NO174446B - Fremgangsmaate og anordning for overvaakning av elektrolytt-nivaa i akkumulatorceller - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte og en anordning for samtidig overvåkning av elektrolyttens væskenivå i et antall akkumulatorceller som eventuelt er gruppert i akkumulator-blokker med minst to celler pr. blokk. Fortrinnsvis dreier dette seg om bly-akkumulatorer i en ubåt, eller nødstrømsbatterier i kraftverk, sykehus eller lignende.

Felles for alle disse anvendelser er at akkumulator-cellene er plassert samlet som et batteri av celler i et rom som klassifiseres som eksplosjonsfårlig. Det er kjent at blyakkumulatorer avgir knallgass ved oppladning.

I eksplosjonsfårlige områder stilles det store krav til sikkerhet og pålitelighet av det elektroniske utstyr som plasseres der. I denne sammenheng opptrer flere begrensende parametere, som f.eks. den totale energi som kan føres inn i det eksplosjonsfårlige området. Man står også overfor en lang rekke generelle sertifiseringsbestemmelser, med tilhørende definisjoner og krav.

I et batterirom med eksempelvis femti seriekoplede akkumulatorer er det teoretisk ikke vanskelig å måle væskenivå og eventuelt andre fysiske parametere for hver celle og føre signalene ut til en felles data-oppsamlingsenhet. Men med eksempelvis fire parametere vil dette kanskje kreve fire ganger femti ledningspar, hvilket ofte er meget uoversiktlig og plass-krevende.

I en ubåt kan det finnes tilsammen 500 blyakkumulator-celler, som alle kan seriekoples. Dette betyr at det vil kunne være et likespenningspotensial på opp mot 1400 volt mellom laveste og høyeste celle i seriekoplingen. Ved en tradisjonell sensor-oppkopling vil en slik potensial-forskjell skape svært store sikkerhetsmessige problemer.

Fra tysk Offenlegungsschrift nr. 3702591 er det tidligere kjent samtidig overvåkning av tilstanden for et antall akkumulatorceller, ved at en måleanordning for forskjellige fysiske, kjemiske og/eller elektriske parametere er tilknyttet hver celle. Disse måleanordningene leverer de innhentede måleverdiene til en felles oppsamlingsdatamaskin over en felles måleledning. Måling av forskjellige parametere ved batteri-celler er også kjent fra US patent nr. 4,329,406, tysk Offenlegungsschrift nr. 4014737 og tysk utlegningsskrift nr. 2842817, men alle disse publikasjonene viser teknikk hvor det er nødvendig å benytte ekstern strømtilførsel til måleanordningene.

Fra internasjonal publikasjon WO-A1 90/15450 er det imidlertid kjent en krets for overvåkning av spenning, mot-stand og temperatur i en akkumulatorcelle, hvor energisering foregår ved hjelp av cellespenningen. I løsningen ifølge W0-A1 90/15450 benyttes imidlertid en elektrolytt-nivåmåler som inneholder en rekke induktanser og kapasitanser. Dette er trekk som vil gi store problemer med henblikk på sertifisering for bruk i eksplosjonsfårlige områder.

Foreliggende oppfinnelses idé løser på en praktisk måte de problemer som forekommer i forbindelse med såvel uover-siktlige kabel-opphopninger som det å benytte tilstrekkelig lite strøm for å oppnå sertifisering i eksplosjonsfårlig område klasse 1 eller 0, og samtidig løses også problemet i forbindelse med høye likespenningspotensialer. En anordning ifølge foreliggende oppfinnelse tilfredsstiller videre alle nødvendige krav for godkjenning i de nevnte eksplosjonsfårlige omgivelser.

De ovennevnte formålene oppnås ved å ta i bruk en fremgangsmåte og en anordning av den type som fremgår av de vedføyde patentkravene.

En nærmere beskrivelse av oppfinnelsen skal nå gis, med henvisning til utførelseseksempler og de vedføyde figurene, hvor

fig. l viser en måleprosessor,

fig. 2 viser skjematisk en oppkopling av mange, gjerne flere hundre, måleprosessorer, og

fig. 3 viser optoisolatorer i en enkelt måleprosessor.

I fig. 1 vises en komplett måleprosessor s. Denne er utformet som en enhet, som i sin nedre, langstrakte ende rommer et antall sensorer for måling av forskjellige fysiske parametere for en akkumulatorcelle. I topp-huset befinner det seg en mikroprosessor som avleser måleverdiene fra de enkelte sensorene, besørger strømleveranse til de samme sensorer og leverer måleverdiene videre, eventuelt på noe prosessert form, over forbindelseskabelen c til en databuss d (se fig. 2). Mikroprosessoren er også innrettet for å motta anrop via samme databuss.

Med referansebokstaver a og b antydes henholdsvis positiv og negativ matespenningsledning som tilkoples polene på den åkkumulatorcellen som måleprosessoren skal måle i. Forøvrig måles også cellespenningen gjennom disse to ledningene a, b.

Øvrige fysiske parametere som måles, er typisk elektrolyttens tetthet, elektrolytt-nivået og temperaturen i elektrolytten.

Referansebokstav c viser til en to-pars kabel som tilkoples en felles fireledningers databuss d.

I fig. 2 gjenfinnes databussen d, måleprosessorer s og forbindelseskabler c fra måleprosessorene til databussen. Disse elementene befinner seg i det eksplosjonsfårlige området merket EX, og databussen d passerer ut i et sikkert område S utenfor, hvor det er plassert en såkalt "zenerbarriere" e foran en oppsamlings-datamaskin f som mottar måledata fra databussen d. Denne oppsamlings-datamaskinen f kommuniserer med et kontrollrom over en datalinje g.

I fig. 3 vises en detalj i måleprosessorens mikroprosessor, dvs. to optoisolatorer h og i, som henholdsvis er optoisolator for adressering av måleprosessoren s fra oppsamlings-datamaskinen f, og optoisolatoren som måleprosessoren s sender signaler tilbake over.

Som nevnt kan måleprosessoren s inneholde flere sensorer for måling av eksempelvis cellespenning, temperatur, elektrolytt-nivå og elektrolytt-tetthet. I tillegg inneholder den en mikroprosessor som samler opp og skalerer måleverdiene fra de forskjellige sensorene. Mikroprosessoren vil også styre spenningstilførselen til de forskjellige sensorene, slik at spenningen blir koplet fra i de perioder hvor det ikke utføres målinger. Det totale strømforbruket kan da reduseres til et minimum når sensorene "sover". Bare den del av mikroprosessoren som avleser og gjenkjenner sin egen adresse, eventuelt et fellesanrop, behøver strømforsyning i denne periode.

Hver måleprosessor har sitt eget nummer, lagret i f.eks. en EEPROM i mikroprosessoren, og kan adresseres enten en og en, eller i større grupper.

Måleprosessoren monteres fortrinnsvis fast i akkumulatorcellen, og matespenningen til måleprosessoren tas fra akkumulatorcelle-polene. Dette betyr at måleprosessoren fortrinnsvis kan fremstilles som en del av blyakkumulatorcellen, og dermed skal soneklassifiseres som en del av denne.

Også ved f.eks. militær sertifisering vil det være gunstig å definere måleprosessoren som en del av akkumulatorcellen, eller måleprosessor-systemet som en del av akkumulatorcellebatteriet.

Blyakkumulatorer bygges gjerne med to og to celler i en blokk. Det er mulig å gi matespenningsledningene spenning fra en seriekopling av to celler. Dette kan være gunstig i visse tilfeller, der hvor man ønsker at måleprosessoren skal fungere selv når cellene har spenning som er vesentlig lavere enn det vanlig aksepterte minimum.

Ved at hver måleprosessor får sin matespenning fra samme celle som det skal måles nivå i (eller eventuelt en celle i serie med nabocellen), oppnås følgende: Den sensoren som avleser elektrolyttnivået kan da være av den kapasitive typen som bruker elektrolytten som den ene kondensatorside i sensoren. Derved elimineres den eventuelle innvirkning på målingen fra væskens varierende elektriske egenskaper, jfr. britisk patent

nr. 1,318,512.

Forbindelseskabelen c er koplet til henholdsvis sender og mottaker i to forskjellige optoisolatorer som inngår i måleprosessorens mikroprosessor. Disse optoisolatorer sikrer at det blir nødvendig galvanisk skille mellom datalinjen og måleprosessoren forøvrig. (Måleprosessoren kan ligge på et potensial på over 1000 volt, mens datalinjen ligger på jord-potensial via dataoppsamlings-enheten f.)

Selve multipleksingen av måleprosessorene kan gjøres på mange i og for seg kjente måter, og dette utgjør ingen del av foreliggende oppfinnelse.

Claims (9)

1. Fremgangsmåte for samtidig overvåkning av elektrolyttens væskenivå i et antall akkumulatorceller som eventuelt er gruppert i akkumulator-blokker med minst to celler pr. blokk, hvor en mikroprosessor innebygget i en særskilt måleprosessor anordnet i tilknytning til hver akkumulatorcelle, avleser måleverdier fra en sensor som også inngår i samme måleprosessor og er innrettet for å måle væskenivået i cellen, og hver måleprosessor leverer den innhentede måleinformasjon via forbindelseskabel til en felles databuss som igjen er koplet til en oppsamlings-datamaskin, karakterisert ved at væskenivå-sensoren, som er av kapasitiv type, benytter selve elektrolyttvæsken som den ene kondensator-side, og at nødvendig strømforsyning for måleprosessorens mikroprosessor og sensor hentes fra polene på samme akkumulatorcelle eller fra polene på den akkumulator-blokk som omfatter cellen, slik at det tilveiebringes galvanisk forbindelse til bare ett fast potensial for sensoren.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at mikroprosessoren i hver måleprosessor selv reduserer måleprosessorens strømforbruk ved å frakople alle unødvendige mikroprosessor-deler samt sensoren i de perioder hvor målinger ikke utføres.

3. Anordning for samtidig overvåkning av elektrolyttens væskenivå i et antall akkumulatorceller som eventuelt er gruppert i akkumulator-blokker med minst to celler pr. blokk, hvor hver akkumulatorcelle har tilknyttet til seg en særskilt måleprosessor (s) som omfatter en sensor innrettet for å måle væskenivået i cellen og en mikroprosessor innrettet for å avlese og eventuelt behandle måleverdier fra sensoren, og hvor hver måleprosessor (s) er forbundet via forbindelseskabel (c) med en felles databuss (d) som igjen er koplet til en oppsamlings-datamaskin (f), karakterisert ved at elektrolyttvæsken utgjør en kondensator-side for sensoren, som er av kapasitiv type, og at hver måleprosessor (s) er koplet til polene på dens tilknyttede akkumulatorcelle eller på akkumulatorblokken som omfatter cellen, for strømforsyning til måleprosessorens (s) mikroprosessor og sensor.

4. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at hver måleprosessor (s) utgjør en integrert enhet innrettet for å festes eller skrus på plass i en akkumulatorcelle.

5. Anordning ifølge krav 3, karakterisert ved at hver måleprosessor (s) inngår som en integrert del av en akkumulatorcelle.

6. Anordning ifølge et av kravene 3-5, karakterisert ved at hver måleprosessor (s) omfatter ytterligere sensorer for måling av akkumulator-væskens temperatur, dens tetthet samt akkumulatorcellens polspenning.

7. Anordning ifølge et av kravene 3-6, karakterisert ved at mikroprosessoren i hver måleprosessor (s) er innrettet for å redusere måleprosessorens (s) strømforbruk ved å frakople alle unødvendige mikroproses-sordeler samt nivåsensoren og eventuelle ytterligere sensorer i de perioder hvor målinger ikke utføres.

8. Anvendelse av en anordning ifølge et av kravene 3-7 som overvåkningsanordning for et akkumulatorbatteri i en ubåt.

9. Anvendelse av en anordning ifølge et av kravene 3-7 som overvåkningsanordning for et nødaggregat som omfatter et antall akkumulatorceller.