Övervakningssystem för batteribanker

av Hans Ekdahl och Per Johansson

Digitala Projekt

Under våren -96 har vi följt kursen digital projekt på institutionen för informationsteori. Syftet med kursen är att illustrera ett industriellt utvecklingsarbete. Projektet gick ut på att konstruera, bygga och testa en prototypkonstruktion. I början av kursen fick vi exempel på konstruktioner, men då vi hade en egen ide så valde vi den.

Problemställning

Utifrån ett perspektiv där den elektriska energin i ett system är guld värd ,vill man gärna ha en god bild av förbrukning och tillgängliga el-, energiresurser. Ett typiskt fall är ett batterienergisystem ombord på en segelbåt under långfärdssegling. Under långfärdssegling är det viktigt att rätta elförbrukningen efter elproduktionen och lagrad energi så att man inte står utan el till viktiga enheter ombord som t.ex. säkerhetsutrustning för kommunikation eller navigering. Iden till detta projektet härstammar ur just detta system.

Parametrar som försvårar överblicken i ett batterienergisystem är varierande förbrukning, varierande kapacitet på elenergialstrarna (t.ex. dieselgenerator, vindsnurra, solceller) och lagringsmedierna (batterierna). Dessa variationer kan vara kortsiktiga (tex solen gå i moln) eller långsiktiga (tex batterierna åldras ,kontakter ärgar).

Intressanta samband mellan parametrar

För att få spänningen att representera ett tillstånd måste man kompensera för belastningen. Hur batterispänningen påverkas av belastningen bestämms av batteriets inre resistans. Batteriets inre reistans är beroende av hur urladdat och hur gammalt batteriet är. Äldre och mera urladdat batteri har större inre resistans. För att få belastningsspänningsfallet multipliceras denna inre resistans med aktuell ström.

Om man justerar batterispänningen med belastningsspänningsfallet får man batteriets cellspänning. Denna representerar batteriets tillstånd. Det som är intressant är hur mycket energi batteriet innehåller i varje tillstånd.

Vår lösning på problemet

Lösningen på problemet är att kontinuerligt övervaka spänning och ström. Genom att kontinuerligt registrera dessa värden kan man skapa en dynamisk modell av batteriet. Med dynamisk modell menas en modell som låter sig påverkas av den information man får när batteriet brukas. Med hjälp av insignalerna (spänning och ström) och modellen av batteriet skall man kunna avgöra i vilket tillstånd batteriet befinner sig (mängd energi kvar).

Mera exakt består vår modell i en uppdelning av batteriets bruksspänning (10.5 till 14 volt) i 16 block. Blocken skall ungeför representera lika mängd energi. Spänningsomfånget för ett block nära batteriets fulla kapacitet blir mindre än för ett block vid urladdad kapacitet. Detta på grund av att spänningskurvan för blyaccumulatorer är flackare i början av urladdningen.

Efterhand som batteriet används uppdateras dess tillstånd (inom vilket block batterispänningen befinner sig i). Under urladdning sjunker spänningen genom ett helt block och uttagen energin i blocket registerats. Mängden energi som skall rymmas i blocket finns i processorns EEPROM. Om uttagen energi i blocket ej stämmer med den energi som finns i EEPROM ändras energin i EEPROM så att den bättre stämmer med verkligheten. Energin i batteriet representeras av summan av alla blockens energier i EEPROM från det tillstånd (block) man befinner sig i.