SE514551C2 - Batteri med angivande av laddningstillstånd - Google Patents

Description

514 551 i vilken en del av höljet är bortskuren, fig. 2 är en ändvy av batteriet i ñg. 1, ñg. 3 är ett frontvy av batteriet i fig. 1, i vilken en del av höljet är bortskuren, fig. 4 är en vy uppifrån av batteriet i fig. 1, ~ s fig. 5 är en vy uppifrån av batteriet i fig. 1, vars lock är avlägsnat, och fig. 6 är ett ekvivalent kopplingsschema för batteriet i frg. 1.

BESKRIVNING AV FÖREDRAGNA UTFÖRINGSFORMER I frg. 1 - 5 visas ett batteri, som är uppbyggt väsentligen såsom i visas i den anförda europeiska patentansöknjngen O 619 413. Batteriet innefattar ett hölje eller kärl 1, som är gjort av lämpligt plastmaterial. Kärlet 1 är uppdelat i ett flertal celler 3, här sex celler, varvid varje cell utgör ett smalt utrymme med stora sidoväggar 5, som också är sidoväggar för in- tilliggande parallella cellutrymmen. Varje cellutrymme 3 är fyllt med ett flertal parallella _ plattor 7. Varannan platta i en cell 3 är i ett batteri av blytyp gjord av bly och är ansluten till varje annan andra platta med hjälp av en brygga 9. Plattoma 7, som sålunda är batteriets 1s elektroder, avskiljs från varandra av mikroporösa plastplattor, separatorer 11. Varje platta 7 har vid sin överdel en uppskjutande del eller flik 13, som också är gjord av bly. Flikarna 13 är ingjutna i bryggan 9 som är en blyskena. En sådan brygga förbinder elektriskt och meka- niskt alla de positiva krafterna i ett cellutrymme 3 med varandra genom en parallellanslut- ning. På samma sätt är alla de negativa plattoma i ett cellutrymme förbundna parallellt med zo en respektive negativ brygga 9. Gjutningsoperationen för att förbinda plattorna 7 med respek- tive bryggor 9 fastgjuter på samma gång förbindningselement 15 vid bryggorna 9, varvid förbindningselementen 15 används för att anslutna de sex cellerna hos batteriet i serie med varandra. För ett batteri av blytyp med sex celler ger då batteriet nominellt 12 V från batteri- ets ändpoler. zs Vid samma gjutningsoperation gjuts anslutningspoler 17, som förbinder de båda yttre cellerna hos batteriet med bussningar 19. Anslutningspolernas bussningar 19 är gjorda av bly och är kontaktställen för att förbinda det färdiga batteriet med det system, i vilket detta avses att användas, t ex med det elektriska systemet i ett fordon eller en båt. Anslutningspolernas bussningar 19 är placerade i och ovanpå ett lock 21, som tillsluter batterikärlets 1 övre sida. so Bryggorna 23, som är belägna i de båda yttre cellerna hos batteriet och är förbundna med respektive anslutningspoler 17, irmefattar en central skena 25, som har samrna utform- ning som de andra bryggorna 19. Från denna centrala del 15 sträcker sig triangelfonnade plana delar 27 med sina stora ytor parallella med plattornas 7 övre kanter. En av dessa triang- elformade delar 27 uppbär anslutningspolen 17 och den motsatta triangelformade delen uppbär as en rnätpol 29. I utformningen av de inre förbindningarna i batteriet, såsom visas i fig. 5, är alla bryggorna 9 placerade med sina mittlinjer belägna längs två parallella linjer, varvid dessa båda parallella linjer ligger på avstånd från varandra och är symmetriskt placerade på motsat- ta sidor om batteriets rnittplan. Anslutningspolerna 17 är då kopplade till de triangelformade delar 27, vilka vetter utåt från batteriet, bort från mittplanet, och mätpolerna 29 är anslutna 514 551 3 till de triangelformade delar 27, som är riktade mot batteriets mittplan. Mätpolema 29 har en mindre diameter än anslutningspolerna 17 och sträcker sig upp .in i locket 21 på liknande sätt som anslutningspolerna 17, in i en mätbussning 31, vilken är fast vid locket 21. Mätbuss- ningarna är lägre än anslutningspolemas bussningar 19 och är placerade väsentligen inuti smaterialet i locket, medan anslutningspolernas bussningar är högre och har stympat koniska ytor för yttre förbindning, vilka är direkt tillgängliga från batteriets översida.

Från bussningarna 19, 31 sträcker sig blyledare 33, 34 i lockets 21 plan, vilka är fast- gjutna vid respektive bussníngar. Ledarna 33 slutar i ett hålrum 35 i mitten av locket 20 vid den främre sidan eller hälften av batteriet, där också anslutningspolernas 19 är placerade. 1o Mellan ledarnas 33, 34 ändar är en kretsplatta 37 inkopplad, som innefattar övervakande eller styrande elektroniska kretsar såsom en mikroprocessor och som är placerad i hålrummet eller urtagningen 35. Anslutningsställena eller ändarna hos blyledarna 33, 34 vid kretsplattan 37 betecknas Ll", L2, L3 och L4, varvid anslutningsställena Ll och L3 är ändarna hos blyledarna 33 från anslutningspolernas bussningar 19 och anslutningsställena L2 och L3 är ändarna hos is blyledarna 34 från mätpolernas bussningar 31. Plattans 37 elektroniska kretsar erhåller elekt- risk ström för sin drift från ledarna 33, vilka är förbundna med anslutningspolerna 19, dvs från anslutningsställena Ll och L3.

Plattans 37 elektroniska kretsar är anordnade att vid tidpunkter, som uppträder med konstant frekvens, mäta spänningen mellan ändarna av de ledare 33, som är anslutna till zo anslutningspolerna 19, och de ledarna 34, som är anslutna till mätpolerna 29, såsom skall nedan beskrivas. De uppmätta värdena används för att bestämma, huruvida batteriet är i vilotillstånd, dvs i ett tillstånd, i vilket spämiingsskillnaderna är lika med 0. En pålitlig vilo- spänning har uppnåtts, om ingen skillnad förefunnits under någon minsta tidsperiod vid en förutbestämd temperatur. Då kan vilospänningen översättas eller korrigeras för temperaturen till en säker kvarvarande kapacitet hos batteriet. Om elektrisk ström flyter till eller ut från batteriet, dvs för ett laddnings- eller urladdningstillstånd, uppträder spänningsskillnader.

Dessa skillnader kan omvandlas till strömstyrka, som har en riktning ut från eller in i batteri- et, genom att anslutningspolema fungerar som elektriska shuntar. De uppmätta strömmarna multiplicerade med de tidslängder, under vilka de uppträder, läggs till eller dras bort från den ao sista säkra mätningen av den kvarvarande kapaciteten. En preliminär kvarvarande kapacitet erhålls på detta sätt. Den kvarvarande kapaciteten, den säkra och den preliminära, kan med- delas till användaren av batteriet eller till användaren av det system, i vilket batteriet är an- slutet, via en länkad display på en instrumentbräda i ett fordon eller med hjälp av ljusutsän- dande dioder på batteriets lock eller på något annat sätt. as Vid normal användning av batteriet anger det preliminära eller beräknade värdet för den kvarvarande laddningskapaciteten, vilket användaren erhåller t ex efter att ha kört en dag, huruvida bilen nästa morgon skall krmna starta eller ej. Det säkra eller pålitliga värdet för den kvarvarande laddningskapaciteten, som erhålls efter fordonets vila under en natt, anger med god noggrannhet den faktiska kvarvarande laddningskapaciteten. Dessutom kan en minskning 514Iss1 4 av den verkliga kapaciteten som en funktion av tiden tillhandahålla ett alarm, att ett elektriskt fel eller ett laddningsfel föreligger. Detta fel kan då hanteras, innan alltför lite energi fmns kvar i batteriet för att starta fordonet. Dessa kapacitetsvärden kan beräknas av de övervakan- de kretsarna hos kretsplattan, såsom skall nedan beskrivas. s Kopplingsschernat i ñg. 6 visar batteriets anslutning till de övervakande kretsarna på kretsplattan 37. Batteriets 6 celler är förbundna med den yttre lasten RL via resistanserna RI3 hos flikarna 13 och RI7 hos anslutningspolerna 17 och RI9 hos anslutningspolernas bussningar 19. En första voltmeter UI är symmetriskt kopplad till batteriets celler via resistanserna RI3 hos flikarna 13, RI7 hos anslutningspolerna 17, RI9 hos deras bussningar 19 och R33 hos de 1o parallella blyledama 33. Den första voltrnetem UI är sålunda ansluten till anslutningsställena Ll och L3, se fig. 4. Voltmetern UI är en ftmktion hos den övervakande kretsen i kretsplat- tan 37. Vidare är batteriets celler via resistanserna R29 hos mätpolerna 29, R3I hos mätpoler- nas bussningar 31 och R34 hos blyledama 34 symmetriskt förbundna med en andra voltmeter Uz. Den andra voltrnetem UI är sålunda inkopplad vid anslutningsställena L2 och L4, se fig. is 4. Den andra voltmetern är arman funktion av den övervakande kretsen på kretsplattan 37.

Ur de värden, som avges av voltmetrama UI och Uz, kan en skillnadsspänriing beräknas och ur de kända resistansema RI7 hos anslutningspolerna 17 och RI9 hos dessas bussningar 19 kan styrkan hos den elektriska ström, vilken flyter genom battericellema beräknas. Härur kan värden för laddningskapaciteten bestämmas och beräknas, vilka ger värdefull information om batteriets tillstånd. När först batteriet är nytt och sålunda ännu inte har används, kalibre- ras de av voltmetrama UI, UI avgivna värdena. Detta görs genom att ansluta batteriet till en känd resistiv standardbelastning RLmIId och genom att aktivera voltmetrarna för att mäta motsvarande spänningar. Ur de av voltmetrarna avgivna avläsningama och det kända värdet på belastningsresistansen beräknas summan av resistansen RI-I hos anslutningspolen 17 och RI9 hos dennas bussning 19 och med vetskap om denna sammanlagda resistans ger då mät- ningarna utförda av voltmetrarna direkt information om det absoluta värdet på den elektriska ström, vilken passerar genom batteriet.

Vid användning av batteriet för att avge energi till olika elektriska anordningar aktiverar de övervakande kretsarna den andra voltmetern UI vid periodiskt återkommande tidpunkter ao för att utföra en mätning. Ur de uppmätta värdena beräknas sedan strömmen genom batteriet.

Genom att multiplicera det beräknade värdet på den elektriska strömmen med den tid, som har förflutit, sedan den direkt föregående mätningen gjordes, erhålls ett värde på minskningen av batteriets elektriska kapacitet. Detta värde på minskningen dras bort från ett värde, som anger batteriets aktuella laddningskapacitet, för att uppdatera detta värde. ss Ett pålitligt startvärde för det värde, som anger den aktuella laddningskapaciteten, er- hålls, genom att med hjälp av de övervakande kretsama avkänna, huruvida batteriet har varit inaktivt under en tillräckligt lång tidsperiod, och sedan bestämma batterispänningen genom att aktivera den första voltrnetem UI. Detta görs genom att låta de övervakande kretsarna kont- rollera de av voltmetrarna utförda mätningarna för att bestämma, huruvida ingen ström har 514 551 flutit genom batteriet under varje efter varandra följande intervall mellan mätningarna och för att utvärdera antalet sådana efter varandra följande intervaller, under vilka batteriet har varit inaktivt. Efter ett lämpligt antal efter varandra följande inaktivitetsintervall uppmäts batteriets spänning. s Såsom är uppenbart från kopplingsschemat i ñg. 6, kan en av de två Voltmetrama Ul och Uz ersättas av en tredje voltmeter U3, som är ansluten till anslutningsställena Ll och L2 eller till anslutningsställena L3 och L4, varvid detta arrangemang emellertid ger en osymmet- risk mätning. En sådan vollrneter är då ansluten till en av batteriets ändceller via två parallel- la ledande vägar, varav en första väg innehåller resistansema R34 hos blyledaren 34, R31 hos bussningen 31 för mätpolen 29 och R29 hos denna mätpol 29 och en andra väg, som innehål- ler resistanserna R33 hos den parallella blyledaren 33, R19 hos bussningen 19 hos anslutnings- polen 17 och RU hos denna anslutningspol 17. Denna voltrneter U3 skulle då också vara en funktion av den övervakande kretsen på kretsplattan 37 och den mäter i själva spänningen över resistansen RU hos anslutningspolen 17 och resistansen R19 hos dennas bussning 19 och ger därför en spänning, som är direkt proportionell mot den ström, vilken flyter genom batte- riet. Naturligtvis skulle samma mätning av strömmen ktmna göras på båda sidor av batteriet, dvs voltmetrar skulle kunna fmnas mellan både anslutningsställena L1 och L2 och anslut- njngsställena L3 och LA, varvid ett sådant arrangemang leder till en högre mätsäkerhet eller -noggrannhet. zo Voltmetrama UI, U2 (eller U3) och de ovan beskrivna beräkningsfinilctionerria kan alla ingå i en övervakningskrets såsom en mikroprocessor av standardtyp, som fungerar enligt ett lämpligt program.

Claims (9)

514 551 6 PATENTKRAV

1. Ackumulatorbatteri for att avge energi till elektriska anordningar, varvid batteriet innefattar: ett batterikärl och ett lock placerat på kärlet, s flera celler anordnade i batterikärlet och elektriskt förbundna i serie med varandra, så att två ändceller bildas, yttre anslutningspoler, vilka är elektriskt förbundna med de båda ändcellema och sträc- ker sig från plattor i en ändcell via locket eller kärlet till utsidan, en övervakningsenhet för att bestämma batteriets kvarvarande elektriska kapacitet, var- io vid den övervakande enheten är elektriskt förbunden med anslutningspolerna och är anordnad att mäta en forsta spänning mellan anslutningspolerna, kännetecknat av att övervakningsenheten är anordnad att mäta en andra spänning, ur vilken en tredje spänning över en del av åtminstone en av anslutningspolerna erhålls, för att beräkna ur den tredje spänningen strömmen ur batteriet och för att ur den beräknade ström- is men och den första spänningen bestämma batteriets kvarvarande elektriska kapacitet.

2. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av att den övervakande enheten är anordnad att mäta den andra spänningen, så att den tredje spänningen är en spänning mellan en anslutning av en första anslutningspol till plattorna i ändcellen och ett ställe vid en yttre ände av den första anslutningspolen, eller denna spänning lagd till en spänning mellan en zo anslutning av en andra anslutningspol till plattorna i ändcellen och ett ställe vid en yttre ände av den andra anslutningspolen.

3. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av att den övervakande enheten är anordnad att mäta den andra spämiingen, så att den tredje spänningen är en spänning mellan en anslutning av anslutningspolen till plattorna i cellen och ett ställe på anslutningspolen, vid 25 vilket denna passerar genom locket eller kärlet.

4. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av rnätpoler, varvid varje mätpol är ansluten till en separat av de båda ändcellerna och varje mätpol är anordnad parallellt med en anslutningspol, varvid den övervakande enheten är förbunden med mätpolerna och är anord- nad att mäta den andra spänningen som en spänning mellan ett ställe på en första mätpol och ao ett på samma sätt beläget ställe på en andra mätpol.

5. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av mätpoler, varvid varje mätpol är ansluten till en separat av de båda ändcellerna och varje mätpol är anordnad parallellt med en anslutningspol, varvid övervakningsenheten är ansluten till minst en mätpol och anordnad att rnäta ss den andra spänningen som en spänning mellan en mätpol och ett ställe på den anslutningspol vilken är ansluten till den ändcell, med vilken mätpolen är förbunden, varvid stället är place- rat vid en yttre ände av anslutningspolen.

6. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av att den övervakande enheten är anordnad att i en begynnelsefas, när batteriet först an- 514 551 7 sluts till en belastning, varvid denna belastning är en känd resistans, mäta den andra spän- ningen och att ur den andra spänningen bestämma resistansen av delen av den minst en an- slutníngspolen, och ' att övervakningsenheten är att anordna att använda den bestämda resistansen vid be- s räkning av batteriets kvarvarande elektriska laddningskapacitet.

7. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av att den övervakningsenheten är anordnad att mäta den andra spänningen vid tidpunkter, som uppträder periodiskt i tiden, och att för ett intervall mellan två efter varandra följande tidpunkter beräkna den elektriska ladd- ningskapacitet, som har uttagits från batteriet under detta intervall. w

8. Ackumulatorbatteri enligt krav 6, kännetecknat av att den övervakande enheten är anordnad att dra den beräknade elektriska laddningskapacitet, som har uttagits från batteriet under ett intervall, från ett aktuellt kapacitetsvärde, som anger batteriets kvarvarande ladd- ningskapacitet, för att uppdatera det aktuella kapacitetsvärdet.

9. Ackumulatorbatteri enligt krav 1, kännetecknat av att den övervakande enheten är is anordnad att mäta den andra spänningen vid tidpunkter, som uppträder periodiskt i tiden, för att bestämma huruvida inte någon ström har flutit genom batteriet under en förutbestämd tidsperiod, och att mäta, när den har avgjort, att inte någon ström har flutit under den förut- bestämda tidsperioden, den första spänningen och att ur det uppmätta värdet på den första spänningen beräkna ett pålitligt aktuellt kapacitetsvärde, som anger batteriets kvarvarande 20 laddningskapacitet.