvan kemiallisista ilmiöistä, joita jatkuva ylivaraaminen aiheuttaa akkujen sisällä.
2 118197
Kuva 2 esittää kehittyneempää ns. standby-rakennetta, joka on muilta osiltaan sa- ΐ manlainen kuin kuvassa 1, mutta jossa akuston erotuskytkin on korvattu kytkentä- ja Ji varauslaitteella eli ns. IBCM-modulilla (Intelligent Battery Connection/Charge Module) 201. Siitä on valvontayhteys akustoon 107 (esitetty kuvassa ohuella viivalla) ja 5 se voi ottaa akkujen varausenergian joko suoraan tasasuuntaajien ohi liitännästä, jolla varasähköjäijestelmä on kytketty sähkönjakeluverkkoon (esitetty kuvassa katkoviivalla), tai tasasuuntaajien tuottamasta kuorman syöttöjännitteestä. Normaalin toiminnan aikana lBCM-moduli 201 pitää akuston lähes koko ajan irrotettuna tasa-suuntausyksiköiden 102 ja 103 tuottamasta tasajännitteestä eli syöttölinjasta 104.
10 Jos jännite syöttölinjassa 104 laskee tietyn kynnysarvon alapuolelle esimerkiksi sähkönjakeluverkossa esiintyvän häiriön takia, IBCM-moduli 201 kytkee akuston 107 syöttölinjaan 104, jolloin kuorma 105 saa edelleen sähköenergiaa.
':>i
Akuston varaus purkautuu hitaasti itsestään myös silloin, kun akustoa ei ole kytketty f mihinkään. Jos IBCM-moduli 201 havaitsee, että akuston 107 varaustila on normaa-15 Iin toiminnan aikana laskenut alle tietyn kynnysarvon, se kytkee akuston 107 joko syöttölinjaan tai erillisen tasasuuntaajan kautta (ei esitetty kuvassa 2) sähkönjakelu- ;r - 1$' verkkoon, jolloin akusto varataan suhteellisen nopeasti uudelleen täyteen. Tämän jälkeen IBCM-moduli 201 kytkee akuston taas irti varaavasta jännitteestä. On oletettu, että IBCM-modulin käyttö pidentää akuston käyttöiän jopa kaksinkertaiseksi.
20 Kuvan 2 mukaisessa järjestelmässä ongelmana on oikean ohjausalgoritmin löytämi-: nen IBCM-modulille. Vääränlainen algoritmi voi johtaa jopa siihen, että järjestelmä toimii huonommin ja kuluttaa akkuja enemmän kuin kuvan 1 mukainen yksinkertai-sempi järjestelmä. Lisäksi väärä algoritmi voi osaltaan aiheuttaa valmistuskustannus- 9 · : ten nousua, jos esimerkiksi laitteiston komponentit joudutaan sen takia mitoittamaan 25 tarpeettoman suurelle virralle.
• · · • · · : Esillä olevan keksinnön tavoitteena on esittää varasähköjärjestelmä, joka mahdollis taa akuston pitkän käyttöiän, joka on valmistuskustannuksiltaan edullinen ja jolla on :T: hyvä käytettävyys. Lisäksi keksinnön tavoitteena on, että keksinnön mukainen vara- sähköjärjestelmä mukautuu järjestelmän komponenttien ominaisuuksissa esiintyviin, * . 30 valmistustoleranssien mukaisiin vaihteluihin ja ympäristöolosuhteissa tapahtuviin ·««·* ] muutoksiin. Edelleen keksinnön tavoitteena on esittää menetelmä varasähköjäijes- *··*· ’ * telmän toiminnan ohjaamiseksi siten, että edellä mainitut muut tavoitteet saavute- : taan.
• · · · ; ··* • * *···* Keksinnön tavoitteet saavutetaan esittämällä ja toteuttamalla akuston varaamisen 35 aloittamiselle ja lopettamiselle tietyt kriteerit, joista ensisijainen varaamisen aloitus- 3 118197 kriteeri perustuu lohkoittain valvottuun lepojännitteen muutokseen ja ensisijainen i' lopetuskriteeri perustuu varausvirran aikaderivaatan arvoon ja lohkojen välisen jännite-eron aikaderivaatan arvoon.
Keksinnön mukainen varasähköjärjestelmä käsittää
V
5 - akun, joka koostuu lohkoista - kytkinvälineet akun ehdolliseksi kytkemiseksi kuormaan tai varausvirtalähteeseen - mittaus- ja ohjausvälineet akun tilaa kuvaavien mittaustulosten tuottamiseksi ja kytkinvälineiden ohjaamiseksi tuotettujen mittaustulosten perusteella.
Keksinnön ensimmäisen suoritusmuodon mukaan sille on tunnusomaista, että mitta-10 us-ja ohjausvälineet on järjestetty - mittaamaan lohkokohtainen lepojännitteen alkuarvo varatusta akusta - tuottamaan mitatusta lohkokohtaisesta lepojännitteen alkuarvosta tietty kynnysarvo > - vertaamaan mitattua lohkokohtaista lepojännitearvoa kynnysarvoon -vasteena havaintoon, jonka mukaan mitattu lohkokohtainen lepojännitearvo on 15 saavuttanut kynnysarvon, ohjaamaan kytkinvälineet kytkemään akku tiettyyn vara- > . usvirtalähteeseen.
9 · · ·« · ♦ · ♦ V : Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan sille on tunnusomaista, että mittaus- ja * · # ; ohjausvälineet on järjestetty r • · • * * * i« .•V! - mittaamaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen • · · ««« \J 1 20 -mittaamaan lohkojen välisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen ,*··. - vasteena havaintoon, jonka mukaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen on • ♦ · ... palautunut negatiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi ja lohkojen välisen jännite- • · · *. eron muutoksen arvo ajan suhteen on palautunut positiivisesta ääriarvosta oleelli- *·“"· sesti nollaksi, ohjaamaan kytkinvälineet kytkemään akku irti tietystä varausvittaläh- *:·*; 25 teestä.
• * : Keksintö koskee myös menetelmää, jolle on keksinnön ensimmäisen suoritusmuo- • · · don mukaan tunnusomaista, että se käsittää vaiheet, joissa - mitataan varatusta akusta lohkokohtainen lepojännitteen alkuarvo : 4 118197 - tuotetaan mitatusta lohkokohtaisesta lepojännitteen alkuarvosta tietty kynnysarvo ^ - :*i - verrataan mitattua lohkokohtaista lepojännitearvoa kynnysarvoon ^ -vasteena havaintoon, jonka mukaan mitattu lohkokohtainen lepojännitearvo on >; saavuttanut kynnysarvon, kytketään akkuun varausvirta.
5 Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan menetelmälle on tunnusomaista, että se käsittää vaiheet, joissa - mitataan akun varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen - mitataan lohkojen välisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen - vasteena havaintoon, jonka mukaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen on 10 palautunut negatiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi ja lohkojen välisen jännite- -¾ eron muutoksen arvo ajan suhteen on palautunut positiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi, kytketään akku irti varausvirrasta.
VRLA-akku, jota nimitetään englanniksi myös sanalla string, rakentuu sinänsä tunnetulla tavalla ryhmäkennoista eli lohkoista (engl. monoblock), jotka edelleen j 15 koostuvat kennoista (engl. cell). VRLA-akkuja voi olla useita siten, että ne on tavallisimmin kytketty rinnan, jolloin puhutaan akustosta. Keksinnön mukaisessa järjestelmässä valvotaan lepojännitettä (engl. open cell voltage) edullisimmin kussakin : lohkossa erikseen. Lisäksi valvotaan akun varausvirtaa ja lämpötilaa. Lohkokohtai- • · · selle lepojännitteelle on määritetty minimiarvo, joka vastaa lepojännitettä silloin, Γ 20 kun lohkon kapasiteetti on akun purkautuessa vähentynyt tietylle minimitasolle.
[·.*: Minimiarvo ottaa huomioon lepojännitteen lähtötason edellisen varauksen päättyes- • * · \ sä, lämpötilamuutoksen edellisen varauksen päättymishetkeen nähden ja suurimman • · · L. sallitun määrän, jonka verran lohkon kapasiteetti saa laskea ennen kuin seuraava va- • « * ’*' * raus on viimeistään käynnistettävä. Varaus käynnistetään, kun tietyn lohkon lepo- 25 jännite saavuttaa minimiarvon tai viimeistään, kun edellisen varauksen päättymises-: tä on kulunut tietty maksimiaika.
·»« · ♦ * · *
Varauksen lopettamishetken määrittämiseksi mitataan akun varausvirtaa ja jännite- ] eroa lohkojen välillä. Näiden suureiden aikaderivaatat noudattavat tiettyä luonteen-
” * omaista käyttäytymismallia silloin, kun akkukennot saavuttavat täyden varauksen. I
: 30 Varauksen lopettamiskriteeriksi on edullista valita tilanne, jossa varausvirran ja loh- • * · · .*··. kojen välisen jännite-eron aikaderivaatat ovat oleellisesti nollia, tai jossa tietty • * · 5 118197 maksimiaika on kulunut siitä, kun lohkojen välisen jännite-eron aikaderivaatta saa- : vutti positiivisen maksimiarvon.
Keksinnön mukaisesti kriteerit, joiden täyttyminen ohjaa varauksen aloittamista ja lopettamista, on ainakin osittain sidottu sellaisiin vertailuarvoihin, jotka mitataan 5 akusta itsestään sen sijaan, että varaus esimerkiksi käynnistettäisiin aina vain tietyn vakioajan kuluttua edellisestä latauksesta. Tällä saavutetaan hyvä adaptiivisuus, eli keksinnön mukainen menetelmä ja järjestelmä mukautuvat erityisen hyvin kunkin varattavan akun yksilöllisiin ominaisuuksiin.
Seuraavassa selostetaan keksintöä yksityiskohtaisemmin viitaten esimerkkinä esitet-10 tyihin edullisiin suoritusmuotoihin ja oheisiin kuviin, joissa - kuva 1 esittää tunnettua yksinkertaista varasähköjärjestelmää, ·£[ kuva 2 esittää tunnettua kehittyneempää varasähköjärjestelmää, ' ? kuva 3 esittää kaavamaisesti VRLA-akkua, kuva 4 esittää erästä keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista järjestelmää, 15 kuva 5 esittää akun jännitteen käyttäytymistä eri tilanteissa, > kuva 6 esittää erästä keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista menetelmää f . varauksen aloittamiseksi, "i m » · * · · *r • · · : kuva 7 esittää erästä keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaista mene- - : telmää varauksen aloittamiseksi, ♦ · • · · l..m 20 kuva 8 esittää varausvirran ja lohkojen välisen jännite-eron käyttäytymistä vara- *;].* uksen loppuvaiheessa, • · · * · · kuva 9 esittää erästä keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista menetelmää ; varauksen lopettamiseksi, • ,·'· • · · • · ♦ * kuva 10 esittää keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisen järjestelmän toi- ”·*: 25 mintaa tilakaaviona ja * . kuva 11 esittää erästä keksinnön toisen edullisen suoritusmuodon mukaista järjes- « · i telmää.
···.
• · * · *** 6 118197
Edellä tekniikan tason selostuksen yhteydessä on viitattu kuviin 1 ja 2, joten seuraa-vassa keksinnön ja sen edullisten suoritusmuotojen selostuksessa viitataan lähinnä kuviin 3 - 11. Kuvissa käytetään toisiaan vastaavista osista samoja viitenumerolta.
Kuva 3 esittää VRLA-akkua eli stringiä 300, joka koostuu sarjaan kytketyistä loh-5 koista 301, 302, 303 ja 304. Kukin lohko käsittää yhtä monta kennoa; kennoja ei ole erikseen esitetty kuvassa 3. Stringissä olevien lohkojen määrä riippuu siitä, kuinka monta kennoa kukin lohko sisältää. Tavallisia lohkojen lukumääriä ovat 4, 6, 8 ja 24. Yhden lohkon yli olevaa jännitettä voidaan merkitä uBi:llä, missä i = 1, 2, 3 tai 4.
Stringin läpi kulkevaa virtaa voidaan merkitä lBillä ja sen etumerkki on kuvassa va-10 littu siten, että varausvirta eli stringin positiiviseen napaan suuntautuva virta merkitään positiivisena.
Kuva 4 esittää järjestelyä, jossa kuvan 3 mukainen VRLA-akku 300 on kytketty kyt- , kentä-ja varauslaitteeseen eli IBCM-moduliin 401. Vasemmalle suuntautuva kaksinapainen linja 400 muodostaa tulo- ja lähtölinjan, jolla kuvan 4 mukainen jäijestely 15 voidaan liittää tasasuuntaajien ja kuorman väliseen syöttölinjaan (ei esitetty kuvassa). IBCM-moduli 401 koostuu kytkin- ja vakavointilohkosta 402 ja ohjauslohkosta 403. Niiden välillä on kaksisuuntainen yhteys siten, että ohjauslohko 403 saa tiedon kytkin- ja vakavointilohkon 402 tilasta ja pystyy ohjaamaan sen toimintaa. Kytkin-ja vakavointilohko 402 on kytketty VRLA-akun 300 positiiviseen ja negatiiviseen ? 20 napaan. VRLA-akusta 300 on joukko mittausyhteyksiä objauslohkoon 403 siten, # ^ että ohjauslohko pystyy mittaamaan kunkin lohkon jännitteen uBj erikseen sekä li- i * · · , . -3- saksi varausvirran iB ja VRLA-akun lämpötilan TB. ·; • · · • · · • : Kuvassa 4 esitetty mittausjärjestely suureiden uBi, iB ja TB mittaamiseksi on luon- nollisesti vain esimerkinomainen. Keksinnön kannalta ei ole oleellista, miten ko.
• · 25 suureiden arvot mitataan tai määritetään, kunhan ne ovat ohjauslohkon 403 käytet- ♦ tävissä. Kuvassa 4 on myös esitetty selvyyden vuoksi vain yksi VRLA-akku 300, vaikka keksinnön soveltamisen kannalta on samantekevää, kuinka monta akkua on ... kytketty tiettyyn IBCM-moduliin. Jokaista IBCM-moduliin kytkettävää akkua voi- • # · daan käsitellä itsenäisenä yksikkönä siihen tapaan kuin kuvassa 4 on esitetty koskien *** ' 30 akkua 300.
• .
• · · · · * ·
Kytkin- ja vakavointilohko 402 on mitoitettu siten, että se pystyy tuottamaan tietyn l • · . varausjännitteen Uc ja tietyn varausvirran Ic. Näiden suurimmat mahdolliset arvot • « : täytyy valita siten, että ne ovat mahdollisimman suuria, mutta kuitenkin pienempiä * * * kuin käytössä olevien akkujen kannalta haitallinen taso. Varausvirran maksimiarvon 35 määrittämisessä on lisäksi otettava huomioon se, ettei liian suurella varausvirran ar- 11 81 97 η volla aiheuteta kohtuuttomia vaatimuksia laitteiston komponenteille. Mitä suurempi il on varausvirran suurin mahdollinen arvo, sitä nopeammin akut saadaan varattua täyteen, mutta sitä kalliimpia komponentteja on käytettävä kytkin- ja vakavointiloh-kon 402 toteutuksessa. Optimaalinen varausvirran suurin arvo voidaan valita määrit-5 telemällä varaukseen kuluvalle ajalle jokin hyötyfunktio ja ratkaisemalla kaksiulotteinen optimointiongelma, jonka ulottuvuuksia ovat valmistuskustannukset ja mainittu varausaikaa kuvaava hyötyfunktio.
Kuvassa 4 on oletettu, että kytkin- ja vakavointilohko noudattaa ns. vakiovirran ja vakiojännitteen periaatetta. Tämä tarkoittaa, että kun varaus käynnistyy, sitä rajoit-10 taa aluksi tietty varausvirran maksimiarvo. Varausjännite kohoaa vakiovirralla tapahtuvan varauksen aikana kohti maksimiarvoaan. Kun varausjännitteen maksimiarvo on saavutettu, varausvirta pienenee nopeasti, koska varausta rajoittaa nyt varaus-jännitteen maksimiarvo. ;
Kuva 5 havainnollistaa periaatteen tasolla kuvan 4 mukaisen järjestelyn toimintaa.
15 Pystysuora akseli kuvaa akun jännitettä ja vaakasuora akseli kuvaa aikaa joissain mielivaltaisissa yksiköissä. Jänniteakselille on merkitty varauksen maksimijännite Uc ja tietty minimijännite Umin- Valmiustilassa jäijestelyn toiminta noudattaa sykliä, jossa toistuvat akun sisäisestä itsepurkauksesta johtuva jännitteen lineaarinen lasku Uc-Stä Uivmriin ja sitä seuraava, varauksen päällekytkeytymisestä seuraava ' 20 nopea jännitteen nousu takaisin Ucihen. Purkaustilassa hetkien 501 ja 502 välillä akku on kytkin- ja vakavointilohkon värityksellä kytketty kuormaan, jolloin akun • · · *" jännite laskee varauksen purkautuessa. Paluu valmiustilaan tarkoittaa, että syklisesti • · · vuorottelevat varaus-ja itsepurkausjaksot jatkuvat. Keksinnön kannalta oleellisinta • · · ; ·[ kuvassa 5 on se, miten valitaan kriteerit varauksen aloittamiselle ja lopettamisella ·. *: 25 valmiustilan aikana, jotta varauksen ohjaus toimii optimaalisesti myös normaalin * * * V : purkauksen jälkeen.
• · · t I I * * *
Lyijyakun kemiallista toimintaa kuvaavasta teoriasta tunnetaan ns. Nemstin yhtälö, ... jonka mukaan kennon lepojännitteen uocv ja happotiheyden SG (engl. specific gravi- .*.. ty) välillä on likipitäen lineaarinen yhteys, jota voidaan 25°C (= 298 K) lämpötilassa ? * * * * 30 kuvata yhtälöllä • * · · · ....: uocv = 0,84 + SG. 0) • Jos lepojännitteen muutosta kuvataan Äuocv:llä ja happotiheyden muutosta vastaa- • * · · .···. vasti ASGillä, voidaan siis yhtälön (1) perusteella kirjoittaa * · · ÄUocv- ASG. (2) 118197 ‘
A
R
Toisaalta tiedetään myös, että kennon kapasiteetin C ja happotiheyden SG välillä on oleellisesti lineaarinen yhteys verrannollisuuskertoimella k, joten voidaan kirjoittaa > AC = kASG (3) ja yhtälöiden (2) ja (3) perusteella 5 Auocv = AC/k. (4)
Samassa lohkossa olevien kennojen voidaan katsoa toimivan keskenään samalla tavalla, jolloin tietyn i.nnen lohkon kokonaislepojännitteen muutos AuBi,ocv saadaan yksinkertaisesti kertomalla yhtä kennoa koskeva tulos kennojen lukumäärällä n eli
Au Bi,ocv ~ (n/k)AC. (5) 10 Kennon lepojännitteen muutos sen kapasiteetin prosentuaalisen muutoksen suhteen on kennokohtaisesti vakio, jonka arvo voidaan arvioida teoreettisesti. Akkujen valmistajat toimittavat yleensä tarkan arvon, joka perustuu mittauksiin. Jos tätä vakiota merkitään L:llä, sen määritelmä voidaan kirjoittaa L = Auocv/[100(AC/C)J, (6) 15 mistä voidaan johtaa tiettyä kennon lepojännitteen muutosta AuoCV vastaava kapasiteetin prosentuaalinen muutos ;.i.: Auocv = L[100(AC/C)] (7) > «M • · * • « · «
Lisäksi tunnetaan lyijyakun kennon lepojännitteen lämpötilakäyttäytyminen, joka ’· '· noudattaa kaavaa • · • * * « * 0'· 20 Auocv / AT = 0,23 mV/K (8) • · « • * * • t · ja on suoraan yleistettävissä kokonaisen lohkon lepojännitteen lämpötilakäyttäyty-... miseen kertomalla yhtälön (7) mukainen vakioarvo lohkossa olevien kennojen lu- kumäärällän.
• · · * · # • ···.’·.
Oletetaan, että tietyn i:nnen lohkon lepojännite tunnetaan hetkellä tl. Jos halutaan • ♦ ttttl 25 asettaa minimiarvo uBii0Cv,min, johon lepojännite saa tästä laskea siten, että lohkon ka-• · . pasiteetti ei pienene enempää kuin tietyn prosentuaalisen osuuden (AC/C) 100 ver- · • · ·.: ; ran, tälle minimiarvolle voidaan edellä esitettyjen yhtälöiden (1) - (8) nojalla kirjoit- ! taa kaava ··♦
118197 I
9 'I
uBi,ocv,min * uBiocv(tl) + n-0,23^^-(TB -TB(tl))-n-L·^· 100, (9) f jossa UBi,ocv(tl) = i.nnen lohkon lepojännite hetkellä tl, n = kennojen lukumäärä lohkossa, , TB = lohkon lämpötila tarkasteluhetkellä, 5 TB(tl) = lohkon lämpötila hetkellä tl, L = vakio, joka kuvaa kapasiteetin prosentuaalisen muutoksen vaikutusta kennojännitteeseen ja (ΔΟ/C)· 100 = suurin sallittu kapasiteetin prosentuaalinen vähentymä tarkastelujakson aikana. :| 10 Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti kaavaa (9) käytetään kuvassa 5 esitetyn minimijännitteen UMin määrittämiseen. Koska akussa on useita lohkoja, joiden valmistustoleransseista ja yksilöllisistä ominaisuuksista johtuen niiden lepo- ! jännitteet ovat hiukan erisuuruisia, noudatetaan edullisimmin kuvassa 6 esitettyä menetelmää, jota selostetaan seuraavassa.
15 Tila 601 on lähtötila, jossa mitataan jokaisen lohkon lepojännite tilassa, jossa akku S
on oleellisesti täyteen varattu. Kyseessä on tällöin edellä esitetty ajankohta tl, joten • · · '·♦·* mittaustuloksia merkitään UBiocv(tl):llä, missä indeksi i saa yhtä monta arvoa kuin • · · * V : tarkasteltavassa akussa on lohkoja. Lyijyakun kennon jännite asettuu varsinaiseen ·· · • lepojännitearvoon vasta tietyn ajan (n. 1 - 2 vrk) kuluttua edellisen varauksen päät- v :\i 20 tymisestä, joten on edullisinta valita hetki tl siten, että edellisen varauksen päätty- misestä on kulunut vähintään 24 tuntia. Sopivin arvo ajalle, joka erottaa varauksen » päättymisen hetkestä tl, voidaan etsiä kokeilemalla.
*
Tilassa 601 valitaan lisäksi mittaustuloksista pienin. Oletetaan, että pienin lepojänni- f *·* : te mitattiin j.nnestä lohkosta, jolloin tilassa 601 valittua pienintä aivoa voidaan • 4 · v : 25 merkitä uBj,ocv(tl):llä. Tästä lähtien tarkastellaan vain kyseistä j:nnettä lohkoa.
* 1 * ·»**·'> ' ] Tilassa 602 lasketaan kaavaa (9) käyttäen minimiarvo, johon lepojännite saa laskea *# * siten, että kapasiteetti ei pienene enempää kuin tietyn ennalta määrätyn prosentuaa- : lisen osuuden verran. Minimiarvon laskemiseksi kaavaan (9) sijoitetaan nimen- :***; omaan valittu pienin arvo uB;0Cv(tl), joten laskettua minimiarvoa voidaan merkitä • « · 30 uBj,ocv,mmdlä. Tila 602 on osa silmukkaa, jossa tarkkaillaan sitä, miten sen j:nnen loh- • ( 10 ' ' 11 81 97 'a kon lepojätmite laskee, jonka lepojännitteen havaittiin olevan pienin tilassa 601. Ti-lat 603 ja 604 muodostavat silmukan muut osat. Silmukkaa kierretään, kunnes j:nnen lohkon lepojännite saavuttaa tilassa 602 lasketun minimiarvon tai kunnes edellisestä varauksesta on kulunut tietty enimmäisaika te,,,*. Kumman tahansa näistä 5 kriteereistä täyttyminen johtaa tilaan 605, jossa akun varaus käynnistetään. -v!
Edellä esitetty yksinkertainen suoritusmuoto perustuu siihen, että lepojännitteen laskua tarkkaillaan vain yhdessä lohkossa. Keksinnöstä voidaan esittää myös muunlaisia suoritusmuotoja. Kuvassa 7 on esitetty suoritusmuoto, jonka lähtötilassa 701 mitataan taas jokaisen lohkon lepojännite hetkellä, jolloin akku on oleellisesti täy-10 teen varattu ottaen huomioon edellä esitetty lepojännitteen asettumisaika. Mittaustuloksia merkitään jälleen uBij0CV(tl):llä, missä indeksi i saa yhtä monta arvoa kuin tai-kasteltavassa akussa on lohkoja.
Kuvan 7 esittämässä suoritusmuodossa ei kuitenkaan aseteta mitään mittaustulosta * etusijalle, vaan tilassa 702 lasketaan kaavaa (9) käyttäen kullekin lohkolle lohkokoh-15 täinen minimiarvo, johon lepojännite saa laskea siten, että kapasiteetti ei pienene enempää kuin tietyn ennalta määrätyn prosentuaalisen osuuden verran. Lohkokoh- : täisen minimiarvon laskemiseksi kaavaan (9) sijoitetaan kulloinkin kyseisestä lohkosta mitattu lepojännitteen arvo uB;j0CV(tl).
Tila 702 on jälleen osa silmukkaa, jossa tarkkaillaan tällä kertaa sitä, miten kunkin 20 lohkon lepojännite laskee. Tilat 703 ja 704 muodostavat silmukan muut osat. Sitä kienetään, kunnes jonkin lohkon lepojännite saavuttaa sille tilassa 702 lasketun loh- * · · : kokohtaisen minimiarvon tai kunnes edellisestä varauksesta on kulunut tietty enirn- ;'*]·* mäisaika tcmax. Kumman tahansa näistä kriteereistä täyttyminen johtaa tilaan 705, ; :\| jossa akun varaus käynnistetään.
a · · » I » 25 Edellä esitettyjen suoritusmuotojen lisäksi voidaan esittää keksinnön suoritusmuoto- « t t *** ’ ja, joissa minimiarvojen laskennassa ja lohkokohtaisten lepojännitteiden tarkkailussa ä sovelletaan jotain lohkojen välisiä laskutoimituksia. Kaikki tarkasteltavat jännitteet ! voidaan esimerkiksi ottaa lohkojen välisinä keski- tai mediaaniarvoina. Tällöin kui- • · · V ** tenkin menetetään osa keksinnön mukaisen menetelmän eduista, koska lohkokoh- I t 30 täistä informaatiota katoaa.
• : Seuraavaksi tarkastellaan sitä, milloin akun varaus kannattaa lopettaa eli miten kek- • sinnön mukainen järjestely toimii kuvassa 5 esitetyn varauksen maksimijännitteen • « · * .·**. Uc läheisyydessä. Kuva 8 esittää kokeellista mittausta, jossa käyrä 801 esittää vara- • · ♦ ' f usvirran iB arvoa suhteessa varausvirran maksimiarvoon ja käyrä 802 esittää lohko- 118197 π jännitteiden uBi suurimman eron arvoa Aumax, joka voidaan matemaattisesti määritel- "tl lä kaavalla
Aumax = maxiU2[uBii -uBi2]. (10)
Kuvassa 8 vaaka-akseli edustaa aikaa ja pystyakseli sekä varausvirran suhteellista 5 arvoa että lohkojännitteiden suurimman eron arvoa; yksiköillä ei ole merkitystä.
Hetkellä 803 saavutetaan edellä mainittu varausjännitteen maksimiarvo Uc, jolloin varausvirta alkaa nopeasti pienentyä: sen aikaderivaatta (diB / dt) on suuri ja negatiivinen. Samanaikaisesti lohkojännitteiden uBl suurimman eron arvo Aumax kasvaa voimakkaasti, koska ensimmäisenä täyteen varautuneen lohkon jännite kasvaa ja 10 muiden lohkojen jännite vastaavasti pienenee: aikaderivaatta (dAumax/dt) on siis suuri ja positiivinen. Kun muutkin kennot varautuvat kukin vuorollaan täyteen, varausvirran aikaderivaatan (diB / dt) itseisarvo pienenee. Lohkojännitteiden suurimman eron aikaderivaatta (dAumax / dt) muuttuu ensin negatiiviseksi ja voi sen jälkeen oskilloida joitakin kertoja nollan molemmin puolin, mutta alkaa lopulta lähestyä ta-15 saisesti nollaa. Hetkellä 804 molemmat derivaatat (diB / dt) ja (dAumax / dt) ovat ; oleellisesti nollia, eli itseisarvoltaan pienempiä kuin tietty pieni kynnysarvo.
Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti varauksen lopettaminen tapahtuu siten kun on esitetty kuvan 9 vuokaaviossa. Tilassa 901 todetaan, että aikaderivaatta (diB / dt) on suuri ja negatiivinen ja aikaderivaatta (dAumax / dt) on suuri ja positiivi- 20 nen. Kynnysarvot sille, milloin aikaderivaattojen arvoja pidetään suurena, voidaan \i.: etsiä kokeilemalla. Tilat 902 ja 903 muodostavat silmukan, jonka tarkoituksena on • · · : tarkkailla lohkojännitteiden suurimman eron aikaderivaattaa (dAumax/dt) peräkkäi- i'**: sinä ajanhetkinä ja tallentaa tieto siitä, milloin se saavutti suurimman arvonsa. Kun tämä tieto on tallennettu eli suurempia arvoja ei enää havaita, siirrytään tilaan 904, 25 jossa tarkkaillaan sitä, miten molempien aikaderivaattojen (diB / dt) ja (dAumax / dt) itseisarvot pienenevät kohti nollaa. Tilat 904 ja 905 muodostavat silmukan, jota kierretään, kunnes molemmat aikaderivaatat (diB / dt) ja (dAumax / dt) ovat oleelli-sesti nolla tai kunnes tietty ennalta määrätty maksimiaika tmax on kulunut siitä, kun • * » lohkojännitteiden suurimman eron aikaderivaatta (dAumax/ dt) saavutti suurimman \ * 30 arvonsa. Positiivinen havainto kummassa tahansa tiloista 904 ja 905 aiheuttaa siir- *:··: tymisen tilaan 906, jossa varaus lopetetaan.
• · . Kuvan 9 mukaiseen menetelmään voidaan tehdä muutoksia ja lisäyksiä poikkeamat- : ta keksinnön mukaisesta periaatteesta. Varauksen lopettamiseen voidaan esimerkiksi • · · :...ί lisätä rajoitus, jonka mukaan varaus lopetetaan myös, jos tietty maksimiaika on ku- 35 lunut sen aloittamisesta, vaikka kumpikaan tilojen 904 ja 905 mukaisista kriteereistä 12 118197 ei olisikaan täyttynyt. Lisäksi varauksen lopettaminen voidaan tehdä riippuvaiseksi akun mitatusta lämpötilasta siten, että tietyn ennalta asetetun kynnyslämpötilan f ylittäminen aiheuttaa aina varauksen lopettamisen.
Kuva 10 on tilakaavio, joka kuvaa keksinnön mukaisen varasähköjärjestelmän toi-5 mintaa. Siinä on määritelty kolme tilaa, jotka ovat valmiustila ilman varausta 1001, valmiustila varauksen kanssa 1002 ja tila 1003, jossa sähköenergiaa puretaan akusta kuormaan. Keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaisesti siirtymä tilasta 1001 tilaan 1002 tapahtuu, kun jokin niistä kriteereistä täyttyy, joita on selostettu edellä kuvien 6 ja 7 yhteydessä. Vastaavasti siirtymä tilasta 1002 tilaan 1001 tapahtuu, kun 10 jokin niistä kriteereistä täyttyy, joita on selostettu edellä kuvien 8 ja 9 yhteydessä.
Siirtymä tilaan 1003 tapahtuu sinänsä tunnetulla tavalla silloin, kun tasasuuntaaja tai tasasuuntaajat, jotka voivat sinänsä olla tekniikan tason mukaisia, eivät syystä tai toisesta pysty syöttämään kuormaan sen vaatimaa sähköenergiaa. Vastaavasti kun I
tasasuuntaajien syöttöhäiriö poistuu, varasähköjärjestelmä palaa sinänsä tunnetulla Γ 15 tavalla tilaan 1002, josta paluu tilaan 1001 tapahtuu sitten, kun varaus edellä mainittujen kriteerien mukaisesti lopetetaan.
Kuva 11 esittää erästä tapaa keksinnön laajentamiseksi järjestelmään, jossa on useita rinnan kytkettyjä VRLA-akkuja. Kuvassa on esitetty kaksi akkua 300’ ja 300”, mutta keksintö ei mitenkään rajoita järjestelmään kytkettyjen akkujen määrää. Ku- 20 van 11 esittämässä järjestelmässä kutakin akkua käsitellään mittauksissa erikseen, t (>i eli varausvirran mittaus, lämpötilan mittaus ja lohkojen jännitteiden mittaukset teh- • · ♦ dään kussakin akussa erikseen. Akut on kuitenkin kytketty varauksen kannalta rin-• · * * ' nan, joten järjestelmässä joko varataan kaikkia akkuja tai ei varata mitään akkua.
* * * :p ·] Edellä selostettujen suoritusmuotojen kannalta tämä tarkoittaa, että mikäli käytetään \’*! 25 kuvan 6 mukaista kriteeriä varauksen aloittamiseksi, koko akustosta etsitään se loh- • · · V : ko, jonka lepojännite hetkellä tl on pienin, ja kaikkien akkujen yhteinen varaus • » « V ·* aloitetaan, kun kyseisen lohkon lepojännite saavuttaa sille määritellyn minimiarvon.
Kuvan 7 mukaisessa suoritusmuodossa koko akustossa valvotaan kaikkien lohkojen lepojännitettä erikseen ja venataan kutakin niistä lohkokohtaiseen minimiarvoon.
♦ 30 Vastaavasti jos sovelletaan kuvan 9 mukaista suoritusmuotoa varauksen lopettami-• t seksi, varaus lopetetaan, kun kaikissa akuissa varausvirran ja lohkojen jännite-eron [ aikaderivaatat ovat oleellisesti nollia tai kun maksimiaika on kulunut siitä, kun jos- sakin akussa havaittiin derivaattojen suuret aivot, tai jos jossakin akussa mitataan • tiettyä kynnysarvoa suurempi lämpötila.
• · · · ♦ · » • · *···* 35 Järjestelmässä, jossa on useita akkuja, voidaan myös kytkeä akut yksilöllisin kytken- tävälinein IBCM-moduliin, jolloin kutakin akkua voidaan varata erikseen tarpeen 13 ; 118197 τ£; mukaan. Tällöin lBCM-modulin rakenteesta tulee kuitenkin varsin monimutkainen.
Kuvan 11 mukaista suoritusmuotoa voidaan yksinkertaistaa siten, että varausvirtaa ei mitata kustakin akusta erikseen vaan mitataan vain koko akuston yhteistä varaus- ; virtaa.
5 Edellä on käsitelty vain järjestelmiä, joissa akuston tilaa kuvaavien jännite- ja virta-arvojen mittaus ja seuranta tapahtuvat paikallisesti oleellisesti samassa yksikössä, joka myös kytkee akun tarvittaessa varausvirtalähteeseen ja irti siitä. Keksintöä voidaan kuitenkin soveltaa myös siten, että akuston tilaa voidaan tarkkailla ja kytkentä-komennot antaa paikallisen yksikön lisäksi tai asemesta jonkin kaukokäyttöjärjes-10 telmän kautta. Tällöin paikallisesti akuston yhteydessä ei välttämättä tarvitse olla kuin tarvittavat mittausanturit, kytkimet ja telemetrialaitteet, joilla mittaustulokset välitetään eteenpäin ja kytkentäkomennot vastaanotetaan esimerkiksi Internetin tai puhelinverkon kautta.
Edellä esitettyjä keksinnön piirteitä voidaan soveltaa monin tavoin yhdessä tai erik-15 seen. On esimerkiksi mahdollista käyttää edellä esitettyä keksinnön mukaista menetelmää vain akun varauksen käynnistämiseksi ja lopettaa varaus tietyn vakiovaraus-ajan kuluttua tai silloin, kun varauksen maksimijännite on saavutettu. Toisaalta akun varaus voidaan käynnistää jonkin muun kriteerin mukaan ja käyttää edellä esitettyä keksinnön mukaista menetelmää vain akun varauksen lopettamiseksi. Edullisin tulos 20 saavutetaan kuitenkin siten, että keksintöä sovelletaan sekä varauksen käynnistämi-.... seksi että sen lopettamiseksi.
» » I
* · » • · · • · · fc · · ....
• · · • · · • · • · ···' • 1 2 3· Ψ · ♦ · · • · · • · ♦ ·' • « · « · · • · · • » · • · · • 1 · • « · • · · * • · • « ,7' • 1 · ··· • « · · - · '·*' · » 2 • · • · , 3
Claims (14)
1. Varasähköjärjestehnä tietyn kuorman sähkönsaannin turvaamiseksi, käsittäen - akun (300, 300’, 300”), joka koostuu lohkoista (301, 302, 303, 304) - kytkinvälineet (402) akun ehdolliseksi kytkemiseksi kuormaan tai varausvirtaläh-5 teeseen - mittaus- ja ohjausvälineet (403) akun tilaa kuvaavien mittaustulosten tuottamiseksi ja kytkinvälineiden (402) ohjaamiseksi tuotettujen mittaustulosten perusteella; tunnettu siitä, että mittaus-ja ohjausvälineet (403) on jäljestetty - mittaamaan lohkokohtainen lepojännitteen alkuarvo (uBi,ocv(tl)) varatusta akusta 10. tuottamaan mitatusta lohkokohtaisesta lepojännitteen alkuarvosta tietty kynnysarvo (UBi ,ocv,min) - vertaamaan mitattua lohkokohtaista lepojännitearvoa (uBj) kynnysarvoon -vasteena havaintoon, jonka mukaan mitattu lohkokohtainen lepojännitearvo on saavuttanut kynnysarvon, ohjaamaan kytkinvälineet (402) kytkemään akku (300, 15 300’, 300”) tiettyyn varausvirtalähteeseen. | • :1·
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varasähköjärjestelmä, tunnettu siitä, että ··· mittaus-ja ohjausvälineet (403) on lisäksi järjestetty · ·1 · • · · ; ·' - mittaamaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen (die / dt) • 1 S • M » · -mittaamaan lohkojen välisen jännite-eron muutoksen aivo ajan suhteen 20 (dAumax/dt) - vasteena havaintoon, jonka mukaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen V : (diB / dt) on palautunut negatiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi ja lohkojen vä- • · 1 f ! lisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen (dAumax / dt) on palautunut positiivi- sesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi, ohjaamaan kytkinvälineet (402) kytkemään 25 akku (300, 300’, 300”) irti varausvirtalähteestä. • · ···
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varasähköjärjestelmä, tunnettu siitä, että ··♦ · kytkinvälineet (402) on järjestetty kytkemään akku ehdollisesti varausvirtalähtee- 118197 --•Jl seen, joka on sama kuin virtalähde, joka on jäljestetty syöttämään sähköenergiaa ^ mainittuun kuormaan.
4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen varasähköjärjestelmä, tunnettu siitä, että kytkinvälineet (402) on jäljestetty kytkemään akku ehdollisesti varausvirtalähtee- 5 seen, joka ei ole sama kuin virtalähde, joka on järjestetty syöttämään sähköenergiaa mainittuun kuormaan.
5. Varasähköjärjestelmä tietyn kuorman sähkönsaannin turvaamiseksi, käsittäen - akun (300, 300’, 300”), joka koostuu lohkoista (301, 302, 303, 304) - kytkinvälineet (402) akun ehdolliseksi kytkemiseksi kuormaan tai varausvirtaläh-10 teeseen - mittaus- ja ohjausvälineet (403) akun tilaa kuvaavien mittaustulosten tuottamiseksi ja kytkinvälineiden (402) ohjaamiseksi tuotettujen mittaustulosten perusteella; tunnettu siitä, että mittaus-ja ohjausvälineet on jäljestetty - mittaamaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen (die / dt) 15 -mittaamaan lohkojen välisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen (d/\umax / dt) .¾. * · · -vasteena havaintoon, jonka mukaan varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen { « · (dig / dt) on palautunut negatiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi ja lohkojen vä- : ·* lisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen (dAumax / dt) on palautunut positiivi- • · •V·; 20 sesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi, ohjaamaan kytkinvälineet (402) kytkemään : akku (300,300’, 300”) irti tietystä varausvirtalähteestä. ’ • * · v ·
6. Menetelmä sellaisen varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi, joka käsit-tää akun (300, 300’, 300”), joka koostuu lohkoista (301, 302, 303, 304), tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa * · * 25. mitataan (601, 701) varatusta akusta lohkokohtainen lepojännitteen alkuarvo • · '-4 • -tuotetaan (602, 702) mitatusta lohkokohtaisesta lepojännitteen alkuarvosta tietty f • ^ J kynnysarvo j • · « * • · « *···* - verrataan (603, 703) mitattua lohkokohtaista lepojännitearvoa kynnysarvoon 118197 -vasteena havaintoon, jonka mukaan mitattu lohkokohtainen lepojännitearvo on saavuttanut kynnysarvon, kytketään (605, 705) akkuun varausvirta. f
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että γ - varatusta akusta mitataan (601) erikseen jokaisen lohkon lepojännitteen alkuarvo 5. mitatuista lohkokohtaisista lepojännitteen alkuarvoista valitaan (601) pienin - valitusta pienimmästä lohkokohtaisesta lepojännitteen alkuarvosta tuotetaan (602) kulloistakin ajanhetkeä vastaava kynnysarvo, joka on lepojännitteen alkuarvo vähennettynä ensimmäisellä jännitearvolla, joka vastaa suurinta sallittua lohkon kapasiteetin laskua purkautumisen seurauksena, ja korjattuna toisella jännitearvolla, 10 joka vastaa lohkon lepojännitteen muutosta lämpötilan muutoksen seurauksena ' - lepojännitearvo, jota verrataan (603) kynnysarvoon, mitataan samasta lohkosta, γ jonka lepojännitteen alkuarvon perusteella kynnysarvo tuotetaan.
8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kulloistakin ajanhetkeä vastaava kynnysarvo tuotetaan kaavalla 15 =«bi^(‘1) + »-0^3^-(Tb -TB(tl))-»-L-^-I0O, Y . jossa UBil0Cv(tl) = iinnen lohkon lepojännite hetkellä tl, • · · • · * • · « : £ i n = kennojen lukumäärä lohkossa, f • * * **#· * '. TB = lohkon lämpötila tarkasteluhetkellä, • · Γ ♦ · . ' A V : Te(tl) = lohkon lämpötila hetkellä tl, • · · * ♦ · • · ♦
20 L = vakio, joka kuvaa kapasiteetin prosentuaalisen muutoksen : ; ... vaikutusta kennojännitteeseen ja • · · ··· V : (AC/C)-100 = suurin sallittu kapasiteetin prosentuaalinen vähentymä tar- kastelujakson aikana. • ·
9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lohkokohtai- * • 25 nen lepojännitteen alkuarvo mitataan (601) vähintään 24 tunnin kuluttua akun edel- • ♦ · * .*·*. lisen varauksen päättymisestä. 118197
10. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 'fA - varatusta akusta mitataan (701) erikseen jokaisen lohkon lepojännitteen alkuarvo - kustakin lohkokohtaisesta lepojännitteen alkuarvosta tuotetaan (702) kulloistakin · ajanhetkeä vastaava lohkokohtainen kynnysarvo, joka on kyseisen lohkon lepojän- 5 niiteen alkuarvo vähennettynä ensimmäisellä jännitearvolla, joka vastaa suurinta sallittua lohkon kapasiteetin laskua purkautumisen seurauksena, ja korjattuna toisella jännitearvolla, joka vastaa lohkon lepojännitteen muutosta lämpötilan muutoksen seurauksena - lepojännitearvo, jota verrataan kynnysarvoon, mitataan (703) erikseen jokaisesta 10 lohkosta, jolloin mitattua lepojännitearvoa verrataan saman lohkon lepojännitteen alkuarvon perusteella tuotettuun kynnysarvoon.
11. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheen, jossa vasteena havaintoon (604, 704), jonka mukaan akun edellisestä varauksesta kulunut aika on saavuttanut tietyn maksimiajan, kytketään (605, 705) 15 akkuun varausvirta.
12. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheet, joissa -mitataan (901) varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen • · · ·>' * * * r *,: *: - mitataan (901) lohkojen välisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen ·· · • · · • · \\ 20 - vasteena havaintoon (904), jonka mukaan varausvirran muutoksen arvo ajan suh- * · · Λ Λ Λ teen on palautunut negatiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi ja lohkojen välisen • · · * ;* * jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen on palautunut positiivisesta ääriarvosta • « · *·* * oleellisesti nollaksi, kytketään (906) akku irti varausvirrasta.
13. Menetelmä sellaisen varasähköjäijestelmän toiminnan ohjaamiseksi, joka käsit- • 25 tää akun, joka koostuu lohkoista, tunnettu siitä, että se käsittää vaiheet, joissa ·;··· -mitataan (901) akun varausvirran muutoksen arvo ajan suhteen ·····; . - mitataan (901) lohkojen välisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen • · 'y' * * * * · » 4 · · 4 .*♦·. - vasteena havaintoon (904), jonka mukaan varausvirran muutoksen arvo ajan suh teen on palautunut negatiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi ja lohkojen välisen « :-.¾ 118197 jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen on palautunut positiivisesta ääriarvosta oleellisesti nollaksi, kytketään (906) akku irti varausvirrasta. |
14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheen, jossa vasteena havaintoon (905), jonka mukaan siitä, kun lohkojen 5 välisen jännite-eron muutoksen arvo ajan suhteen saavutti mainitun positiivisen ääriarvon, kulunut aika on saavuttanut tietyn maksimiajan, kytketään (906) akku irti varausvirrasta.
10 Patentkrav li
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI992396A FI118197B (fi) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi |
| US10/111,584 US7015699B1 (en) | 1999-11-05 | 2000-11-03 | Standby electric supply and a method for controlling the operation of a standby electric supply |
| EP00976091A EP1238453B1 (en) | 1999-11-05 | 2000-11-03 | Uninterrupted power supply (ups) comprising a controller for charging an accumulator and a method for controlling charging |
| PCT/FI2000/000962 WO2001033690A1 (en) | 1999-11-05 | 2000-11-03 | Standby electric supply and a method for controlling the operation of a standby electric supply |
| DE60003581T DE60003581T2 (de) | 1999-11-05 | 2000-11-03 | Unterbrechungsfreie stromversorgung (usv) mit einer kontrollvorrichtung zum laden einer batterie und verfahren zum laden |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI992396 | 1999-11-05 | ||
| FI992396A FI118197B (fi) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI19992396A FI19992396A (fi) | 2001-05-06 |
| FI118197B true FI118197B (fi) | 2007-08-15 |
Family
ID=8555566
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI992396A FI118197B (fi) | 1999-11-05 | 1999-11-05 | Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7015699B1 (fi) |
| EP (1) | EP1238453B1 (fi) |
| DE (1) | DE60003581T2 (fi) |
| FI (1) | FI118197B (fi) |
| WO (1) | WO2001033690A1 (fi) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6555991B1 (en) * | 2002-02-05 | 2003-04-29 | Andrew Michael Zettel | Battery operating condition dependent method and apparatus for controlling energy transfer between an energy bus and a system of batteries |
| US6909200B2 (en) | 2002-02-28 | 2005-06-21 | Azure Dynamics Inc. | Methods of supplying energy to an energy bus in a hybrid electric vehicle, and apparatuses, media and signals for the same |
| JP5448408B2 (ja) * | 2008-10-15 | 2014-03-19 | 三菱重工業株式会社 | 二次電池制御システム |
| TWI448886B (zh) * | 2011-07-28 | 2014-08-11 | Quanta Comp Inc | 伺服器機櫃系統及其控制方法 |
| DE102013225243A1 (de) | 2013-12-09 | 2015-06-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zum Übertragen eines minimalen und/oder eines maximalen Wertes eines Batteriesystemparameters und Batteriesystem zur Ausführung eines solchen Verfahrens |
| JP2015092816A (ja) * | 2014-11-28 | 2015-05-14 | 日本電気株式会社 | 電源システム、電源制御方法、電源制御装置、及び、プログラム |
| US10957445B2 (en) | 2017-10-05 | 2021-03-23 | Hill-Rom Services, Inc. | Caregiver and staff information system |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4473756A (en) * | 1983-05-23 | 1984-09-25 | Caloyeras, Inc. | AC Uninterruptible power system |
| SE8404690L (sv) | 1984-09-19 | 1985-05-28 | Wahlstroem Tommy | Metod att cykliskt underhallsladda ett laddningsbart for beredskapsdrift avsett batteri |
| US4629965A (en) | 1985-02-26 | 1986-12-16 | General Battery Corporation | Battery charger termination circuit |
| US4742290A (en) | 1986-06-02 | 1988-05-03 | Acme Electric Corporation | Recharging battery charger |
| KR920009364B1 (ko) * | 1990-09-19 | 1992-10-15 | 주식회사 금성사 | 충전 제어장치 |
| US5206578A (en) | 1991-10-15 | 1993-04-27 | Norvik Technologies Inc. | Monitoring system for batteries during charge and discharge |
| GB2261735A (en) | 1991-11-20 | 1993-05-26 | Chloride Silent Power Ltd | Battery monitoring and management system |
| FR2722336B1 (fr) | 1994-07-08 | 1996-08-23 | Europ Accumulateurs | Procede pour maintenir la charge d'un accumulateur et surveiller sa capacite residuelle, son etat de charge et son vieillissement |
| JPH08140206A (ja) * | 1994-11-09 | 1996-05-31 | Fuji Heavy Ind Ltd | 電気自動車のバッテリ管理方法 |
| US5581170A (en) * | 1994-12-12 | 1996-12-03 | Unitrode Corporation | Battery protector |
| JPH08265987A (ja) * | 1995-03-20 | 1996-10-11 | Integuran Kk | 直列電池の充電電圧分配装置 |
| JP3099181B2 (ja) * | 1996-09-10 | 2000-10-16 | 本田技研工業株式会社 | 蓄電器の電圧制御装置 |
| JPH11234916A (ja) * | 1998-02-16 | 1999-08-27 | Rohm Co Ltd | リチウムイオン電池パック |
-
1999
- 1999-11-05 FI FI992396A patent/FI118197B/fi not_active IP Right Cessation
-
2000
- 2000-11-03 DE DE60003581T patent/DE60003581T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2000-11-03 US US10/111,584 patent/US7015699B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-03 WO PCT/FI2000/000962 patent/WO2001033690A1/en active IP Right Grant
- 2000-11-03 EP EP00976091A patent/EP1238453B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1238453B1 (en) | 2003-06-25 |
| FI19992396A (fi) | 2001-05-06 |
| US7015699B1 (en) | 2006-03-21 |
| EP1238453A1 (en) | 2002-09-11 |
| WO2001033690A1 (en) | 2001-05-10 |
| DE60003581D1 (de) | 2003-07-31 |
| DE60003581T2 (de) | 2004-04-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11050281B2 (en) | Systems and methods for enhancing the performance and utilization of battery systems | |
| US9966780B2 (en) | Extended life battery | |
| CN102474123B (zh) | 电池充电方法及装置 | |
| US7633265B2 (en) | Secondary-battery management apparatuses, secondary-battery management method, and secondary-battery management program | |
| US6137292A (en) | Self-adjusting battery diagnostic method for continuously providing best prediction of battery reserve time | |
| EP2367261A2 (en) | Direct-current power source apparatus | |
| US20110234167A1 (en) | Method of Predicting Remaining Capacity and Run-time of a Battery Device | |
| US20050156577A1 (en) | Method for charge control for extending Li-Ion battery life | |
| EP1977493A1 (en) | Battery balancing apparatus | |
| US9184600B2 (en) | Method for balancing the voltages of electrochemical cells connected in several parallel branches | |
| CN111370795B (zh) | 一种电芯充电控制方法、电池全生命周期充电方法和系统 | |
| JP2003132960A (ja) | 電力供給システムに用いる蓄電池の充電状態検出方法および蓄電池の劣化判定方法 | |
| US20120313437A1 (en) | Data center battery enhancement method and system | |
| EP2956784A1 (en) | Method for determining a state of charge and remaining operation life of a battery | |
| CN109075401A (zh) | 电池组和对电池组充电的方法 | |
| US5252906A (en) | Method of optimizing the charging of a battery of storage cells, and apparatus for performing the method | |
| EP3961233A1 (en) | Battery cell diagnosis device and method | |
| FI118197B (fi) | Varasähköjärjestelmä ja menetelmä varasähköjärjestelmän toiminnan ohjaamiseksi | |
| CN112636406B (zh) | 一种用于不间断电源的电池管理方法和装置 | |
| CN101931109B (zh) | 一种电池充电方法 | |
| CN114552039A (zh) | 一种电池常带电自保养的控制方法及常带电自保养的电池 | |
| KR101078146B1 (ko) | 배터리 셀을 충전하는 장치 및 방법 | |
| JP4244194B2 (ja) | ニッケル水素蓄電池の寿命予測法 | |
| US20200343598A1 (en) | Management device, energy storage apparatus, cause analysis method, engine-driven vehicle, and electric vehicle | |
| CN105593781A (zh) | 选择性使能的备用电力 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG | Patent granted |
Ref document number: 118197 Country of ref document: FI |
|
| MM | Patent lapsed |