FI99170C - Monitoring system for an accumulator - Google Patents

Description

9917099170

Akun valvontajärjestelmä - Övervakningssystem for en ackumulatorBattery monitoring system - Övervakningssystem for en Acumulator

Esillä oleva keksintö koskee akun valvontajäijestelmää, joka käsittää akun ja val-5 vontalaitteen, jossa järjestelmässä akku käsittää ainakin neljä sarjaan kytkettyä jän-niteyksikköä, joilla kullakin on ylemmän potentiaalin omaava pää ja alemman potentiaalin omaava pää, joihin päihin on järjestetty sähköinen liitäntä ja kunkin jänni-teyksikön sähköisiin liitäntöihin on kytketty sähköiset johtimet, jotka on kytketty sähköiseen yhteyteen valvontalaitteeseen jänniteyksiköiden antamien jännitteiden 10 valvomiseksi.The present invention relates to a battery monitoring system comprising a battery and a monitoring device, in which system the battery comprises at least four voltage units connected in series, each having an upper potential end and a lower potential end, at the ends of which an electrical connection and each voltage are provided. - electrical wires are connected to the electrical connections of the power unit, which are connected to an electrical connection to the monitoring device for monitoring the voltages 10 provided by the voltage units.

Sähkökemiallinen elementti eli akku tai paristo muodostuu tavallisesti sarjaan ja/tai rinnan kytketyistä kennoista. Sähköenergian lähteinä käytetään akuissa esim. galvaanisia kennoja ja polttokennoja, joissa molemmissa kemiallinen energia muutetaan 15 sähköenergiaksi. Kunkin kennon antama lähtöjännite riippuu kennotyypistä ja sen sisällä käytetyistä materiaaleista. Sähkökemiallisen elementin tuottama jännite on tavallisesti 1-1,5 V. Lyijykennon antama maksimijännite on kuitenkin jopa 2,75 V. Alkalikennojen, kuten nikkeli-rautakennon, nikkeli-kadmiumkennon ja hopea-sink-kikennon jännite on huomattavasti alempi kuin lyijykennon eli n. 1,3 V. Sen sijaan 20 fosforisen polttokennon antama jännite on vain n. 0,6 V.An electrochemical element, i.e. a battery, usually consists of cells connected in series and / or in parallel. As sources of electrical energy, batteries use, for example, galvanic cells and fuel cells, both of which convert chemical energy into electrical energy. The output voltage given by each cell depends on the cell type and the materials used inside it. The voltage produced by the electrochemical element is usually 1-1.5 V. However, the maximum voltage given by a lead cell is up to 2.75 V. The voltage of alkaline cells such as nickel-iron cell, nickel-cadmium cell and silver-zinc cell is considerably lower than that of lead cell, i.e. about 1 .3 V. Instead, the voltage given by the 20 phosphor fuel cells is only about 0.6 V.

:. Tarvittavan jännitteen antavan sähkökemiallisen elementin, kuten akun, muodosta miseksi kytketään useita kennoja sarjaan. Akkuun voi aiheuttaa häiriöitä oikosulku , . ; tai häiriö yksittäisessä kennossa tai kahden kennon välinen kontaktivika. Tällainen 25 häiriö heikentää akun tehokkuutta ja voi aiheuttaa häiriöitä muissa kennoissa. Tästä • ” johtuen on tärkeätä tunnistaa ja paikallistaa tällainen häiriö mahdollisimman nope- *·* * asti. Esimerkiksi akun vanhetessa jonkin kennon impedanssitaso saattaa vaihdella, jolloin kyseisessä kennossa saattaa syntyä paikallista kuumenemista, mikä voi vaurioittaa kennoa pysyvästi.:. Several cells are connected in series to form an electrochemical element, such as a battery, that provides the required voltage. The battery may be interrupted by a short circuit,. ; or a fault in a single cell or a contact fault between two cells. Such interference will reduce the efficiency of the battery and may cause interference with other cells. For this reason, it is important to identify and locate such a disturbance as quickly as possible. For example, as the battery ages, the impedance level of a cell may vary, causing local heating to occur in that cell, which can permanently damage the cell.

30 •: · Jotta akkua voitaisiin hyödyntää mahdollisimman paljon ja jotta akulta saataisiin • · « · .·:*. luotettava jännitteensyöttö, on kaikentyyppisiä ladattavia akkuja, niin tavallisia kuin - , ' ns. huoltovapaita akkuja eli venttiilisäätöisiä akkuja, valvottava. Valvonnan avulla : : arvioidaan akun kapasiteetin tilaa vikojen havaitsemiseksi. Valvontamenetelmät voi- 35 daan jakaa manuaalisiin ja automaattisiin.30 •: · To get the most out of your battery and get the battery • · «·. ·: *. reliable power supply, there are all types of rechargeable batteries, as ordinary as -, 'so-called. maintenance-free batteries, ie valve-controlled batteries, monitored. Using monitoring:: assesses the state of battery capacity to detect faults. Monitoring methods can be divided into manual and automatic.

2 991702,99170

Manuaalisiin menetelmiin sisältyy esim. kennojännitteiden, kennotiheyksien ja vedenkulutuksen mittaamista ja taltioimista määrätyin ajoin. Tällainen manuaalinen menetelmä soveltuu konventionaalisiin akkuihin, joissa on mahdollista mitata ken-notiheyttä ja vedenkulutusta. Sen sijaan menetelmä ei sovellu käytettäväksi venttiili-5 säätöisissä eli ns. huoltovapaissa akuissa, koska niissä elektrolyytti ei ole nestemäistä eikä niitä voi täyttää. Myös akun kapasiteetin koestuksia on suoritettu manuaalisesti.Manual methods include, for example, measuring and recording cell voltages, cell densities, and water consumption at specified times. Such a manual method is suitable for conventional batteries, where it is possible to measure cell density and water consumption. On the other hand, the method is not suitable for use in valve-5 controlled, i.e. so-called maintenance-free batteries because they do not contain liquid electrolyte and cannot be refilled. Battery capacity tests have also been performed manually.

Automaattisessa menetelmässä akku on jatkuvasti kytketty jonkinlaiseen valvonta-10 laitteeseen, jolloin akun kunto määritetään automaattisesti esim. vertailemalla kenno- tai akkujännitteitä ja purkausvirtaa kenno- tai akkukohtaisiin purkausarvoihin akun purkamisen aikana. Nykyiset automaattiset valvontalaitteet vaativat kuitenkin paljon ohjelmointia ja tarkkoja tietoja valvottavasta akusta ja tämän takia ne ovat tavallisesti melko kalliita. Automaattista valvontamenetelmää valvontalaitteen avulla 15 voidaan soveltaa kaikentyyppisiin akkuihin.In the automatic method, the battery is continuously connected to some kind of monitoring device 10, in which case the condition of the battery is determined automatically, e.g. by comparing cell or battery voltages and discharge current with cell or battery-specific discharge values during battery discharge. However, current automatic monitoring devices require a lot of programming and accurate information about the battery being monitored and because of this they are usually quite expensive. The automatic monitoring method by means of the monitoring device 15 can be applied to all types of batteries.

Automaattisen valvontalaitteen tulee voida paikallistaa ja osoittaa viallinen yksikkö, joka voi käsittää yhden kennon, muutaman tai usean sarjaankytketyn kennon, kun yksikön kapasiteetti laskee tietyn tason alapuolelle. Valvontalaitteen tulee toimia 20 kuormaa häiritsemättä ja valvonta on voitava suorittaa irrottamatta akkua kuormasta.The automatic monitoring device must be able to locate and indicate a faulty unit, which may comprise one cell, a few or several cells connected in series when the capacity of the unit falls below a certain level. The recording equipment must operate without disturbing 20 loads and it must be possible to carry out the monitoring without removing the battery from the load.

* · · . . Tekniikan tasona tunnetaan patentista US-3 925 771 ratkaisu jännitteen tarkistami seksi piirissä, jossa on kaksi sarjaankytkettyä jännitelähdettä. Patentissa esitetyssä ratkaisussa valvotaan kunkin jännitelähteen jännitettä jakamalla kunkin jänniteläh-25 teen yli oleva jännite vastusjakajalla ja valvomalla jaettuja jännitteitä transistoreiden • 4 « ja ilmaisuelimen avulla. Patentin mukaisessa laitteessa valvonta on siten toteutettu • · · • · · * · * ’ järjestämällä kutakin jännitelähdettä varten omia komponentteja kunkin jänniteläh teen yli olevan jännitteen valvomiseksi.* · ·. . A solution for checking the voltage in a circuit with two voltage sources connected in series is known from the patent US-3,925,771. In the solution disclosed in the patent, the voltage of each voltage source is monitored by dividing the voltage across each voltage source by a resistor divider and by monitoring the divided voltages by means of transistors 4 and a detection element. In the device according to the patent, the monitoring is thus implemented • · · • · · * · * 'by arranging separate components for each voltage source in order to monitor the voltage across each voltage source.

30 Patentissa US-4 424 491 on esitetty automaattinen jännite-epätasapainon ilmaisin, jossa sarjaankytketyistä kennoista paikallistetaan viallinen kenno mittaamalla ken-: nojen välisiä erojännitteitä. Eräänä ratkaisuna patentissa on esitetty, että aluksi mita- . V taan jokaisen kennon yli oleva jännite, minkä jälkeen vierekkäisten kennojen jännit- :: teitä verrataan keskenään kahden vierekkäisen kennon erojännitteen muodostami- ' · · · ‘ 35 seksi. Toisena ratkaisuna patentissa on esitetty, että mitataan kunkin kahden vierek- : ‘: käisen kennon yli oleva summajännite sekä niiden välisessä keskipisteessä oleva . ’ ’ ·. jännite ja verrataan näitä jännitteitä jännitteiden välisen erojännitteen muodostami seksi. Täten myös patentin US-4 424 491 esittämässä ratkaisussa suoritetaan vähin- 3 99170 tään yksi mittaus kutakin kennoa kohden ja valvontalaite käsittää siten ainakin yhtä monta mittauskomponenttiyksikköä kuin on valvottavia kennoja.U.S. Pat. No. 4,424,491 discloses an automatic voltage imbalance detector in which a defective cell is located in series with cells by measuring differential voltages between the cells. One solution in the patent is to initially measure. The voltage across each cell is taken, after which the voltages of adjacent cells are compared to form the differential voltage of two adjacent cells. As another solution, the patent states that the sum voltage across each of the two adjacent cells and at the midpoint between them is measured. '' ·. voltage and comparing these voltages to form a differential voltage between the voltages. Thus, in the solution disclosed in U.S. Pat. No. 4,424,491, at least 3,99170 measurements are made for each cell, and the monitoring device thus comprises at least as many measuring component units as there are cells to be monitored.

Julkaisussa DE-31 46 141 on esitetty akun valvontalaite, jossa kunkin kahden vie-5 rekkäisen jänniteyksikön (kennon) välinen erojännite mitataan ja tässäkin valvontalaitteessa on siten yhtä monta mittausyksikköä kuin jänniteyksikköäkin.DE-31 46 141 discloses a battery monitoring device in which the differential voltage between each of the two adjacent voltage units (cells) is measured, and thus this monitoring device also has as many measuring units as the voltage unit.

Julkaisu WO-86/02738 koskee akun valvontajärjestelyä, jossa mitataan rinnakkain kytkettyjen kennohaarojen erojännitteitä. Kussakin haarassa on vähintään kaksi sar-10 jaankytkettyä kennoa ja julkaisussa on esimerkkinä esitetty 56 kappaletta sarjaan kytkettyä kennoa. Julkaisun esittämä valvontalaite koskee rinnakkaisten jänniteyksi-köiden (haarojen) erojännitteiden mittausta, eikä julkaisu siten käsittele sarjaankyt-kettyjen yksiköiden valvontaa. Rinnakkaisten yksiköiden valvomiseksi mitataan julkaisun ratkaisussa kunkin rinnakkaisen yksikön välinen erojännite, jolloin tuloksena 15 on yhtä monta erojännitettä kuin akussa on rinnakkaisia jänniteyksiköitä. Täten siinä joudutaan suorittamaan neljä erojännitemittausta virheellisen haaran paikallistamiseksi neljästä rinnankytketystä yksiköstä (haarasta). Julkaisun mukaisella valvontalaitteella selviää viallinen rinnakkainen haara, mutta viallinen kenno haarassa 56 sarjaankytketyn kennon joukosta ei selviä.WO-86/02738 relates to a battery monitoring arrangement in which the differential voltages of cells connected in parallel are measured. Each branch has at least two series-connected cells, and the publication shows 56 cells connected in series as an example. The monitoring device presented in the publication concerns the measurement of differential voltages of parallel voltage units (branches), and the publication thus does not deal with the monitoring of series-connected units. In order to monitor the parallel units, the difference voltage between each parallel unit is measured in the publication solution, whereby the result is 15 as many differential voltages as there are parallel voltage units in the battery. Thus, it has to perform four differential voltage measurements to locate the faulty branch from the four parallel-connected units (branches). The monitoring device according to the publication survives a faulty parallel branch, but a faulty cell in branch 56 of the cells connected in series does not survive.

20 :' ·,; Kaikissa tekniikan tason ratkaisuissa on siten vioittuneen jänniteyksikön eli vioittu- ;, neen akkukennon tai vioittuneen muutamasta tai useasta sarjaankytketystä kennosta muodostuvan jänniteyksikön havaitsemiseksi mitattu jokaisen yksikön yli oleva jän-. . nite ja vertailtu jännitteitä keskenään tai on mitattu kaikkien vierekkäisten kennojen • / 25 tai osalohkojen välisiä erojännitteitä ja vertailtu niitä keskenään. Tekniikan tason • · · ·;*! ratkaisujen haittana on se, että niissä joudutaan suorittamaan paljon laskentaa ja vai- · « ’·' * vontalaite sisältää paljon elektroniikkaa, koska jännitemittauksia suoritetaan jokai sen yksikön yli.20: '· ,; Thus, in all prior art solutions, a voltage across each unit is measured to detect a faulty voltage unit, i.e. a faulty battery cell or a faulty voltage unit consisting of a few or more series-connected cells. . nite and compared voltages with each other or the differential voltages between all adjacent cells • / 25 or sub-blocks have been measured and compared with each other. Prior art • · · ·; *! The disadvantage of the solutions is that they have to perform a lot of calculations and the control device contains a lot of electronics, because voltage measurements are performed over each of its units.

30 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää valvontalaite ja menetelmä, jolla ·:· vika akussa havaitaan nopeasti ja vioittunut akkukenno paikannetaan ja valvonta • · · · : . saadaan suoritettua aikaisempaa pienemmällä laskenta- ja elektroniikkamäärällä.It is an object of the present invention to provide a monitoring device and method by which a fault in a battery is quickly detected and a damaged battery cell is located and monitored. can be performed with a smaller amount of computing and electronics than before.

««

Keksinnön mukainen valvontalaite on toteutettu aina neljän sarjaankytketyn jännite-35 yksikön valvomiseksi. Valvontalaitteella havaitaan siten vioittunut akkukenno neljän ; ‘ · ’ sarjaankytketyn akkukennon joukosta. Keksinnön mukaisessa menetelmässä ja kek sinnön mukaisella valvontalaitteella havaitaan vika ja paikallistetaan viallinen yksikkö kolmella mittauksella. Kukin mittaus on erojännitemittaus. Keksinnössä mitataan 4 99170 aluksi kahden vierekkäisen yksikön välinen erojännite ja lisäksi kahden muun vierekkäisen yksikön välinen erojännite, joista kumpikaan ei kuulunut ensimmäiseen mittaukseen. Kolmantena mittauksena suoritetaan mittaus, jossa ensimmäiseen mittaukseen liittyneiden yksiköiden summajännitteen ja toiseen mittaukseen liittyneiden 5 yksiköiden summajännitteen erojännite mitataan.The monitoring device according to the invention is always implemented for monitoring four voltage-35 units connected in series. The monitor thus detects a damaged battery cell four; ‘·’ From a series-connected battery cell. In the method according to the invention and the monitoring device according to the invention, a fault is detected and the faulty unit is located by three measurements. Each measurement is a differential voltage measurement. The invention first measures a differential voltage between two adjacent units and also a differential voltage between two other adjacent units, neither of which was included in the first measurement. As a third measurement, a measurement is performed in which the difference voltage between the sum voltage of the units connected to the first measurement and the sum voltage of the units 5 connected to the second measurement is measured.

Keksinnölle on tunnusomaista se, että valvontalaite käsittää neljän peräkkäin sar-jaankytketyn jänniteyksikön valvomiseksi - ensimmäisen erojännitteen mittauselimen kahden vierekkäisen jänniteyksikön yli 10 olevien jännitteiden erojännitteen mittaamiseksi, - toisen erojännitteen mittauselimen kahden muun vierekkäisen jänniteyksikön yli olevien jännitteiden erojännitteen mittaamiseksi, - kolmannen erojännitteen mittauselimen kahden ensin mainitun vierekkäisen jänniteyksikön yli olevan summajännitteen ja kahden muun mainitun vierekkäisen 15 jänniteyksikön yli olevan summajännitteen erojännitteen mittaamiseksi, ja - vertailuvälineet mainittujen erojännitteiden vertaamiseksi ennalta asetettuun hä-lytysraja-arvoon ja hälytyssignaalin antamiseksi ainakin yhden erojännitteen ylittäessä hälytysraja-arvon.The invention is characterized in that the monitoring device comprises for monitoring four series-connected voltage units: - a first differential voltage measuring element for measuring the differential voltage of two adjacent voltage units, to measure the difference voltage between the sum voltage across the adjacent voltage unit and the other two sum voltage across said adjacent voltage unit, and - comparing means for comparing said difference voltages to a preset alarm limit value and giving an alarm signal when the at least one difference voltage exceeds the alarm limit.

20 Keksintöä tarkastellaan seuraavassa yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisiin pii-. ’. : rustuksiin, joissaThe invention will now be discussed in more detail with reference to the accompanying silicon. '. : for cartilage with

I II I

. kuva 1 esittää lohkokaaviota keksinnön mukaisesta mittausjärjestelystä, . . kuva 2A esittää lohkokaavion avulla esimerkin keksinnössä suoritettavasta ensim- / 25 mäisestä mittauksesta, • ·» ·· ·'· kuva 2B esittää lohkokaavion avulla esimerkin keksinnössä suoritettavasta toisesta • « · v : mittauksesta, ja kuva 2C esittää lohkokaavion avulla esimerkin keksinnössä suoritettavasta kolmannesta mittauksesta.. Figure 1 shows a block diagram of a measuring arrangement according to the invention,. . Fig. 2A shows a block diagram of an example of a first measurement in the invention, Fig. 2B shows a block diagram of an example of a second measurement in the invention, and Fig. 2C shows a block diagram of an example of a third measurement in the invention. .

30 ··· Kuvassa 1 on esitetty perusperiaate keksinnön mukaisesti suoritettavasta valvon- • · »t .*:* nasta. Kuvassa 1 keksinnön mukaisella valvontalaitteella L valvotaan neljää sarjaan- kytkettyä jänniteyksikköä B1 - B4, jotka voivat muodostua joko yhdestä akkuken- I * ;;' : nosta tai useammasta sarjaan ja/tai rinnakkain kytketystä akkukennosta, ja kunkin :. 35 jänniteyksikön molempiin päihin S (ylempi ja alempi potentiaalipää) eli elektrodei- ;';': hin S on kytketty johto J, joka on yhteydessä valvontalaitteeseen. Ratkaisussa mita- (·" taan kolme erojännitettä siten, että 5 99170 - ensimmäisestä mittauksesta saadaan kahden vierekkäisen yksikön yli olevien jännitteiden erojännite, esim. yksiköiden B1 ja B2 yli olevien jännitteiden ero-jännite AU 12, - toisesta mittauksesta saadaan kahden muun vierekkäisen yksikön yli olevien 5 jännitteiden erojännite, jotka eivät liittyneet ensimmäiseen mittaukseen eli yksiköiden B3 ja B4 yli olevien jännitteiden erojännite AU34, ja - kolmannesta mittauksesta saadaan ensimmäiseen mittaukseen liittyneiden yksiköiden summajännitteen ja toiseen mittaukseen liittyneiden yksiköiden summa-jännitteen erojännite eli lohkojen B1+B2 ja lohkojen B3+B4 yli olevien jännit- 10 teiden erojännite AU j +2,3+4·30 ··· Figure 1 shows the basic principle of the control to be performed according to the invention. In Fig. 1, the monitoring device L according to the invention monitors four voltage units B1 to B4 connected in series, which can consist of either one battery cell I * ;; ' lift one or more battery cells connected in series and / or in parallel, and each. A wire J is connected to both ends S (upper and lower potential end) of the voltage unit 35 (upper and lower potential end), i.e. to the monitoring device. The solution measures three differential voltages so that 5 99170 - the first measurement gives the differential voltage across two adjacent units, eg the differential voltage AU 12 between voltages B1 and B2, - the second measurement gives the differential voltage across two other adjacent units the differential voltage of the 5 voltages not related to the first measurement, i.e. the differential voltage AU34 of the voltages over units B3 and B4, and - the third measurement gives the difference voltage between the sum voltage of the units connected to the first measurement and the sum voltage of the units connected to the second measurement, ie blocks B1 + B2 and blocks B3 + B4 differential voltage of overvoltages 10 AU j + 2,3 + 4 ·

Kuvassa 2A on esitetty esimerkkikytkentä ensimmäisen mittauksen suorittamiseksi. Kuvassa 2A ensimmäiseen mittaukseen on valittu kaksi vierekkäistä yksikköä: yksiköt B1 ja B2. Erojännitteen mittaus voidaan suorittaa millä tahansa tunnetulla mene-15 telmällä. Kuvassa 2A erojännite muodostetaan vastaavalla tavalla kuin on esitetty patentissa US-4 424 491 eli jännitteet VN_j ja VN+1 viedään operaatiovahvistimen OPI invertoivaan tuloon vastusten Rji ja R12 kautta. Yksiköiden B1 ja B2 välissä oleva jännite VN viedään suoraan operaatiovahvistimen OPI ei-invertoivaan tuloon, ja tämä keskijännite toimii vertailujännitteenä, johon jännitteitä VN_i ja VN+1 verra-20 taan. Operaatiovahvistimen lähtö on arvo operaatiovahvistimen invertoivaan ja ei-invertoivaan tuloon tuotujen jännitteiden vertailusta, jolloin lähtönä saadaan jokin . . erojännite AU 12 Tämän jälkeen operaatiovahvistimen lähtönä saatavasta erojännit- • : teestä AU \ 2 otetaan itseisarvo IAUj ^I» jota verrataan esim. komparaattorilla COMP 1 ennalta asetettuun hälytysraja-arvoon AUH, jolloin hälytys viallisesta ken-’; “: 25 nosta saadaan, jos hälytysraja ylittyy. Komparaattorin COMP1 antama lähtösignaali •. * · * toimii tällöin hälytyssignaalina, jolloin komparaattorin COMP 1 lähtösignaalin olles- ; i · sa tietyn suuruinen ylittyy hälytysraj a AUjj.Figure 2A shows an example circuit for performing the first measurement. In Figure 2A, two adjacent units have been selected for the first measurement: units B1 and B2. The differential voltage measurement can be performed by any known method. In Fig. 2A, the differential voltage is generated in a manner similar to that disclosed in U.S. Pat. No. 4,424,491, i.e., the voltages VN_j and VN + 1 are applied to the inverting input of the operational amplifier OPI through resistors R11 and R12. The voltage VN between the units B1 and B2 is applied directly to the non-inverting input of the operational amplifier OPI, and this average voltage serves as a reference voltage to which the voltages VN_i and VN + 1 are compared. The output of the operational amplifier is the value of the comparison of the voltages applied to the inverting and non-inverting inputs of the operational amplifier, whereby the output is something. . differential voltage AU 12 Thereafter, an absolute value IAUj ^ I »is taken from the differential voltage AU \ 2 obtained as the output of the operational amplifier, which is compared, e.g. with the comparator COMP 1, to a preset alarm limit value AUH, whereby the alarm for a faulty field; “: 25 lifts are obtained if the alarm limit is exceeded. Output signal from comparator COMP1 •. * · * Then acts as an alarm signal, whereby the output signal of the comparator COMP 1 is-; i · sa an alarm limit of AUjj is exceeded by a certain amount.

• · »• · »

Kuvissa 2B ja 2C on esitetty esimerkkikytkennät toisen ja kolmannen mittauksen 30 suorittamiseksi, jotka toteutetaan vastaavalla tavalla kuin ensimmäinen mittaus, kuten kuvista voidaan nähdä. Täten kuvassa 2B viedään vastaavasti jännitteet VN_! ja . VN+1 operaatiovahvistimen OP2 invertoivaan tuloon vastusten R2i ja R22 kautta.Figures 2B and 2C show exemplary connections for performing the second and third measurements 30, which are performed in a manner similar to the first measurement, as can be seen from the figures. Thus, in Fig. 2B, the voltages VN_! and. VN + 1 to the inverting input of the operational amplifier OP2 via resistors R2i and R22.

Yksiköiden B3 ja B4 välissä oleva jännite VN viedään suoraan operaatiovahvistimen OP2 ei-invertoivaan tuloon ja tämä keskijännite toimii vertailujännitteenä, johon 35 jännitteitä ja VN+1 verrataan. Operaatiovahvistimen lähtö on arvo operaatio-vahvistimen invertoivaan ja ei-invertoivaan tuloon tuotujen jännitteiden vertailusta, jolloin lähtönä saadaan jokin erojännite AU3 4· Tämän jälkeen operaatiovahvistimen lähtönä saatavasta erojännitteestä AU34 otetaan itseisarvo |AU3 4I, jota verrataan 6 99170 esim. komparaattorilla COMP2 ennalta asetettuun hälytysraja-arvoon AUH, jolloin hälytys viallisesta kennosta saadaan jos hälytysraja ylittyy. Komparaattorin COMP2 antama lähtösignaali toimii tällöin hälytyssignaalina, jolloin komparaattorin COMP2 lähtösignaalin ollessa tietyn suuruinen, ylittyy hälytysraja AUH. Vastaavasti kuvassa 5 2C viedään jännitteet V^-i ja Vn+i operaatiovahvistimen OP3 invertoivaan tuloon vastusten R31 ja R32 kautta. Yksiköiden B2 ja B3 välissä oleva jännite VN viedään suoraan operaatiovahvistimen OP3 ei-invertoivaan tuloon ja tämä keskijännite toimii vertailujännitteenä, johon jännitteitä VN_! ja VN+1 verrataan. Operaatiovahvistimen lähtö on arvo operaatiovahvistimen invertoivaan ja ei-invertoivaan tuloon tuotujen 10 jännitteiden vertailusta, jolloin lähtönä saadaan jokin erojännite AU 1+2,3+4- Tämän jälkeen operaatiovahvistimen lähtönä saatavasta erojännitteestä AUj+2^+4 otetaan itseisarvo |AU 1+2,3+4^ jota verrataan esim. komparaattorilla COMP3 ennalta asetettuun hälytysraja-arvoon AUH, jolloin hälytys viallisesta kennosta saadaan, jos hälytysraja ylittyy. Komparaattorin COMP3 antama lähtösignaali toimii tällöin 15 hälytyssignaalina, jolloin komparaattorin COMP3 lähtösignaalin ollessa tietyn suuruinen ylittyy hälytysraja AUH.The voltage VN between units B3 and B4 is applied directly to the non-inverting input of the operational amplifier OP2 and this average voltage acts as a reference voltage to which the voltages 35 and VN + 1 are compared. The output of the operational amplifier is the value of the comparison of the voltages applied to the inverting and non-inverting inputs of the operational amplifier, whereby one of the differential voltages AU3 4 is obtained. to AUH, in which case an alarm from a faulty cell is received if the alarm limit is exceeded. The output signal provided by the comparator COMP2 then acts as an alarm signal, whereby when the output signal of the comparator COMP2 is of a certain value, the alarm limit AUH is exceeded. Correspondingly, in Fig. 5 2C, the voltages V ^ -i and Vn + i are applied to the inverting input of the operational amplifier OP3 through resistors R31 and R32. The voltage VN between units B2 and B3 is applied directly to the non-inverting input of the operational amplifier OP3 and this average voltage acts as a reference voltage to which the voltages VN_! and VN + 1 is compared. The output of the operational amplifier is the value of the comparison of the 10 voltages applied to the inverting and non-inverting inputs of the operational amplifier, whereby one of the differential voltages AU 1 + 2,3 + 4- is obtained. Then the absolute voltage | AU 1 + 2 is taken from the differential voltage AUj + 2 ^ + 4, 3 + 4 ^ which is compared, for example, with the pre-set alarm limit value AUH with the comparator COMP3, in which case an alarm from a faulty cell is obtained if the alarm limit is exceeded. The output signal provided by the comparator COMP3 then acts as an alarm signal, whereby when the output signal of the comparator COMP3 is a certain amount, the alarm limit AUH is exceeded.

Täten jos yksikin kolmen mitatun erojännitteen itseisarvoista IAUj^I, |AU3 4| tai jAU 1+2,3+41 ylittää asetetun hälytysraja-arvon, saadaan hälytys viallisesta kennosta, 20 joka voidaan paikallistaa erojännitearvojen perusteella. Mittauksen herkkyyttä voidaan säätää järjestämällä operaatiovahvistimet OPI, OP2 ja OP3 vahvistuksiltaan säädettäviksi. Tavallisesti operaatiovahvistimien OPI, OP2 ja OP3 vahvistus on 2, jolloin operaatiovahvistimien lähtöinä saadaan todelliset erojännitteet. Jos vahvistus ..!:' on 1, on operaatiovahvistimen lähtöjännite pelkästään puolet todellisesta erojännit- ‘:' ’: 25 teestä kuvissa 2A, 2B ja 2C käytetyllä erojännitemittauksella. Tämä johtuu kuvissa : ’ ·.: esitetystä kytkentäjärjestelystä erojännitteen mittaamiseksi, jota on selostettu paten- • · · rissa US-4 424 491. Keksintö ei kuitenkaan rajoitu tähän erojännitteen muodostus-• · · · .**.·. menetelmään, vaan myös muita tapoja kahden sarjaan muodostuvan jännitteen väli sen erojännitteen muodostamiseksi voidaan käyttää oheisten patenttivaatimusten 30 rajoissa. Vastaavasti hälytysherkkyyttä voidaan säätää muuttamalla hälytysraja-ar-voa AUH, jolloin muutettaessa arvoa pienemmäksi saadaan hälytyksiä useammin.Thus, if any of the absolute values of the three measured differential voltages IAUj ^ I, | AU3 4 | or jAU 1 + 2,3 + 41 exceeds the set alarm limit value, an alarm is obtained from a faulty cell 20 which can be located based on the differential voltage values. The sensitivity of the measurement can be adjusted by arranging the operational amplifiers OPI, OP2 and OP3 to be adjustable in gain. Normally, the gain of the operational amplifiers OPI, OP2 and OP3 is 2, whereby the actual differential voltages are obtained as the outputs of the operational amplifiers. If the gain ..!: 'Is 1, the output voltage of the operational amplifier is only half of the actual differential voltage': '': 25 by the differential voltage measurement used in Figures 2A, 2B and 2C. This is due to the circuit arrangement for measuring the differential voltage shown in the figures, which is described in U.S. Pat. No. 4,424,491. However, the invention is not limited to this differential voltage generating device. method, but also other ways of generating the difference voltage between the two voltages formed in series can be used within the limits of the appended claims 30. Correspondingly, the alarm sensitivity can be adjusted by changing the alarm limit value AUH, whereby changing the value lower results in more alarms.

. Valvontalaitteen käyttäjä voi säätää hälytysraja-arvoa AUH sitä mukaa kun hän tark- • · « kailee annettuja hälytyksiä ja toteaa, että osa hälytyksistä on ollut turhia, jolloin kun säädetään hälytysraja-arvo AU^ suuremmaksi, hälytys ei tule niin herkästi ja voi- ': 35 daan välttää turhat hälytykset, jotka saattavat johtua pelkästään hetkellisestä jännitteen vaihtelusta.. The user of the monitoring device can adjust the alarm limit value AUH as he monitors the given alarms and finds that some of the alarms have been unnecessary, so that when the alarm limit value AU ^ is set higher, the alarm does not come so easily and can: Unnecessary alarms, which may be due only to momentary voltage fluctuations, should be avoided.

B ! I*il UK l i 3 m : 7 99170B! I * il UK l i 3 m: 7 99170

Esillä olevalla keksinnöllä vika akussa havaitaan nopeasti ja vioittunut akkukenno paikannetaan ja akun valvonta saadaan suoritettua aikaisempaa pienemmällä laskenta-ja elektroniikkamäärällä. Lisäksi laitteen hälytysherkkyys on helposti säädettävissä ja se voidaan siten asettaa kullekin käyttäjälle käyttötarpeen ja tilanteen mu-5 kaan sopivaksi.With the present invention, a fault in the battery is quickly detected and the faulty battery cell is located and the monitoring of the battery can be performed with a smaller amount of computing and electronics than before. In addition, the alarm sensitivity of the device is easily adjustable and can thus be set to suit each user's need and situation.

« · · 9 9 9 9 9 9 9»«· · 9 9 9 9 9 9 9»

• · · I• · · I

* · · • · 1 * · ·* · · • · 1 * · ·

Claims (7)

8 991708 99170 1. Akun valvontajärjestelmä, joka käsittää akun ja valvontalaitteen (L), jossa järjestelmässä akku käsittää ainakin neljä sarjaan kytkettyä jänniteyksikköä (B1 - B4), joilla kullakin on ylemmän potentiaalin omaava pää ja alemman potentiaalin omaava 5 pää, joihin päihin on järjestetty sähköinen liitäntä (S) ja kunkin jänniteyksikön sähköisiin liitäntöihin (S) on kytketty sähköiset johtimet (J), jotka on kytketty sähköiseen yhteyteen valvontalaitteeseen (L) jänniteyksiköiden (B1 - B4) antamien jännitteiden valvomiseksi, tunnettu siitä, että valvontalaite (L) käsittää neljän peräkkäin sarjaankytketyn jänniteyksikön (B1 - B4) valvomiseksi 10 - ensimmäisen erojännitteen mittauselimen (OPI, Rn, R12) kahden vierekkäisen jänniteyksikön (Bl, B2) yli olevien jännitteiden erojännitteen (AU \ 2) mittaamiseksi, - toisen erojännitteen mittauselimen (OP2, R2i, R22) kahden muun vierekkäisen jänniteyksikön (B3, B4) yli olevien jännitteiden erojännitteen (AU3^) mittaamisek- 15 si, - kolmannen erojännitteen mittauselimen (OP3, R31, R32) kahden ensin mainitun vierekkäisen jänniteyksikön (Bl, B2) yli olevan summajännitteen ja kahden muun mainitun vierekkäisen jänniteyksikön (B3, B4) yli olevan summajännitteen erojännitteen (AU 1+2,3+4) mittaamiseksi, ja 20. vertailuvälineet (COMP1, COMP2, COMP3) mainittujen erojännitteiden (AU \ 2, AU3 4, AU 1+2,3+4) vertaamiseksi ennalta asetettuun hälytysraja-arvoon (AUh) ja hälytyssignaalin antamiseksi ainakin yhden erojännitteen (AU 12, AU3,4 tai ‘ · : AU 1+2,3+4) ylittäessä hälytysraja-arvon (AUh). ': ‘ "· 25 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valvontajärjestelmä, tunnettu siitä, että val- vontalaite (L) käsittää välineet (ABS1, ABS2, ABS3) mainittujen erojännitteiden ··· (AU 1 2, AU3 4, AU 1+2 3+4) itseisarvojen muodostamiseksi ja muodostettujen itsei- »·«« 1 1 1 . ·: servojen syöttämiseksi mainituille vertailuvälineille (COMP 1, COMP2, COMP3) t mainitun vertailun suorittamiseksi. 30A battery monitoring system comprising a battery and a monitoring device (L), wherein the battery comprises at least four voltage units (B1 to B4) connected in series, each having an upper potential end and a lower potential 5 end, at the ends of which an electrical connection is provided ( S) and electrical conductors (J) are connected to the electrical connections (S) of each voltage unit, which are electrically connected to a monitoring device (L) for monitoring the voltages provided by the voltage units (B1 to B4), characterized in that the monitoring device (L) comprises four voltage units connected in series. (B1 - B4) 10 - for measuring the differential voltage (AU \ 2) across two adjacent voltage units (B1, B2) of the first differential voltage measuring element (OPI, Rn, R12), - for the other two voltage measuring elements (OP2, R2i, R22) of the second differential voltage measuring element voltages across an adjacent voltage unit (B3, B4) for measuring the differential voltage (AU3 ^), - the sum voltage of the third differential voltage measuring element (OP3, R31, R32) over the first two adjacent voltage units (B1, B2) and the difference voltage across the other two said adjacent voltage units (B3, B4) AU 1 + 2,3 + 4), and 20. reference means (COMP1, COMP2, COMP3) for comparing said differential voltages (AU \ 2, AU3 4, AU 1 + 2,3 + 4) with a preset alarm limit value (AUh) and for providing an alarm signal when the at least one differential voltage (AU12, AU3.4 or '·: AU 1 + 2.3 + 4) exceeds the alarm limit value (AUh). ':' "· A monitoring system according to claim 1, characterized in that the monitoring device (L) comprises means (ABS1, ABS2, ABS3) for said differential voltages ··· (AU 1 2, AU3 4, AU 1 + 2 3 +4) to generate absolute values and to supply the generated self- »·« «1 1 1. ·: Servos to said comparison means (COMP 1, COMP2, COMP3) t for performing said comparison. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen valvontajärjestelmä, tunnettu siitä, että valvontalaite (L) käsittää kunkin mainitun mittauksen suorittamiseksi oman valvonta-yksikön (LI, L2, L3), jolloin kukin mainittu erojännitteen mittauselin (OPI, Rn, R12; OP2, R21, R22; OP3, R31, R32) sisältyy omaan valvontayksikköön (LI, L2, L3), 35 joka kukin lisäksi käsittää omat vertailuvälineet (COMP1, COMP2, COMP3) ja omat itseisarvon muodostamisvälineet (ABS1, ABS2, ABS3). a * · **[' 44· Intä» 9 99170Monitoring system according to claim 2, characterized in that the monitoring device (L) comprises, for performing each of said measurements, a separate monitoring unit (L1, L2, L3), each said differential voltage measuring element (OPI, Rn, R12; OP2, R21, R22; OP3, R31, R32) are included in a separate control unit (L1, L2, L3), 35 each further comprising its own reference means (COMP1, COMP2, COMP3) and its own absolute value generating means (ABS1, ABS2, ABS3). a * · ** ['44 · Inta »9 99170 4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valvontajärjestelmä, tunnettu siitä, että kukin erojännitteen mittauselin (OPI, Rn, R12; OP2, R2i, R22; OP3, R31, R32) käsittää kahden sarjaan muodostuvan jännitteen erojännitteen mittaamiseksi - välineet (Rlls R12; R21, R22; R31, R32) kahden sarjaan muodostuvan jännitteen 5 summaamiseksi ylempään (Vn+i) ja alempaan (Vn-i) jännitepisteeseen summajän-nitteen muodostamiseksi, ja - välineet (OPI; OP2; OP3) mainitun summajännitteen vertaamiseksi mainittujen kahden sarjaan muodostuvan jännitteen välistä saatavan keskijännitteen kanssa summajännitteen ja keskijännitteen välisen erojännitteen muodostamiseksi.Monitoring system according to claim 1, characterized in that each differential voltage measuring element (OPI, Rn, R12; OP2, R2i, R22; OP3, R31, R32) comprises two series voltages for measuring the differential voltage - means (R11s R12; R21, R22; R31, R32) for summing the two series voltages 5 to the upper (Vn + i) and lower (Vn-i) voltage points to form a sum voltage, and - means (OPI; OP2; OP3) for comparing said sum voltage with the average voltage obtained between said two series voltages to form the differential voltage between the sum voltage and the medium voltage. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valvontajärjestelmä, tunnettu siitä, että mainitut erojännitteen muodostamisvälineet (OPI; OP2; OP3) käsittävät operaatiovahvistimen (OPI; OP2; OP3), jonka vahvistus on säädettävissä.Monitoring system according to claim 1, characterized in that said differential voltage generating means (OPI; OP2; OP3) comprise an operational amplifier (OPI; OP2; OP3), the gain of which is adjustable. 6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen valvontajärjestelmä, tunnettu siitä, että kukin jänniteyksikkö (B1 - B4) käsittää ainakin yhden sähkökemiallisen kennon. 1. övervakningssystem för en ackumulator, vilket omfattar en ackumulator och 20 en övervakningsanordning (L), i vilket system ackumulatom omfattar ätminstone fy-ra seriekopplade spänningsenheter (B1 - B4), av vilka städse har en ända med högre potential och en ända med lägre potential, till vilka ändor en elektrisk anslutning (S) har anordnats och tili städse spänningsenhets elektriska anslutningar (S) har elekt-riska ledare (J) kopplats, vilka har kopplats i elektrisk kontakt med övarvaknings-: 25 anordningen (L) för att övervaka av spänningsenhetema (B1 - B4) givna spänningar, * * kännetecknat av att övervakningsanordningen (L) omfattar för övervakning av fyra • ♦ :‘ : successivt seriekopplade spänningsenheter (B1 - B4) - ett första differensspännigsmätorgan (OPI, Rtl, R12) för mätning av differensspän-ningen (AUi 2) av tvä bredvid liggande spänningsenheter (B1, B2), 30. ett andra differensspännigsmätorgan (OP2, R21, R22) för mätning av differensspän- .: ningen (AU3 4) av tvä andra bredvid liggande spänningsenheter (B3, B4), ···· ^ ( 4 .·;·* - ett tredje differensspännigsmätorgan (OP3, R31, R32) for mätning av differensspän- • *· ningen (AU 1+2,3+4) av summaspänningen över de tvä först närnnda bredvid liggan- i '' de spänningsenhetema (B1, B2) och summaspänningen över de tvä andra bredvid :: 35 liggande spänningsenhetema (B3, B4), och : ·.'. - jämförelsemedel (COMP1, COMP2, COMP3) för jämföring av närnnda differens- . · · ·. spänningar (AU 12, AU34, AU 1+2,3+4) med ett pä förhand inställt alarmgränsvärde 10 99170 (AUjj) och för givande av en alarmsignal da ätminstone en differensspänning (AU 12» AU354 eller AUn-2,3+4) överstiger alarmgränsvärdet (AUh)· 2. övervakningssystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att övervaknings-5 anordningen (L) omfattar medel (ABS 1, ABS2, ABS3) för att bilda absolutvärde av nämnda differensspänningar (AU 12, AU3 4, AU 1+2,3+4) och för att äterge de bil-dade absolutvärdena ät nämnda jämförelsemedel (COMP1, COMP2, COMP3) för utföring av nämnda jämförelse. 10 3. övervakningssystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att övervaknings- anordningen (L) omfattar en egen övervakningsanordning (LI, L2, L3) för utföring av städse nämnda mätning, varvid städse nämnda differensspänningsmätorgan (OPI, Rn, R12; OP2, R21, R22i OP3, R31, R32) tillhör i en egen övervakningsanordning (LI, L2, L3) av vilka städse dessutom omfattar egna jämförelsemedel (COMP1,Monitoring system according to Claim 1, characterized in that each voltage unit (B1 to B4) comprises at least one electrochemical cell. 1. a charging system for a battery, a battery of a battery and a battery 20 (L), and a battery charging system (B1 - B4), the battery of the battery (B1 - B4), which has a potential of more than one potential potential, for the power supply to the electrical connection (S) to the electrical connection and to the electrical connection of the electrical connection (S) to the electrical risk (J) of the power supply, to the electrical connection to the electrical contact: 25 connections (L) for the mains of the spinning gate (B1 - B4) is given to the span, * * kännetecknat av att övervakningsanordningen (L) omfattar för vövervakning av fyra • ♦: ': in the case of differential spacing (AUi 2) in the case of a different spacing (B1, B2), 30. that the other differential spacing (OP2, R21, R22) is used differensspän-.: ningen (AU3 4) av tvä andra bredvid liggande spänningsenheter (B3, B4), ···· ^ (4. ·; · * - ett tredje differensspännigsmätorgan (OP3, R31, R32) for mätning av differensspän- • * · And (AU 1 + 2,3 + 4) of the total amount of the transfer between the following terms and conditions (B1, B2) and the amount of the amount of the transfer amount (B3, B4) , and: ·. '. - Jämförelsemedel (COMP1, COMP2, COMP3) för jämföring av närnnda differens-. · · ·. spanning (AU 12, AU34, AU 1 + 2,3 + 4) with the main alarm set 1099170 (AUjj) and for the alarm signal of the differential signal (AU 12 »AU354 or AUn-2,3 + 4 ) inverted alarm circuit (AUh) · 2. overturning system according to patent 1, the reverse of the overturning-5 anchorage (L) of the intermediate (ABS 1, ABS2, ABS3) is shown as the absolute value of 4, the differential voltage of A3 + 2,3 + 4) and for the absolute value of these ratios (COMP1, COMP2, COMP3) for utilization of these ratios. 3. A night-time system according to claim 1, which comprises a method (L) of the present-day order (L1, L2, L3) for utilizing the same number of Rs2; R22i OP3, R31, R32) to which all of the abovementioned regulations (L1, L2, L3) apply to all other parts of compartments (COMP1, 15 COMP2, COMP3) och egna medel (ABS1, ABS2, ABS3) som bildar absolutvärdet. 4. övervakningssystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att städse differens-spänningsmätorgan (OPI, Rn, R12; OP2, R21, R22; OP3, R31, R32) omfattar för mätning av differensspänningen av tvä i serie uppstaende spänningar 20 - medel (Rj 1} R12; R21, R22; R31, R32) för att addera tvä i serie uppstaende spännin gar tili en Övre (VN+1) och lägre (VN.() spänningspunkt för att bilda en summaspän-ning, och . . - medel (OPI, OP2, OP3) för jämföring av nämnda summaspänning med en mellan- * .' spänning som fas mellan tvä i serie uppstäende spänningar för att bilda en differens- 25 spänning mellan summaspänningen och mellanspänningen. • * • · :: 5. övervakningssystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att nämnda medel (OP 1, OP2, OP3) för bildande av en differensspänning omfattar en operationsför-: stärkare (OPI, OP2, OP3) med kontrollerbar förstärkning. 30 ; 6. övervakningssystem enligt patentkrav 1, kännetecknat av att städse spän- « · · · ningsenhet (B1 - B4) omfattar ätminstone en elektrokemikalisk cell. < < * f 4 4 4 4 4 4 4 I 4 • f « · 4 • · • 4 ·15 COMP2, COMP3) and the other model (ABS1, ABS2, ABS3) are absolutely complete. 4. A ringing system according to claim 1, which comprises a differential separation body (OPI, Rn, R12; OP2, R21, R22; OP3, R31, R32) according to a differentiation of the differential tensioning of a series of up to 20 voltages } R12; R21, R22; R31, R32) for the same or a series of spanners in the form of a pair (VN + 1) and a span (VN. () Spänningspunkt for the picture of the sum-Ning, och. - medel ( OPI, OP2, OP3) for the sums of the sums with the seals and * sums are used for the sake of the sums and the seals with the seals. * * • · :: 5. sövervakningssystem enligt Patent Circuit 1, a transverse system according to the present invention (OP 1, OP2, OP3) for a differentiated voltage and operation of the operation (OPI, OP2, OP3) according to the control code 30; städse span- «· · · Ningsenhet (B1 - B4) omfattar ätminstone en elektrokemikalisk cell. <<* f 4 4 4 4 4 4 4 I 4 • f «· 4 • · • 4 ·