SE515398C2 - Batterikapacitetsmätare - Google Patents

Description

30 n o > I n: i i 515 seg REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN Dagens tekniker för att förutsäga ett batteris kvarvarande urladdningstid kräver mycket minnesutrymme och datorkapacitet som utnyttjar komplicerade beräkningar utifrån sparade kurvor, med urladdnings- vilka dessutom inte alltid stämmer överens karaktäristiken för batteriet. Beräkningarna tar lång tid och resultatet är inte alltid rättvisande.

Föreliggande uppfinning tar hänsyn till de urladdningsparametrar som bestämmer utseendet av urladdningskurvorna för flera olika urladdningsströmmar. Förfarandet är kompakt och därigenom snabbt utan att den önskvärda exaktheten behöver förloras. Genom att normalisera de uppmätta värdena skapas en tabell, soul endast behöver ha tio diskreta spänningsnivåer och tre olika urladdningsströmmar representerade. Genom att välja strömmarna på ett bra sätt kan tabellen användas som utgångspunkt för att ta fram den kvarvarande kapaciteten hos ett batteri vid en godtycklig urladdningsström, som måste ligga mellan den högsta och den lägsta strömmen i tabellen.

För att generera en normaliserad tabell görs tre urladdningar med olika laster, vilka representerar tre utvalda urladdnings- strömmar. En mätning av varje urladdning görs, där spänningen och strömmen registreras som en funktion av tiden ned till en förutbestämd slutspänning. Den uppmätta spänningen delas med antalet battericeller som finns i batteriet, vilket medför att blir ett battericellers förbrukade spänningen medelvärde av samtliga individuella spänningar. Dessutom beräknas den kapaciteten ur batteriet, genom att multiplicera tiden med urladdningsströmmen. När mätningarna och beräkningarna är klara för att möjliggöra en korrekt inter- tabellen. I bland normaliseras spänningarna, polation mellan kolumnerna i formlerna för att normalisera spänningarna ingår annat batteriets inre resistans. Den sista beräkningen av den förbrukade kapaciteten (vid slutspänningen) används för att beräkna den kvarvarande - n n ø n. 10 15 20 25 « n . . »n A - . . .- 515 3983 kapaciteten i batteriet, och därefter normaliseras den kvarvarande kapaciteten genom division med den nominella lOh- kapaciteten. Strömmarna normaliseras på samma sätt.

Genom interpolation av de beräknade värden för den normaliserade spänningen och den normaliserade kvarvarande kapaciteten för varje urladdningsström beräknas värdet som skall matas in i tabellen. Strömmarna matas in i tabellen utan att interpoleras, eftersom de varierar ytterst lite.

För att bestämma en kvarvarande kapacitet för en godtycklig urladdningsström är det viktigt att den normaliserade tabellen, som används, är baserad på samma inre resistans, som de slutliga beräkningarna använder.

En. mätning görs vid en tidpunkt ^t1 där spänningen är U(tfl, strömmen är I(t1) och den ackumulerade kapaciteten är Cuæd(tfl.

Spänningen normaliseras på samma sätt som tidigare och en ny kapacitetskolumn beräknas genom interpolation av tabellvärdena. kvarvarande fram för den Unorm(t1)r Därefter beräknas den kapaciteten normaliserade spänningen, genom interpolation an/ den nya kapacitetskolumnen.

När detta är gjort beräknas batteriets status, som bland annat beror på hur mycket av kapaciteten som finns kvar i batteriet och vilken spänning som mäts upp över batteriet. Statusen används för att beräkna den resulterande kvarvarande kapaciteten, så kallad resulterande kapacitet, och urladdningstiden.

Om en annan slutspänning önskas istället för den som anges i tabellen, kompenseras detta genom att beräkna den kvarvarande kapaciteten för den spänningen, vilken subtraheras från den resulterande kapaciteten ovan. . . | | a. 10 15 20 25 30 u - : » .u . . @ « f - 515 3984 Denna beräkning är gjord på ett medelvärde av ett antal battericeller i ett större batteri, där varje battericell har samma nominella spänning.

Därefter beräknas varje enskild cells slutspänning utifrån den framräknade resulterande kapaciteten. Medelvärdet av samtliga slutspänningar beräknas och det framräknade värdet jämförs med den önskade slutspänningen på batteriet. Om skillnaden är för stor justeras den resulterande kapaciteten och en ny beräkning av batteriets slutspänning görs, som jämförs med den önskade slutspänningen, osv. Denna iteration utförs tills det att en godkänd skillnad mellan den framräknade och önskade slut- spänningen erhålls.

En fördel med uppfinningen är att en mycket noggrann beräkning av ett batteris kvarvarande kapacitet kan göras med en snabb och mycket enkel metod.

En annan fördel med metoden är att det är enkelt att registrera ett batteris uppförande under urladdning och använda dessa värden för att med stor exakthet beräkna batteriets kvarvarande kapacitet vid normal drift och därigenon1 gàr det att ta ett korrekt beslut om när ett batteri antingen behöver laddas upp igen eller bytas ut.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 visar en typisk urladdningskurva för en battericell vid konstant urladdningsström.

Figur 2 visar en schematisk bild av ett batterisystem som består av ett antal enheter bland annat en kontrollenhet, vilken fungerar enligt uppfinningen för att uppskatta den kvarvarande urladdningstiden till en förutbestämd slutspänning.

Figur 3a och 3b 'visar ett flödesschema över kontrollenhetens styrprogram, som övervakar batterisystemet enligt figur 2. . | . ; e; 10 15 20 25 30 5155598 Figur 4 och 5 visar ett flödesschema för framtagning av en normaliserad tabell, enligt tabell 1, för bestämning av den resulterande kapaciteten hos ett batteri enligt uppfinningen.

Figur' 6 och '7 visar ett flödesschema för framtagning av' den resulterande kapaciteten hos ett batteri och beräkning av den uppskattade kvarvarande urladdningstiden enligt uppfinningen.

Figur 8 visar ett flödesschema för justering av den resulterande kapaciteten med hänsyn tagen till önskad slutspänning.

FÖREDRAGNA UTFöRINGsr-ommn Figur l visar en typisk urladdningskurva för en battericell, som har en nominell spänning på 2 volt och urladdas med en konstant ström. Precis i början på urladdningen sjunker spänningen mycket fort för att sedan öka till en nivå, som kallas platåspänning 1.

Tidsaxeln är normerad efter den tidpunkt då spänningen har sjunkit till ett förutbestämt värde en sk slutspänning 2. Ur denna kurva kan man utläsa hur lång kvarvarande urladdningstid Därefter ser i detta batteriet har genom att mäta upp en spänning Uh man var på tidsaxeln 3 som. kurvan har detta värde, exempel kan man utläsa 0.6, vilket innebär att det återstår 40% av den totala urladdningstiden.

Figur 2 visar en schematisk bild av ett batterisystem som består av en kontrollenhet 10, vilken samlar in information och styr övervakning av batterisystemet via ett antal övervakningsmoduler Kontrollenheten, är kopplad. till de olika av olika typer ll-13. vilken har möjlighet att kommunicera med en extern dator 9, övervakningsmodulerna med en kommunikationsslinga 14, t.ex. en fiberoptisk loop.

Mätning av batterispänning hos ett batteri 15 sker genom en modul I ll. modul I spänningar och i detta exempel behövs alltså två stycken modul I Varje kan mäta upp till tolv olika 10 15 20 25 30 . - - q nu 515 598 | » . v m för varje batteri, som innehåller tjugofyra celler. Modul I kan även användas till att hämta in information från standard- sensorer med spännings- eller strömutgång. Övervakning av alarmsignaler och analoga/digitala signaler från batterierna utförs i huvudsak av modul II 12.

Utrustning som inte är anpassad till batterisystemet kan kopplas in via en modul III 13, t.ex. en kraftmodul 16 och en “stand-by” generator 17.

Figur 3a visar kontrollenheten 10, funktionsblock. I representerad av ett antal centrum för kontrollenheten finns en övervakningsenhet 20, med en styrenhet 21 och ett minne 22. Övervakningsenheten finns närmare beskriven i figur 3b.

Till övervakningsenheten 20 finns en alarmpanel 23 ansluten, där batterisystemts funktionsstatus går att utläsa, och ett monitor 24, underhàllsarbete. terminal kan anslutas för t.ex. det interface där en Vidare finns ett batteriövervaknings- interface 25, genom vilket all kommunikation till och från de enskilda övervakningsmodulerna sker, och ett kommuikations- interface 26, t.ex. ett modem, för att hantera kommunikation med en eventuell central övervakning 27 i en extern dator.

Figur 3b visar övervakningenheten 20, representerad av ett antal funktionsblock. I ett funktionsblock för styrenhet/minne 30 lagras programinstruktioner för batterisystemet samt att uppmätta värden från de olika övervakningsmodulerna lagras och bearbetas enligt givna instruktioner. Batteriövervaknings- interfacet är anslutet till ett analog-interface 31, sonn tar emot och hanterar kommunikationen till/från övervaknings- modulerna. En analog/digital omvandlare 32 finns placerad mellan styrenheten/minnet och det analoga interfacet. Kommunikations- interfacet är anslutet till en kommunikationsenhet 33 som arbetar emot både styrenheten/minnet och det analoga interfacet. ~ | | u nu 10 15 20 25 30 - - . | nu - u . v u 515 3978 Ett kraftförsörjningsblock 34 förser övervakningsenheten med elkraft.

I exemplet används en analog kommunikation till/från övervakningsmodulerna, men en digital kommunikation är naturligtvis också möjligt. I det fallet kommer det analoga interfacet 31 att ersättas av ett digitalt interface och A/D omvandlaren behövs ej.

Figur 4 och 5 visar den teknik som används för att ta fram en normaliserad tabell, vilken används som utgångspunkt för att beräkna en kvarvarande urladdningstid och en resulterande batterikapacitet. Flödesschemat ger en detaljerad bild av det program med vilken den ovan nämnda tabellen genereras. I detta fall används en battericell som har en spänning på 2.1 volt vid full laddning och en slutspänning har satts till 1.75 volt.

Dessutom beräknas tabellen för tre ström-kapacitetspar, dvs tre stycken laster används för att generera de önskade urladdningsströmmarna. Dessa motsvarar urladdningstider av batteriet för 14 3 respektive 10 timmar. Naturligtvis är det möjligt att använda fler antal ström-kapacitetspar och andra typer av battericeller, vilket medför andra nivåer på max- och slutspänningen. Den uppmätta batterispänningen är ett medelvärde från flera battericeller.

Figur 4 visar början på flödesschemat för generering av den normaliserade tabellen som startar med ett funktionsblock 101, vilket aktiveras av ett övervakningssystem. Därefter följer ett funktionsblock 102 som ger batterisystemets övervakare en möjlighet att mata in systemdata och funktionsparametrar. Sådan information innehåller speciellt en slutspänning tg, då batteriet anses vara totalt urladdat, batteriets inre resistans Ri, batteriets nominella 10h-kapacitet Cm, antalet kolumner i tabellen k och värdet på de laster Rx som används för att generera en önskad urladdningsström IX. Dessa urladdnings- strömmar är speciellt utvalda för att motsvara urladdningstider x f a : a u en 10 15 20 25 30 . - » « - . ' 515 3988 som medför en god exakthet vid användning och interpolering av tabellen. I detta exempel är k=3 och lasterna anpassade så att R1 motsvarar en urladdningsström på 10 timmar, R2 motsvarar 3 timmar och R3 motsvarar 1 timme.

Instruktioner i följande funktionsblock 103 väljer ut den första lasten R1 (x=l). Innan urladdning kan ske laddas batteriet upp i minst 48 timmar och instruktioner för detta och övervakning sker genom. ett funktionsblock 104. nollställas, Dessutonx måste viktiga system- variabler såsom urladdningstiden t=0 och den förbrukade kapaciteten Cfi=0. Instruktioner för detta verkställs i ett funktionsblock 105.

Det lagrade programmet startar genom funktionerna i ett funktionsblock 106, urladdning av batteriet genom inkoppling av lasten och start av tidmätning för batteriets urladdning. Efter flödet till ett tidsintervall fortsätter Ü1(t) ett förutbestämt funktionsblock 107 där t, och I1(t) mäts upp och sparas i ett minne. Dessutom beräknas batteriets förbrukade kapacitet Cmlt) genom att multiplicera tiden med urladdningsströmmen och resultatet sparas i minnet.

Om den uppmätta spänningen är större än den angivna slut- spänningen tas ett beslut i ett funktionsblock 108 att rikta flödet till en 109 ytterligare ett tidsintervall. punkt och en ny mätning görs efter Denna procedur upprepas ända tills den uppmätta spänningen är lika eller mindre än slut- spänningen. Samtliga önskade värden från den första urladdningen är nu gjord och flödet går nu vidare till ett funktionsblock 110, där programmet kontrollerar om det finns ytterligare laster att göra samma mätningar och beräkningar för.

Om fler laster finns återkopplas flödet genom ett funktionsblock 111, detta fall. som definierar nästa last genom att sätta x=x+1, dvs 2 i Flödet ansluter till en punkt 112 och det lagrade programmet startar sekvensen med att ladda upp batteriet igen och därefter genomföra ytterligare en mätserie. . | . e a; 10 15 20 25 30 . ' n - m . . - « . 1 515 3989 Då det inte finns fler laster att göra mätningar för avslutas denna del och flödet går vidare till figur 5 där ett antal beräkningar kommer att ske i olika funktionsblock för att färdigställa den önskade tabellen. Först normaliseras de uppmätta spänningarna, i ett funktions- att vid varje tidpunkt t, block 113 genom utnyttja följande ekvationer, som är anpassade efter den givna slutspänningen på 1.75 volt och batteriets maxspänning 2.1 volt: x=l,2,3,...,k Ux,norm=A+B ' Ux ) 0.35 B= -íí <2) 0.35-Ri°(Ix~I1) A= 1.75'(l-B) (3) Normaliseringen görs på så sätt att slutspänningen bibehålls på 1.75 volt, samtidigt som platåspänningen ökas med en spänning som motsvaras av den inre resistansen och strömskillnaden mellan den uppmätta urladdningsströmmen och 10h-strömmen I1. För värden som hör till den första urladdningen, som pågick i tio timmar, görs ingen normalisering av spänningarna utan de behålls i original. Resultatet av normaliseringen sparas i minnet.

När detta är gjort går flödet till ett funktionsblocket 114 där det ges instruktioner om att normalisera urladdningsströmmarna, ILHMW, genom att vid varje tidpunkt t använda formeln: IX Ixmorm: (4) r Cm där x=1,2,..,k och C10 är den nominella tiotimmars kapaciteten.

I exemplet är k=3 och de tre strömkolumnerna normaliseras och resultaten sparas i minnet.

Instruktioner för nästa steg i processen för att generera den normaliserade tabellen ges i ett funktionsblock 115 där ~ ~ u - n» 10 15 20 25 30 ' i 515 39810 beräknas (x=1-3) batteriets kvarvarande kapacitet, Cmkfir, vid varje tidpunkt t för de olika urladdningsströmmarna enligt formeln: Cx, kvar=cx, slut-CX (5) I där Cmsnm är den ackumulerade förbrukade kapaciteten för en mätserie och CX är den vid tidpunkten. t hittills förbrukade kapaciteten i batteriet. Resultaten sparas för samtliga strömmar i minnet. I ett följande funktionsblock 116 normaliseras de beräknade kvarvarande batterikapaciteterna vid varje tidpunkt t, enligt formeln: Cx, kvar (6) CX, kvar, norm: Cm Flödet går nu till den del av processen där grundstrukturen till tabellen ställs upp och instruktioner om hur detta ska se ut erhålls fràn. ett funktionsblock 117, där diskreta spännings- nivåer Um, där m=O-10, bestäms till den första kolumnen. Deras respektive nivåer är t.ex. 2.10, 2.06, 2.04, 2.02, 2.00, 1.98, 1.95, 1.90, 1.85, 1.80, 1.78, dvs U0=2.10 volt och U5=1.98 volt.

Andra spänningsnivåer kan naturligtvis användas. tabellen 1.75 volt, Ingen rad i finns för slutspänningen eftersom den kvarvarande kapaciteten är beräknad för denna slutspänning och resultatet blir noll. Den slutgiltiga tabellen enligt detta exempel kan ses nedan, tabell 1.

Nu när grunden till tabellen är skapad ska den fyllas på och instruktioner för denna operation finns i ett funktionsblock 118, batterikapaciteterna som sköter inmatningar av de kvarvarande normaliserade och ett funktionsblock 119, som sköter inmatningar av de normaliserade urladdningsströmmarna.

Proceduren för att mata in de kvarvarande batterikapaciteterna sker för varje urladdningsström och rad m=0-10 i tabellen enligt instruktioner från funktionsblocket 118, varvid används den 10 15 20 . . | | nu ' i 515 3198 normaliserade kvarvarande kapacitetskolumnen med tillhörande normaliserade spänningskolumn från de registrerade beräkningarna i minnet och används följande formel: Cr+1"Cr Cm: Cr+Cr+1' (Um"Ur) ' (7) r Ur+1-Ur där Cr är värdet av den normaliserade kvarvarande kapaciteten och Ur den normaliserade spänningen från rad r. Ur är den spänning som ligger precis över den önskade diskreta spänningen Um för vilken interpoleringen görs. På samma sätt är Cfií och Urfi hämtade ur minnet, där UH; är den spänning som ligger precis under den önskade diskreta spänningen Um.

Flödet avslutas i nästa funktionsblock 119, där värdena för Till skillnad från eftersom värdet på urladdningsströmmarna matas in 1. tabellen. kapaciteten behövs inte dessa interpoleras, de olika strömmarna inte varierar speciellt mycket under en mätserie. Naturligtvis går det att interpolera enligt formel (7) om så skulle önskas, men med kapaciteten utbytt mot strömmen.

Flödet kan nu generera en normaliserad tabell, se tabell 1.

Spänning lOh 3h lh urladdning urladdning urladdning rad Um Ilm Clm I2m C2m I3m C3m 0 2-10 110 C10 120 C20 130 C30 1 2-06 111 C11 121 C21 131 C31 2 2-04 112 C12 122 C22 132 C32 3 2-02 113 C13 123 C23 133 C33 4 2-00 114 C14 124 C24 134 C34 5 1 -98 115 C15 125 C25 135 C35 6 1 -95 116 C16 126 C26 136 C36 7 1- 90 117 C17 127 C27 137 C37 8 1-85 118 C18 128 C28 138 C38 9 1 -80 119 C19 129 C29 139 C39 10 1-78 1110 C110 1210 C210 1310 C310 Tabell 1. Nörmaliserad tabell för utföringsexempel. 10 15 20 25 30 . . | . o; v - . « »- ' i 515 3928 Figur 6-7 visar den teknik som används för att, utifrån en mätning av ett batteris och urladdningsström Iv(t), spänning UV(t) kunna beräkna batteriets resulterande kapacitet och urladdningstid ned till en förutbestämd minimum spänning Umfl.

Grunden för dessa beräkningar är den, från figur 4 och 5, framtagna normaliserade tabellen.

Figur 6 visar början på ett flödesschema för beräkning av den resulterande kapaciteten och därigenom urladdningstiden som initieras av' ett funktionsblock 201, vilket aktiveras av ett övervakningssystem. Därefter följer ett funktionsblock 202 som ger batterisystemets övervakare en möjlighet att mata in systemdata och funktionsparametrar. Sådan information innehåller den, enligt figur 4 och 5, framtagna normaliserade kapacitets- tabellen för batteriet, vars urladdning ska övervakas. Kopplat till tabellen finns det värdet på slutspänningen Us då batteriet anses vara totalt urladdat. Vidare inmatas en konstant, UmäX I vilken används för att bestämma rätt status vid beräkningar längre fram. Dessutom kan en minspänning, Umn, anges som fungerar som en ny slutspänning. Om ingen minspänning matas in sätts minspänningen lika med slutspänningen.

Flödet går sedan till ett funktionsblock 203, där det lagrade programmet ger instruktioner om att normalisera den inmatade minspänningen, Umflflmm" genom att använda formlerna (1)-(3) och därefter fortsätta med instruktioner att övervaka batterisystemet i ett funktionsblock 204 för att avgöra om batteriet laddas ur. Ett beslut om urladdning sker tas i ett funktionsblock 205 och om så inte är fallet går flödet via en till funktionsblocket 204. urladdning Detta flödet fortsätter till ett funktionsblock 207, där programmet ger order återkoppling 206 tillbaka återupprepas tills en detekteras och om att sätta vissa parametrar till förutbestämda värden. Tiden för urladdningen nollställs, värdet på den beräknade förbrukade kapaciteten hos batteriet Cuæd nollställs och värdet på status sätts till 1. - u ø | u 10 15 20 25 30 Q Q « v v: - i 515 398 13 . ~ . . , v I ett följande funktionsblock 208 ges instruktioner om att vänta ett förutbestämt tidsintervall innan en första. mätning av en batterispänning UV och. en urladdningsströnl IV son\ funktion av tiden. Därefter beräknas en ackumulerad förbrukad kapacitet.

Alla värden sparas i ett minne. För att kunna beräkna den korrekta resulterande kapaciteten måste den uppmätta (1)-(3) samt att den uppmätta urladdningsströmmen måste normaliseras (4). Detta sker i ett funktionsblock 209. batterispänningen normaliseras med hjälp av formlerna med hjälp av formeln Flödet går vidare till ett funktionsblock 210 där en ny kapacitetskolumn beräknas utifrån den normaliserade tabellen.

Denna operation utförs genom att interpolera med följande formel: Cvm: Ccm+ (Iv,norm"Icm) ' (c(c+l)m"ccm) / (I(c+1)m"Icm) (8) r där m är ett index för varje rad i tabellen. Iam och Iflfinm är strömmen från rad m i tabellens strömkolumn närmast lägre respektive högre än den normaliserade strömmen Iwnum. Can och CW+nm är motsvarande värde på den kvarvarande kapaciteten.

Resultaten sparas i minnet.

Därefter följer ett funktionsblock 211, där ett värde på den kvarvarande normaliserade kapaciteten beräknas genom nedanstående formel: Cwnorm: Cvn + (Uwnorm-Un) ' (Cv(n+1)_ Cvn) / (Un+1"Un) r där Un och Umq är spänningar från den rad i tabellens spänningskolumn som är närmast högre respektive lägre än den normaliserade spänningen Uvflwnw Cvn och Cvm+n är motsvarande värde på den kvarvarande kapaciteten. Resultatet sparas i minnet.

Då den nya kapacitetskolumnen för den uppmätta strömmen har beräknats går flödet vidare till figur 7 och ett funktionsblock 212, där en normaliserad kvarvarande kapacitet Cmnflmm” som 4 | | | n 10 15 20 25 30 v v v . ~v ß o 1., .U ' ' 515 5:98 motsvarar den normaliserade minimum spänningen Umhhnmm, beräknas genom interpolation utifrån den nya kapacitetskolumnen (9)- Umfiflwmli formeln. Även detta resultat sparas i minnet. med formel Cwnmm byts ut mot Cmflflmmloch Uwnmm byts ut mot för batteriet I ett funktionsblock 213 För' att beräkna en resulterande kapacitet Cms måste batteriets status tas fram. avgörs om batteriet är i början av urladdningen genom att den ackumulerade använda kapaciteten Cuæd jämförs med ett värde pà batteriets totala kapacitet CO för strömmen IV då Uv=2.1 volt. flödet vidare till ett Om Cused är än 5% funktionsblock 214, mer av CO går där en ny status för batteriet beräknas enligt formeln: StêtUS = 1ÛÛ'Cused /(C0- (lÛ) CV, 1101111) Flödet går sedan till ett funktionsblock 216. I de fall då Cuæd är mindre än 5% av CO går flödet via en förbikoppling 215 till funktionsblocket 216. I blocket 216 jämför det uppmätta batterispänningen Uv(t) om UV(t)> Umax går flödet till ett lagrade programmet den med den inmatade maxspänningen Umæp funktionsblock 217, beräknas genom följande formel: där batteriets resulterande kapacitet CRS Cres = Status' (c0" Cminmorm/loo) (11) Formeln tar hänsyn och kompenserar för en annan minimumspänning än den i tabellen angivna slutspänningen. I de fall då minimum- spänningen är lika med slutspänningen är Cmfl¿wmFO och inverkar ej på uträkningen av Cræ.

Om beslutet i funktionsblocket 216 blir det motsatta, dvs att den uppmätta spänningen inte är större än maxspänningen fortsätter flödet istället till ett funktionsblock 218, för att avgöra om spänningen har sjunkit för lågt. Om. den uppmätta batterispänningen UV(t) flödet till ett funktionsblock är mindre än minimumspänningen Umm går 219, där programmet ger « o v n u 10 15 20 25 30 Q » - | m « = . . , . ' ' 515 æg instruktioner om att sätta den resulterande kapaciteten till noll.

Om den uppmätta batterispänningen Uv(t) är större än minimum- spänningen Umm går flödet till ett funktionsblock 220, där ett värde på den resulterande kapaciteten beräknas genom följande formel: Cres = StatuS/:l-OO' (Cv,norm_ Cmimnorm) (11): son1 också tar hänsyn och kompenserar för en annan. minimum- spänning än den i tabellen angivna slutspänningen. Resultatet från beräkningarna av den resulterande kapaciteten i funktions- blocken 217, 219 och 220 flyttas över till ett funktionsblock 221. Om CRS är mindre eller lika med noll går flödet vidare från funktionsblocket 221 till ett funktionsblock 222, där batteriet kopplas ur systemet och laddas upp på nytt. När det är uppladdat går flödet tillbaka till bokstaven C i figur 6.

Om CRS är större än noll går flödet vidare till ett funktionsblock 223, där en cellvariationsjustering sker.

Funktionen är noggrant beskriven i figur 8. Efter att justeringen har blivit gjord återkopplas flödet till bokstaven D i figur 6 och en ny mätning av batterispänning och urladdningsström görs efter ett bestämt tidsintervall.

Figur 8 visar ett detaljerat flödesschema av funktionsblocket 223, kapaciteten så där beräkningar utförs för att justera den resulterande att batteriets önskade slutspänning stämmer överens med batteriets beräknade slutspänning. Med slutspänning menas den spänning då batteriet anses vara förbrukat och måste laddas upp på nytt, den sk minspäningen, Umfl.

Flödesschemat för justeringen initieras i ett funktionsblock 301, ett funktionsblock 302 som. ger instruktioner om att beräkna vilket aktiveras av övervakningssystemet. Därefter följer varje enskild battericells slutspänning Ue, givet en resul- 10 15 20 25 30 35 . . | . en = - . f - . - i 515 39§6 terande kapacitet CNS. Denna beräkning sker med hjälp av följande formel: Un+ (Un+l_Un) ' (crem-Cvn) / (Cv(n+l)'cvn) “A Ue: r B där Un och Umj är spänningar från den rad i tabellens spänningskolumn som är närmast högre respektive lägre än den normaliserade spänningen UVJWUW CW, och Cvm+n är motsvarande värde på den kvarvarande kapaciteten. A och B är hämtade från formlerna 2 och 3.

Resultaten från beräkningarna sparas i minnet.

I ett funktionsblock 303 ges instruktioner om att beräkna en medelslutspänning hos batteriet UN genom att ta medelvärdet av samtliga cellers beräknade slutspänning. Resultatet sparas i minnet och flödet går vidare till ett funktionsblock 304, där en jämförelse sker mellan batteriets medelslutspänning och den önskade slutspänningen. Om medelslutspänningen skiljer sig mer än 1% från den önskade slutspänningen, ges instruktioner i ett följande funktionsblock 305 om att justera den resulterande kapaciteten enligt följande formel: Uav- Umin (l+ ----) Uv, norm" Umin cres(x+l)= Cres(X) ' I där Cnß(x+l) betecknar en ny beräknad resulterande kapacitet Cres (X) som ska justeras. för batteriet och där betecknar den framräknade resulterande kapaciteten, till 306 Denna iteration págàr ända tills det att värdet Flödet återkopplas punkten och en ny beräkning sker av cellernas slutspänning. av batteriets beräknade slutspänning av den Då till ligger inom 1% flödet 307, t.eX. detta sker från ett önskade funktionsblocket slutspänningen. går 304 alla kapaciteten, funktionsblock där resultaten av beräkningar presenteras, den resulterande urladdningsström, batterispänning, önskad slutspänning, förbrukad kapacitet och urladdningstid.

Dessutom kan man ur dessa uppgifter få fram hur lång tid som . ø « u u 10 o u - I - n . o ' l 515 39817 återstår innan batteriet måste laddas upp igen genom att dividera den resulterande kapaciteten med urladdningsströmmen, förutsatt att den är konstant.

Därefter återkopplas flödet till D i figur 6, för att på nytt mäta upp urladdningstiden, batterispänningen och urladdnings- strömmen.

Sättet att beräkna och justera den resulterande kapaciteten gör att det är möjligt att ha battericeller med olika status och Flödet blir då komplicerat men principen är den samma. även med olika inre resistans. något mer Uppfinningen är naturligtvis inte begränsad till de ovan beskrivna och på ritningen visade utföringsformerna, utan kan modifieras inom ramen för de bifogade patentkraven.

Claims (9)

10 15 20 25 30 » | « | v: " ~ 515 z%s NYA PATENTKRAV

1. l.Förfarande för beräkning av en resulterande kapacitet hos ett batteri, där batteriets urladdningsström och batterispänning mäts, som en funktion av tid, och registreras vid normal drift, k ä n n e t e c k n a t av att förfarandet innefattar två delar, varav en första del innefattar: - att en kvarvarande kapacitet hos nämnda batteri beräknas från minst två urladdningskurvor, vilka är en batterispänning som funktion av tiden, - att batteriets förbrukade kapacitet beräknas utifrån urladdningskurvorna, där varje urladdningskurva är anordnade att motsvara en viss ungefärlig urladdningsström, - att urladdningsströmmen och batterispänningen för respektive urladdningskurva mäts och registreras under batteriets urladdningsförlopp, - att den kvarvarande kapaciteten beräknas för varje mätning av urladdningsström och batterispänning, utifrån batteriets förbrukade kapacitet, och - att den kvarvarande kapaciteten, batterispänningen och urladdningsströmmen normaliseras, samt en andra del vilken innefattar: - att en status från varje cell i batteriet beräknas genom att använda värdet på den normaliserade kvarvarande kapaciteten från den första delen, den förbrukade kapaciteten och cellens totala kapacitet, och - att den resulterande kapaciteten beräknas genom att använda värdet på statusen och den normaliserade kvarvarande kapaciteten eller cellens totala kapacitet.

2.Förfarande enligt patentkravet ln k ä n n e t e c k n a t av att den första delen av förfarandet innefattar ytterligare steg: 10 15 20 25 30 515 398 - att de framtagna normaliserade värdena anordnas i en tabell, där en första kolumn består av minst två diskreta spänningsnivåer, - att en strömkolumn och en kapacitetskolumn, för kvarvarande batterikapacitet, matas in i tabellen, genom interpolation av de uppmätta/beräknade och normaliserade värden, för varje urladdningskurva.

3.Förfarande enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a t av att antalet urladdningskurvor är 'tre, vilka är' anordnade att motsvara en urladdningstid på en, tre respektive tio timmar för batteriet, där urladdningstiden räknas från början av en urladdning tills det att batterispänningen har sjunkit ned till en definierad slutspänning samt att antalet diskreta spänningsnivàer i tabellen är minst 10 stycken.

4.Förfarande 1-3, k ä n n e - t e c k n a t av att följande steg innefattas i den andra delen enligt något av patentkraven av förfarandet: - att en tabell, framtagen genom de kontrollerade urladdningarna del, urladdningsförloppet för varje cell i batteriet, enligt förfarandets första anordnas att motsvara - att en nollställning av batteriets urladdningstid och förbrukad kapacitet sker vid inkoppling av batteriet, - att en urladdningsströmm och en batterispänning från ett batteri, mäts och registreras under urladdningsförloppet efter en viss urladdningstid, - att den förbrukade kapaciteten hos batteriet beräknas utifrån urladdningstiden och urladdningsströmmen samt att den förbrukade kapaciteten normaliseras samt att batterispänningen och urladdningsströmmen normaliseras, och - att en normaliserad kvarvarande kapacitet interpoleras fram kapacitetskolumn, vilken tas fram från en ny genom att .. ._ . .U nu .. _”. ...... ... . .... .. .... _ .. 19 . . .. U . U U .... U 10 15 20 25 I ' v « | 1 « f n 515 398 interpolera innehållet från två närliggande normaliserade kapacitetskolumner ur tabellen.

5.Förfarande enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a t av att följande steg innefattas ytterligare i den andra delen av förfarandet: - att en minimumspänning definieras, vilken kan skilja sig ifrån slutspänningen given från tabellen, och som anordnas att bestämma vid vilken spänning batteriets urladdningsförlopp ska avbrytas, - att normaliseras för att minimumspänningen möjliggöra beräkning av en normaliserad minimumkapacitet genom inter- polering av innehållet i den nya kapacitetskolumnen, - att en resulterande minumumkapacitet beräknas genom att använda värdet på statusen, - att en justering av den resulterande kapaciteten sker genom subtraktion av minimumkapaciteten, vilket medför en kompensation på grund av ändrad slutspänning.

6.Förfarande enligt något av patentkraven 4 eller 5, k ä n n e t e c k n a t av att följande steg innefattas ytterligare i den andra delen av förfarandet: - att en cellslutspänning beräknas utifrån den resulterande kapaciteten och den normaliserade uppmätta batterispänningen genom interpolera fram cellspänningen ur den framtagna tabellen, - att en medelslutspänning beräknas utifrån de cellslut- spänningarna, - att en justering av den resulterande kapaciteten sker genom iterering med avseende pà den resulterande kapaciteten och skillnad medelslutspänningen och den angivna minimumspänningen. cellslutspänningen intill en acceptabel mellan 20 . . . , .. . .. .. L . - - H 10 15 20 25 30 | 1 . @ fo " ' 515 398 21 : ::'f 135

7.Kontrollenhet för beräkning av resulterande kapacitet hos ett batteri, där batteriets urladdningsström och batterispänning är uppmätta, som en funktion av tid, och är registrerade vid normal drift, k ä n n e t e c k n a d av att kontrollenheten innefattar medel för två delar, där en första del innefattar medel för: - ett beräknande av kvarvarande kapacitet hos nämnda batteri från minst två urladdningskurvor, vilka är en batterispänning som funktion av tiden, - ett beräknande av batteriets förbrukade kapacitet utifrån urladdningskurvorna, där varje urladdningskurva är anordnade att motsvara en viss ungefärlig urladdningsström, - mätning och registrering av urladdningsströmmen och batterispänningen för respektive urladdningskurva under batteriets urladdningsförlopp, - ett beräknande av den kvarvarande kapaciteten för varje mätning av urladdningsström och batterispänning, utifrån batteriets förbrukade kapacitet, och - ett normaliserande av den kvarvarande kapaciteten, batterispänningen och urladdningsströmmen, samt en andra del innefattar medel för: - ett beräknande av en status från varje cell i batteriet genom att använda värdet på den normaliserade kvarvarande kapaciteten från den första delen, den förbrukade kapaciteten och cellens totala kapacitet, och - ett beräknande av den resulterande kapaciteten genom att använda värdet på statusen, den normaliserade kvarvarande kapaciteten från den första delen och cellens totala kapacitet.

8.Kontrollenhet enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d av att den första delen innefattar ytterligare medel för: - ett framtagande av en tabell med minst två diskreta spänningsnivàer, 10 15 20 25 22 â;2.' H2 - ett inmatande av den normaliserade kvarvarande kapaciteten i tabellen genom interpolation av de normaliserade beräknande värdena, samt - ett tabellen. inmatande av den normaliserade urladdningsströmmen i

9.Kontrollenhet enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d av att den andra delen innefattar ytterligare medel för: - ett registrerande av ett batteris urladdningsström och batterispänning, vid en viss tidpunkt, - ett beräknande av batteriets förbrukade kapacitet, - ett normaliserande av urladdningskurvans urladdningsström och batterispänning, och - ett beräknande av en kvarvarande kapacitet genom interpolation i tabellen. lO.Kontrollenhet enligt något av patentkraven 8 eller 9, k ä n n e t e c k n a d av att den andra delen innefattar ytterligare medel för: - ett beräknande av en slutspänning för varje enskild battericell i batteriet utifrån den resulterande kapaciteten och den normaliserade uppmätta batterispänningen genom att interpolera fram cellspänningen ur den framtagna tabellen, - ett beräknande av en nædelslutspänning utifrån de beräknade cellslutspänningarna, - ett av batteriets resulterande justerande kapacitet genom iterering med avseende på den resulterande kapaciteten och medelslutspänningen. , »nn :nn x n .n -no nn :n n n 5 n nn n n n - n n o n .H .. n. n . nn n; nn 51 z n. n» r n I I n nn o n n n nn n o. n