JP3862698B2 - バックアップ電力システム - Google Patents
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Description
本発明は、電力システムの分野に関する。より特定すると、本発明は、バックアップ電力システム、ならびに、所定の電流負荷(current load)を必要とする所定の用途における、常時での、複数のバッテリーによって提供され得るバッテリーストリングバックアップ時間を決定するための方法に関する。
電気公共施設は、通常、通信ネットワークにエネルギーを供給する。歴史的に、伝統的なワイヤ線電話ネットワークは、911や警報システムのようなライフラインサービスを取り扱うために、非常に高い信頼性のレベル(99.999%と99.99999%との間)を有することが要求されてきたが、電気事業は、99.9%の信頼性のレベルしか提供しない。従って、電話会社にとっては、停電の場合にネットワーク設備に電力を供給するために8時間の待機エネルギーを有することが重要であり、かつ最良の実施であると考えられる。ワイヤレスやブロードバンドのような最近の通信技術もまた、高レベルのネットワーク信頼性に向かって動いている。
広範な態様によれば、本発明は、バックアップ時間を決定するための、かつ、該バックアップ時間の遠隔監視を可能とするための監視システムを有するバックアップ電力システムを提供し、該バックアップ時間は、所定の電流負荷を必要とする所定の用途において、常時、複数のバッテリーによって提供され得る。当該バックアップ電力システムは、複数のバッテリーを有し、各バッテリーは、個々のバッテリーの劣化状態を監視するよう適合した集積回路を有する。当該バックアップ電力システムはまた、データ管理ユニットを有し、該データ管理ユニットは、該複数のバッテリーから利用可能なバックアップ時間を評価するためのものである。該バックアップ時間は、個々のバッテリーの利用可能な容量の合計、測定した周囲温度および継続的に更新された測定した適用(application)電流負荷に基づいて評価される。利用可能なバックアップ時間の値は、バックアップ電力システムの通信リンクを介して遠隔のユーザーがアクセス可能である。
図1は、リチウムポリマー(LP)バッテリー10(1)〜10(n)のストリング10を示すダイヤグラムであり、このストリングは、通信ネットワークに典型的な遠隔地の通信屋外施設にバックアップ電力源として設置されている。図1はまた、データ管理ユニット25(DMU)と負荷トランスミッタ(load transmitter)ユニット26(LTU)とを有する監視システム12を描写している。監視システム12は、各バッテリー10(1)〜10(n)についてのバッテリー容量およびバッテリーストリング10の全容量の集中監視を提供する。このような用途では、システムは完全に自動化されており、設置され初期化された後は手動の介入は必要でない。通信産業は、一般に、DC電力を通信設備に供給するために、バッテリーのストリング、すなわち、並列、直列、またはその両方で取り付けられたバッテリーのグループを利用する。バックアップ通信用途にリチウムポリマーバッテリーを使用して、2〜8つのLPバッテリー(定格70Ah)を並列に接続して、140Ah〜560Ahの間の全理論容量を有するバッテリーストリングを形成する。議論した特定の電圧およびアンペア数は、例としてのみ提供され、特定の通信用途または他の用途に応じて、バッテリーまたはバッテリーストリングは異なる端子電圧、異なる定格を有してもよいこと、それら自体が並列に接続されたストリングにおいてより小さなバッテリーを直列に接続してもよいこと、異なる数のバッテリーを一緒に接続してもよいことなどが理解される。
SOC(%)=(初期容量−送達された容量)/初期容量
として規定され、パーセンテージで表される。集積回路はまた、そのモジュール内で何らかの不具合(例えば、損傷したセルまたは欠陥セル)を発見した場合、警報信号を発し、この警報信号はデータ管理ユニット25に中継される。
Claims (15)
- バックアップ電力システムであって、監視システムを有し、該監視システムは、所定の電流負荷を必要とする所定の用途において、常時、複数のバッテリーによって提供され得るバックアップ時間を決定し、かつ、該バックアップ時間の遠隔監視を可能とするためのものであって、
当該バックアップ電力システムは、
複数のバッテリーを有し、各バッテリーは、内部抵抗の測定に基づいて個々のバッテリーの劣化状態を監視するよう適合させた集積回路を有しており、
データ管理ユニットを有し、該ユニットは、個々のバッテリーの利用可能な容量の合計、測定した周囲温度および継続的に更新された測定した適用電流負荷に基づいて、該複数のバッテリーから利用可能なバックアップ時間を評価するよう作動し、
データを遠隔のユーザーと交換するための通信リンクを有し、前記利用可能なバックアップ時間および前記測定した適用電流負荷が、前記該通信リンクを介して遠隔のユーザーにアクセス可能となっている、
前記バックアップ電力システム。 - 個々のバッテリーの利用可能な容量が、各複数のバッテリーの初期容量から各複数のバッテリーの送達された容量を差し引くことによって得られるものであり、該初期容量がバッテリーの劣化状態の値によって修正されている、請求項1に記載のバックアップ電力システム。
- 各複数のバッテリーが、個々のバッテリーの内部温度を制御するための少なくとも1つの加熱エレメントを有し、測定した周囲温度が、全ての複数のバッテリーの少なくとも1つの加熱エレメントによって消費される予想バッテリー容量を相関させるために使用され、
データ管理ユニットが、前記少なくとも1つの加熱エレメントによって消費される予想バッテリー容量を初期容量から差し引くものである、請求項2に記載のバックアップ電力システム。 - 複数のバッテリーから利用可能なバックアップ時間が、継続的に更新された、測定された適用電流負荷で割った個々のバッテリーの利用可能な容量の合計として計算される、請求項3に記載のバックアップ電力システム。
- データ管理ユニットに接続された負荷トランスミッタユニットをさらに有し、該負荷トランスミッタユニットは熱電対および電流トランスデューサに接続されており、該負荷トランスミッタユニットは、複数のバッテリーの位置での周囲温度を表す信号および適用電流負荷を表す信号を受信し、かつ、利用可能なバックアップ時間の計算のために、該信号をコンピューター読み取り可能なフォームで該データ管理ユニットに送信する、請求項4に記載のバックアップ電力システム。
- データ管理ユニットがメモリを有し、該メモリには、周囲温度および放電率の関数として、少なくとも1つの加熱エレメントによって消費される予想バッテリー容量の表が記憶されている、請求項5に記載のバックアップ電力システム。
- 集積回路がメモリを有し、該メモリには、複数の初期バッテリー容量が記憶されており、各初期バッテリー容量は、バッテリーの劣化状態を表す放電曲線に相当し、該集積回路は、バッテリーの放電曲線の1つに相当する初期容量をその劣化状態に基づいて選択して送達された容量を決定し、かつ、該送達された容量の値をデータ管理ユニットに伝送する、請求項6に記載のバックアップ電力システム。
- 劣化状態が、個々のバッテリーの内部抵抗の測定によって規定され、該内部抵抗が、化学的劣化およびエージングによるそれぞれの個々のバッテリーの劣化を表す、請求項7に記載のバックアップ電力システム。
- 集積回路が、データ管理ユニットに送信されたデータの任意の転送に電子署名を提供する、請求項8に記載のバックアップ電力システム。
- 対応するバッテリー内で何らかの不具合が見つかった場合、集積回路が警報信号を発し、該警報信号はデータ管理ユニットに中継され、該警報信号は遠隔のユーザーによってアクセス可能である、請求項9に記載のバックアップ電力システム。
- 複数のバッテリーがリチウムポリマーバッテリーである、請求項3に記載のバックアップ電力システム。
- 所定の電流負荷を必要とする所定の用途において、常時、複数のバッテリーによって提供できるバックアップ時間を決定するための方法であって、当該方法は、
複数のバッテリーをデータ管理ユニットにカップリングするステップを有し、該複数のバッテリーの各バッテリーは、個々のバッテリーのパラメータを監視するよう適合した集積回路と、個々のバッテリーの内部温度を制御するための少なくとも1つの加熱エレメントとを有しており、
適用電流負荷読取りデバイスと周囲温度読取りデバイスとを、該データ管理ユニットにカップリングするステップを有し、
個々のバッテリーの劣化状態に基づいて初期バッテリー容量を決定するステップを有し、該劣化状態は内部抵抗測定によって規定され、
個々のバッテリーの送達された容量を計算するステップを有し、
測定した周囲温度に基づいて、各バッテリーの少なくとも1つの加熱エレメントによって消費される予想バッテリー容量を相関させるステップを有し、
各バッテリーの少なくとも1つの加熱エレメントによって消費される予想バッテリー容量と該送達された容量とを該初期バッテリー容量から差し引き、個々のバッテリーの利用可能な容量を得ることによって、該複数のバッテリーの合計の利用可能な容量を計算するステップを有し、全ての個々のバッテリーの利用可能な容量の合計が、該複数のバッテリーの合計の利用可能な容量であり、
合計の利用可能な容量を、電流負荷読取りデバイスから得た測定した電流負荷で割ることによって、該複数のバッテリーから利用可能なバックアップ時間を計算するステップを有し、
常時の遠隔監視のためにアクセス可能な該バックアップ時間の情報を持つステップを有する、
前記方法。 - 周囲温度および放電率の関数として、少なくとも1つの加熱エレメントによって消費される予想バッテリー容量の表をデータ管理ユニットのメモリに記憶するステップをさらに含む、請求項12に記載のバックアップ時間を決定するための方法。
- 集積回路がメモリを有し、該メモリには、複数の初期バッテリー容量とバッテリー温度とが表の形式で記憶されており、各初期バッテリー容量は、バッテリーの劣化状態を表す放電曲線に相当し、該集積回路は、該初期バッテリー容量の1つを個々のバッテリーの劣化状態に基づいて選択して送達された容量を決定し、かつ、該送達された容量の値をデータ管理ユニットに転送する、請求項13に記載のバックアップ時間を決定するための方法。
- バッテリーの劣化状態の関数としての複数の初期バッテリー容量が、データ管理ユニットのメモリに記憶されており、該データ管理ユニットは、集積回路から受信した個々のバッテリーの劣化状態を表すデータに基づいて、該初期バッテリー容量の1つを選択する、請求項11に記載のバックアップ時間を決定するための方法。
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