本公开涉及一种电梯，特别地，涉及一种用于监控电梯中应急电源电池的方法。
背景技术：
需要基于电池的应急电源来为电梯提供动力，以便在突然断电期间(例如在突然停电期间)能够从电梯轿厢中救援人员。通常，这种设备由电池提供动力，该电池必须在超过电池的使用寿命之前被更换，否则存在应急救援操作失败的风险。
电池，特别是阀控式铅酸(vrla)电池或锂离子电池容易老化，即充满电的电池的可用容量会随时间而减少。影响老化的因素是充放电周期和温度。对于vrla电池，温度上升10℃将使预期寿命减半。
如今，应急设备电池大约每两年或每三年更换一次，并且该更换间隔可以根据环境而不同。然而，在大多数情况下，不能使用电池的全部容量和寿命。在最坏的情况下，当需要运行应急救援功能时，电池已经到它们寿命的极限。为了避免这种情况，需要进行某种电池健康或充电监控。
测量电池的健康状态是困难的。跨电池端子的开路电压测量指示电池的充电状态的粗略估计。然而，除了不常发生的短路或者电池完全废弃的情况下，电池的健康状态并不能基于开路电压测量而精确地确定。一些技术根据电池的ac或dc电阻的测量来估计电池的健康状态(或充电状态)。随着电池的老化，ac和dc电阻增加。然而，由于那些电阻的公差较大，所以这一点本身仍不是健康状态的可靠指标。还有一些方法可以在充电过程中观察电池的健康状态。一种方法是当电池充满电并且充电器正被施加恒定的浮充电压时，测量流入电池的剩余电流。这种方法本身也不够精确。
为了确定电池的功能状态，还有一种将负载跨电池端子连接的方法。在一些基本技术中，电池测试是通过在短时间内将功率电阻器连接到电池端子，并且监控电池端子电压下降多少来完成的。基本上，该测试与dc电阻测量非常相似，精确度不够好。测试电阻器的额定值是针对高功率来设定的，这意味着测试电阻器大，并且其本身在器件中占用一定的空间。此外，如果设备能够使用不同类型的电池来操作，例如使用12v、24v或48v电池，则具有单个测试电阻器意味着每种电池类型之间的电池测试电流不同。
技术实现要素：
因此，本发明的目的是提供一种用于监控应急电源电池的电梯和方法，其允许可靠地检测功能电池状态，并且因此发出针对电梯或维修公司的更换信号。
利用根据权利要求1的电梯以及根据权利要求8的方法来解决该目的。本发明的优选实施例是从属权利要求的技术方案。在说明书以及附图中还描述了本发明的有利实施例。
本发明的电梯的基本配置包括电梯控制装置，该电梯控制装置具有马达驱动器，用于沿着典型的垂直移动路径驱动电梯轿厢的电梯马达。马达驱动器包括变频器、用于馈送电梯马达的换流器桥和位于变频器和换流器桥之间的中间dc电路，该变频器具有设计成连接到市电的整流桥。电梯还包括制动驱动器，用于向至少一个马达制动器(通常是至少两个马达制动器)供应能量，该马达制动器具有连接到中间dc电路的制动驱动器。电梯还包括被设计成在断电的情况下允许乘客安全撤离的应急电源电池。因此，应急电源电池的容量足够大以允许通过马达驱动器驱动电梯马达并且制动驱动器激励以释放马达制动器。
根据本发明，电池连接到中间dc电路，电梯控制装置具有连接到中间dc电路的测量电路。此外，电梯控制装置具有电池测试模块，该电池测试模块被配置为向电池施加所限定的负载，并且在所限定的时间段内测量dc电路的电压和/或电流并且因此测量电池本身的电压和/或电流。在该连接中，必须实施所限定的时间段优选地取决于电池的容量。应该选择足够长的时间段，以便至少20％的电池电荷在施加到中间dc电路的负载上运行。所限定的负载优选地是换流器桥，在这种情况下，半导体开关被控制以允许dc电路的正支路和负支路之间的一定的电流流动。另一种可能的负载是制动斩波器，在这种情况下，斩波器开关(通常是与制动斩波器的制动电阻器串联连接的调节半导体开关)被控制，以允许经由制动电阻器的电流流向制动电阻器中的散热电阻装置。第三种可能的负载是连接制动驱动器，该制动驱动器激励马达制动器中的至少一个马达制动器，优选地为激励马达制动器中的一个马达制动器，使得电流流入释放制动器的制动线圈。在这种情况下，优选地，通常是两个马达制动器中只有一个制动器被激励，使得另一个马达制动器在电池测试过程中保持电梯轿厢。当然，上述三种备选的负载可以彼此组合使用。
此外，电池测试模块包括比较器，用于将测量的电压和/或电流和/或功率与至少一个所存储的第一阈值进行比较，由此电梯控制装置被配置为取决于比较器的信号而发出针对电池的更换信号。从电池端子之间流过的电流的测量并且因此在中间dc电路的正支路和负支路之间的电流以及电压的测量，可以很容易地计算出测量期间的放电量。功率可以相对于电池的标称容量来设定，并且因此测量时间可以被限定为容量的固定部分，例如20％。通过一段时间内的电压测量来获得电压分布曲线，该电压分布曲线可以与健康状态下的电压分布曲线进行比较，如图2所示。通过将电压曲线与被存储作为参考值的这些电压分布曲线进行比较，可以可靠地取回电池的健康状态，并且如果电流分布曲线超过某一阈值分布曲线(可以是例如70％的剩余容量)发出电池更换信号。如果分布曲线超过另一较低的阈值(可以是例如50％的剩余容量)，电梯控制装置可能使电梯出现故障，因为这个剩余容量可能不足以撤离被困的乘客。
总之，本发明提供了通过电梯和制动驱动部件实现的负载的使用，这些部件在电梯系统中是必须的，例如，被控制以连接中间dc电路的正支路和负支路的换流器桥、激励马达制动线圈的制动驱动器、或者制动斩波器，以允许dc电路的正支路和负支路之间的电流流动从而使得制动斩波器的制动电阻器中的能量的耗散。因此，不必在本发明的电梯中施加或提供单独的电池测试负载。此外，在几秒钟、优选地多达五分钟、最优选地从30秒、有利地从一分钟到三分钟的所限定的较长时间段内监控电压的事实确保了可靠地确定功能电池状态。从而所限定的时间段优选地取决于中间dc电路的正支路和负支路之间的电流流动的情况以及待测试的电池的额定容量。优选地，将所限定的时间段的值设置为允许至少20％的额定电池功率流过连接到中间dc电路的负载。
本发明提供了最好的和最直接的测试方法，即应用具有适应于应急救援设备的功率的等效功率的测试负载。放电时间应该有利地长到达到至少80％的充电状态。这是因为随着充电状态的减小，电池电压开始下降得更快。如果我们只能监控放电曲线的开始(如图2所示)，则就很难区分好电池和坏电池之间的差异。
在本发明的一个优选实施例中，应急电源的电池组由4块串联连接的12v12ah的vrla电池组成。它们大概以24...36a的速率放电。这意味着它们将只能持续约十分钟。在功率方面，电池通过应急救援设备来放电，例如通过激励电梯马达来移动轿厢以及通过激励马达制动器以约1.5kw的功率要求来释放轿厢来放电。优选地，为了进行电池测试，应该使用应急救援设备的标称功率。因此，在上述情况下，连接到电池的负载优选地导致1.5kw的功耗。所限定的测量时间应该继续，直到电池的电荷下降到大约80％。因此，在一般情况下，电池在具有导致1.5kw功率的负载下放电持续2分钟。
应急电源有利地还可以由具有高效率并且仅需要较小的安装空间的锂离子电池组成。
在优选实施例中，本发明以如下方式工作：
将电池连接到应急制动设备，该应急制动设备使用继电器电连接到马达驱动器的中间电路。应急制动设备和马达驱动器使用串行链路或并行接口彼此通信。
电池直接连接以驱动中间dc电路，使得能够使用马达和/或制动器的现有部件进行便利的电池测试，而不需要使用专用电池测试电阻器。测试负载可以通过以下方式应用于电池：
－利用制动控制器打开一个制动器，
－在不产生扭矩的情况下向马达供电或者
－使用制动斩波器来装载电池。
如果使用马达驱动器或制动驱动器，则必须关闭电梯安全链。应急制动装置设备从马达驱动器请求电池测试，然后马达驱动器将该请求转发到电梯控制装置。如果电梯安全链关闭，则电梯控制装置可以请求用于要关闭的马达和制动驱动器的安全输入，以允许马达驱动器打开，即激励马达制动器或者向马达供电以将负载施加在中间dc电路的正支路和负支路之间，从而施加到电池本身。如果马达和制动驱动器准备好控制制动器或者向马达供电，那么它将对应急制动设备做出“就绪状态”响应，然后应急制动设备可以通过关闭继电器将电池连接到驱动器中间电路。然后，应急制动设备可以请求从电池中汲取多少功率以执行电池测试。在电池测试期间，应急制动设备将监控电池端子电压和电流，并通过与参考值或阈值进行比较来判断电池是否处于良好状态。如果电池需要更换，则应急制动设备将通知马达驱动器以及电梯控制装置发出更换信号。在最坏的情况下，禁止电梯投入使用。
如果使用制动斩波器，则无需与电梯控制器通信。相反，马达和制动器本身可以控制制动斩波器半导体开关以向制动电阻器供电。
本发明的优点包括，即：
－如果很少使用电池，则可以使用基于状态的维护来增大电池更换间隔。
－一旦超过了可用的电池寿命，就可以更换电池。
－更复杂的电池测试类型将避免引起不必要的更换电池的请求。
－可以避免庞大的电池测试电阻器。
在本发明的优选实施例中，电梯控制装置包括功率监控设备或电流监控设备，并且电梯控制装置被配置为在电压测量期间，所测量的功率或电流值超过某个第二阈值之后禁用与负载连接的测量电路。利用这些特征，可以确保时间段足够长，以使得一定量的电流或功率在电压测量期间流动，这能够获得关于电池的实际状态的相当可靠的信息。
优选地，第二阈值取决于电池的额定容量。这允许将时间段设置为电池额定容量的精确值部分。例如，电压测量的时间越长，就可以更好地确定电池的状态，由此在测量期间至少20％的电池电荷应通过负载流动。就上述意义而言，电压降分布曲线的测量给予关于功能电池状态的信息。针对电池状态，对充满电的电池的初始电压测量值不是非常可靠的值。因此，根据本发明，在剩余电池容量上测量电池的电压，其更好地考虑了放电期间电池的自然电压特性。
如图2示出了这种特性，其中通过对于电池的不同健康状态的放电时间，并且因此通过实际剩余的功能电池容量来示出电池端子电压的分布曲线。可以清楚地看出，每条分布曲线中的电压降仅发生在某个时间段之后，这确保了电池电荷的至少必要部分(优选地至少电池电荷的20％)被放电，使得至多剩余80％的额定电池电荷。通过记录电池的该初始放电分布曲线，电池的健康状态被可靠地测试。
在本发明的优选实施例中，测量电路被配置为禁用电梯马达并且确保马达制动器中的至少一个马达制动器断电。通过该措施，可以确保电梯在电压测量期间保持在适当的位置。因此，电池测试不影响电梯的安全性。因此，电梯控制装置可以与电梯安全控制器通信，以确保在电池测试期间停止电梯轿厢。
在本发明的优选实施例中，电梯是牵引轮电梯，电梯马达驱动与连接到电梯轿厢的电梯绳索共同作用的牵引轮。这种类型的电梯是最方便的，并且包括上述部件。当然，本发明还与作为轿厢和配重的悬挂装置的齿形带一起工作，在这种情况下，连接到电梯马达的驱动轮驱动(comb)齿形带。
优选地，电池是阀控式铅酸电池(vrla)。这种类型的电池具有如图2所示的放电特性。因此，针对电池的本发明的电梯和监控方法优选地被设计用于所述类型的电池，另一方面该电池提供足够的容量以允许电梯马达的至少短时间运行和马达制动器的同时释放。在这种情况下，应该提到的是，马达制动器的绕组必须被激励以允许马达制动器被释放。这是世界各地电梯规定中强制性的安全措施。
本发明还涉及一种用于监控电梯中的应急电源电池的方法，该电梯包括电梯控制装置，该电梯控制装置具有在运动路径上驱动电梯轿厢的电梯马达的马达驱动器。马达驱动器包括具有设计成连接到市电的整流桥的变频器、用于馈送电梯马达的换流器桥和位于变频器和换流器桥之间的中间dc电路。电梯还包括用于向规定要求的至少两个马达制动器供应能量的制动驱动器。制动驱动器也连接到中间dc电路。最后，电梯包括应急电源电池，以允许在断电期间撤离被困乘客。
根据本发明的方法，通过在某个时间段将电池连接到与中间dc电路连接的负载来测试电池的功能，该电池也连接到该中间dc电路。负载可以是：
－制动斩波器，
－通过制动驱动器对马达制动器中的至少一个马达制动器的激励，或者
－对换流器桥的至少一些半导体开关的控制，以在中间dc电路的两个支路之间引导。
电梯控制装置具有连接到中间dc电路的测量电路。当电流通过中间dc电路的正支路和负支路之间的负载流动时，测量电压降，由此在某一时间段内测量电压降。将所测量的电压与至少一个所存储的第一阈值进行比较，由此当超过阈值时，发出电池的更换信号。
第一阈值例如是随时间的放电曲线，例如当电池的容量下降到额定负载的70％时所呈现的。电池容量下降到该值被认为是更换电池的信号。对实际剩余电池容量的监控是基于在所限定的时间段的电压降的测量，该时间段被选择以使得电池电荷的必要量在负载上耗散，优选地至少为20％，最优选地为最高达40％。因此，本发明提供了一种用于更换容量已经下降到不能确保电梯轿厢的撤离被困乘客的安全运行性能的程度的电池的非常可靠的工具。
在该方法的优选实施例中，在电压测量期间，负载上的功率耗散或流过负载的电流被测量，并且根据超过预定的第二阈值的功率或电流量来限定该时间段，该第二阈值为电池额定容量的一部分。因此，可以通过与额定电池容量相关的功率或电流来限定时间段。这允许电压测量，直到电池容量的某一部分通过负载耗散。优选地，该部分为至少10％、优选地15％、或至少20％、最优选地至少25％。
还可以描述本发明的方法，至少10％的额定电池容量、优选地至少15％的额定电池容量、最优选地至少20％的额定电池容量的电池的初始放电分布曲线被记录，并且与至少一个针对所限定的健康状态的电池的参考分布曲线进行比较，例如70％的剩余功能容量作为第一阈值或参考值。
本领域技术人员应当清楚，本发明的上述实施例可以任意组合。
附图说明
下面借助于附图中的示例描述本发明。在这些图中：
图1示出了本发明的电梯的一部分的示意图，
图2为针对不同功能电池状态，阀控式铅酸电池的电池端子电压随放电时间的电池放电曲线。
具体实施方式
图1示出了电梯10的一部分，包括具有三个可选的微处理器部分12a、12b和12c的电梯控制装置12。
电梯还包括马达和制动驱动器14以及包括例如应急电源电池16(例如vlra电池或锂离子电池)的电池测试模块15。
马达和制动驱动器14包括具有整流桥18的马达驱动器17，整流桥18通过由电梯控制装置12控制的分离器开关22连接到市电20。此外，马达驱动器17包括换流器桥24，该换流器桥24通过中间dc电路25连接到整流桥18。换流器桥24驱动地连接到电梯马达26。
马达和制动器驱动器14还包括制动驱动器28，制动驱动器28可选地通过dc/dc逆变器30连接到马达驱动器17的中间dc电路25。制动驱动器28控制两个马达制动器32a、32b。电池测试模块的电池16通过安全开关34连接到中间dc电路25，通过电梯控制装置12的微处理器部分12c来控制该安全开关34。
马达和制动驱动器14还包括电梯控制装置的部分12b以及制动斩波器36，该制动斩波器36包括与由电梯控制装置12控制的半导体斩波器开关40串联连接的制动电阻器38。
电池测试模块15包括具有用于测量电流的分流器42的测量电路44。测量电路通过电梯控制装置12的第三微处理器部分12c测量在测量期间流动的电压和电流，这允许确定在测量期间的功率流。
本发明以如下方式工作：
在不使用电梯10并且电梯控制装置12请求执行功能电池测试的情况下，电梯控制装置12通过与分离器开关22连接的第一微处理器部分12a，打开整流桥18和市电20之间的连接。此外，电梯马达被断电，并且马达制动器中的至少一个马达制动器被断电以使其保持在夹紧位置。
电梯控制装置或其一部分连接负载，例如，中间dc电路25的正支路和负支路之间的制动电阻器38和/或换流器桥24的开关和/或马达制动器32a、32b，并且电梯控制装置12的第三微处理器部分12c关闭安全开关34以将电池16与中间dc电路25连接。同时，测量电路44被激活以测量电流和电池端子上的电压。通过该测量计算在测量期间消耗的功率。横跨所限定的时间段执行测量，例如通过对应于20％的额定电池容量的电量来计算该时间段。因此，测量电池的放电分布曲线的必要部分，其给予关于电池的功能或健康状态的准确信息。将所测量分布曲线例如与根据图2的所存储的分布曲线进行比较，获取电池的健康状态。如果检测到的状态超过例如仅剩余70％的额定容量的第一阈值，电梯控制装置例如向电梯的远程维护中心或者向电梯公司、维护公司或建筑物所有者的另一个监控设施发出更换信号。
优选地，电梯控制装置包括代表具有作为参考值的如图2所示的放电分布曲线的值的存储器。通过比较与放电功率相关的电压降，因此能够可靠地给出关于电池的剩余实际容量，并且当然还有关于更换电池的必要性的估计。因此，如果超过根据放电特性的第一阈值，则电梯控制装置可以发出更换信号。
另外，可选地，在电梯控制装置的第三微处理器部分认识到影响电池的可用性的容量损失之后，第三微处理器部分触发例如电梯安全电路以使电梯不工作并且发出维护信号。
为了清楚起见，在附图中使用电梯控制装置的微处理器部分12a、12b、12c，这些部分是可选的。相应的部件可以直接连接到电梯控制装置。至少部分电池测试模块和电梯控制装置可以在电梯控制装置的应急救援设备中实现或组织在电梯控制装置的应急救援设备中。电梯控制装置的不同模块和部件可以作为单独的部件集成或提供。马达驱动器和制动驱动器可以在单独的设备中实现。
所描述的实施例不应被理解为限制本发明，而是可以在所附权利要求的范围内实施本发明。
附图标记列表
10：电梯
12：电梯控制装置
12a，12b，12c：电梯控制装置的微处理器部分
14：马达和制动驱动器
15：电池测试模块
16：电池(vrla)
17：马达驱动器(变频器)
18：整流桥
20：市电(公共ac电源)
22：分离器开关
24：换流器桥
25：中间dc电路
26：电梯马达
28：制动驱动器(制动控制器)
30：dc/dc耦合器(可选)
32a，32b：马达制动器
34：电池测试模块的安全开关
36：制动斩波器
38：制动电阻器
40：斩波器开关(半导体开关)
42：用于电流测量的测量电阻器
44：测量电路