Sistema de baterías de acumuladores con supervisión simplificada.

Sistema (1) de batería de acumuladores, que comprende:

- varios acumuladores electroquímicos

(4) conectados en serie;

- una conexión eléctrica de potencia (71, 72) destinada a enlazar una carga eléctrica (55) o una alimentación de recarga (8) a dichos acumuladores electroquímicos (4);

- un dispositivo de control (52) enlazado a los acumuladores electroquímicos (4) por medio de la conexión eléctrica de potencia;

caracterizado por que:

el sistema comprende además:

- varios circuitos de medición (3), estando unido cada uno de estos circuitos de medición a un acumulador electroquímico respectivo y estando configurado para medir la tensión en los bornes de este acumulador respectivo;

- varios circuitos de comunicación, estando unido cada uno de estos circuitos de comunicación a un acumulador electroquímico respectivo y estando configurado para inducir una bajada de tensión en los bornes de este acumulador respectivo cuando la tensión medida supera un umbral;

- el dispositivo de control (52) se configura para identificar dicha bajada de tensión.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/061119.

Solicitante: RENAULT S.A.S..

Inventor/es: BERANGER,MARC, RANIERI,MARCO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > H02J7/00 (Circuitos para la carga o despolarización de baterías o para suministrar cargas desde baterías)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/48 (Acumuladores combinados con dispositivos de medida, ensayo o indicación de estado, p. ej. del nivel o de la densidad del electrolito (indicación o medida del nivel de un líquido en general G01F 23/00; medida de la densidad G01N, p. ej. G01N 9/00; medida de valores eléctricos G01R))
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/44 (Métodos para cargar o descargar (circuitos de carga H02J 7/00))

PDF original: ES-2543787_T3.pdf

 

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Sistema de baterías de acumuladores con supervisión simplificada.
Sistema de baterías de acumuladores con supervisión simplificada.
Sistema de baterías de acumuladores con supervisión simplificada.

Fragmento de la descripción:

Sistema de baterías de acumuladores con supervisión simplificada La invención se refiere a las baterías de acumuladores electroquímicas. Éstas pueden utilizarse por ejemplo en el campo de los transportes eléctricos e híbridos o los sistemas de a bordo.

Un acumulador electroquímico tiene habitualmente una tensión nominal del orden de magnitud siguiente:

1, 2 V para unas baterías de tipo NiMH, 3, 3 V para una tecnología de ion de litio fosfato de hierro, LiFePO4, 3, 7 V para una tecnología de tipo ion de litio a base de óxido de cobalto.

Estas tensiones nominales son demasiado reducidas con relación a las exigencias de la mayor parte de los sistemas a alimentar. Para obtener el nivel de tensión adecuado, se colocan en serie varios acumuladores. Para obtener grandes potencias y capacidades, se colocan varios grupos de acumuladores en serie. El número de etapas (número de grupos de acumuladores) y el número de acumuladores en paralelo en cada etapa varían en función de la tensión, de la corriente y de la capacidad deseadas para la batería. La asociación de varios acumuladores se denomina una batería de acumuladores.

La carga de un acumulador se traduce en un incremento de la tensión en sus bornes. Cada tecnología de acumulador presenta un perfil de carga que le es propio, por ejemplo definido por la evolución de la tensión de un acumulador en el tiempo para una corriente de carga dada.

Se considera un acumulador cargado por ejemplo cuando, bajo una corriente dada, éste alcanza un nivel de tensión nominal definido por su proceso electroquímico. Si la carga se interrumpe antes de que sea alcanzada esta tensión, el acumulador no está completamente cargado. El acumulador puede considerarse también como cargado cuando la carga ha durado un tiempo predeterminado o incluso cuando la corriente de carga, mientras que el acumulador se mantiene a tensión constante, ha alcanzado un valor de umbral mínimo.

Debido a las dispersiones de fabricación, los acumuladores presentan en la práctica unas características diferentes. Estas diferencias, relativamente reducidas cuando la batería es nueva, se acentúan con el uso heterogéneo de los acumuladores de la batería. Incluso asociando unos acumuladores de un mismo lote de fabricación en una batería, subsisten dispersiones. La carga de la batería es supervisada generalmente por un dispositivo controlado a partir de mediciones de tensión en los diferentes acumuladores.

El intervalo de funcionamiento de un acumulador de tipo ion de litio a base de óxido de cobalto está comprendido típicamente entre 2, 7 y 4, 2 V. Una utilización fuera de este intervalo puede inducir un deterioro irreversible de los acumuladores de la batería. Una sobrecarga puede conducir a una destrucción de un acumulador, a su desgaste acelerado (por degradación del electrólito) , o a una explosión por un fenómeno de avalancha térmica. Unos dispositivos de control conocidos supervisan así la carga de cada acumulador. La carga de todos los acumuladores se interrumpe por tanto cuando el acumulador más cargado alcanza un límite alto del intervalo de funcionamiento. La tensión del acumulador menos cargado es entonces igual a una tensión inferior al límite alto.

El dispositivo de control interrumpe igualmente la descarga de la batería cuando el acumulador menos cargado alcanza el límite bajo del intervalo de funcionamiento.

En consecuencia, se conocen diferentes sistemas de conexión para permitir a un dispositivo de control verificar el nivel de carga de cada uno de los acumuladores. Para incrementar el nivel de seguridad de la batería, es frecuente igualmente utilizar unos sistemas de conexión que permitan al dispositivo de control verificar otros parámetros de funcionamiento, tales como la temperatura de los acumuladores.

Según una estructura conocida en presencia de numerosos acumuladores, se fija un circuito de medición de tensión y de temperatura en cada acumulador. El dispositivo de control comprende varias tarjetas esclavas gestionadas por una tarjeta maestra o calculador, estando reagrupadas estas tarjetas. Cada tarjeta esclava se conecta a varios circuitos de medición, por ejemplo 8 o 16, por medio de cableados punto a punto.

En una estructura de ese tipo, los acumuladores se encuentran con unas tensiones escalonadas que alcanzan unos niveles elevados. De ese modo, las mediciones de tensión deben o bien estar aisladas galvánicamente, o bien concebirse para una tensión en modo común elevado. En un vehículo automóvil, el calculador está alimentado generalmente por una batería de 12 V, dedicada a la alimentación de la red de a bordo y unos accesorios. Estando conectada la batería de la red de a bordo a la masa del vehículo, puede hacerse necesario además realizar un aislamiento galvánico para la comunicación entre las tarjetas esclavas y el calculador. Además, la conexión cableada punto a punto entre los circuitos de medida y las tarjetas esclavas necesita un gran número de conexiones y una longitud del manojo considerable. En consecuencia, una concepción de ese tipo induce un coste y una complejidad no despreciables. Por otro lado, el número de conexiones cableadas punto a punto multiplica los riesgos

de cortocircuito con una conexión directa a los acumuladores, lo que necesita una concepción y una realización particularmente cuidadosas que implican principalmente la integración de protecciones (fusibles o disyuntores) .

El documento JP2009-089453 describe una batería provista de varios acumuladores conectados en serie, de un circuito de medición de la tensión en los bornes de la batería, de un circuito de comunicación y de un circuito de control. El circuito de comunicación indica al circuito de control una variación de tensión cuando la tensión en los bornes de la batería supera un umbral.

Según otra estructura conocida en presencia de numerosos acumuladores, se fija un circuito de medición de tensión y de temperatura sobre cada acumulador. Los circuitos de medición se conectan a un mismo bus de comunicación. Un calculador recupera las informaciones transmitidas por los circuitos de medición desde este bus de comunicación.

Una estructura de ese tipo permite evitar los inconvenientes de las conexiones cableadas punto a punto. Sin embargo, una estructura de ese tipo necesita la presencia de un bus particular que disponga de aislamiento galvánico, debido a los niveles de tensión a los que está sometido. Se debe prestar una atención muy particular a la concepción del bus, estando éste conectado a unos niveles de tensión elevados en el interior de la batería. De ese modo, se debe implementar un aislamiento galvánico costoso y complejo y la integración de un bus de ese tipo en una batería plantea problemas prácticos.

La invención viene a resolver uno o varios de estos inconvenientes. La invención trata así de un sistema de batería de acumuladores, que comprende:

- varios acumuladores electroquímicos conectados en serie; -una conexión eléctrica de potencia destinada a enlazar una carga eléctrica o una alimentación de recarga a dichos acumuladores electroquímicos; -un dispositivo de control enlazado a los acumuladores electroquímicos por medio de la conexión eléctrica de potencia.

El sistema comprende además:

- varios circuitos de medición, estando unido cada uno de estos circuitos de medición a un acumulador electroquímico respectivo y estando configurado para medir la tensión en los bornes de este acumulador respectivo; -varios circuitos de comunicación, estando unido cada uno de estos circuitos de comunicación a un acumulador electroquímico respectivo y estando configurado para inducir una bajada de tensión en los bornes de este acumulador... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema (1) de batería de acumuladores, que comprende:

-varios acumuladores electroquímicos (4) conectados en serie; -una conexión eléctrica de potencia (71, 72) destinada a enlazar una carga eléctrica (55) o una alimentación de recarga (8) a dichos acumuladores electroquímicos (4) ; -un dispositivo de control (52) enlazado a los acumuladores electroquímicos (4) por medio de la conexión eléctrica de potencia;

caracterizado por que:

el sistema comprende además:

-varios circuitos de medición (3) , estando unido cada uno de estos circuitos de medición a un acumulador electroquímico respectivo y estando configurado para medir la tensión en los bornes de este acumulador respectivo; -varios circuitos de comunicación, estando unido cada uno de estos circuitos de comunicación a un acumulador electroquímico respectivo y estando configurado para inducir una bajada de tensión en los bornes de este acumulador respectivo cuando la tensión medida supera un umbral; -el dispositivo de control (52) se configura para identificar dicha bajada de tensión.

2. Sistema según la reivindicación 1, en el que los circuitos de medición (3) y los circuitos de comunicación están alimentados eléctricamente por su acumulador respectivo (4) . 25

3. Sistema según la reivindicación 1 o 2, en el que los circuitos de comunicación (3) están configurados para inducir una alternancia de bajadas de tensión con una frecuencia comprendida entre 10 kHz y 1 MHz cuando la tensión medida supera un umbral.

4. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los circuitos de comunicación están configurados para inducir una bajada de tensión en los bornes de su acumulador respectivo o bien cuando la tensión en los bornes de este acumulador supera una tensión de carga máxima, o bien cuando la tensión en los bornes de este acumulador supera una tensión de descarga mínima.

5. Sistema según la reivindicación 4, en el que los circuitos de comunicación están configurados para inducir una bajada de tensión para la tensión de carga máxima con una relación cíclica superior a la relación cíclica de la bajada de tensión para la tensión de descarga mínima.

6. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los circuitos de comunicación están configurados para realizar unas bajadas de tensión distintas, estando configurado el dispositivo de control para identificar un circuito de comunicación en función de la bajada de tensión realizada.

7. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los circuitos de comunicación están configurados para codificar un identificador del circuito de medición mediante código pseudoaleatorio cuando este 45 circuito de medición (3) mide una tensión en los bornes de su acumulador que supera un umbral.

8. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende:

- un convertidor continua/alterna conectado a la conexión eléctrica de potencia.

50. un filtro antiparasitario interpuesto entre el convertidor y el dispositivo de control.

9. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende más de veinte acumuladores conectados en serie, siendo la tensión en los bornes de la batería (2) superior a 50 V.

10. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los circuitos de comunicación están configurados para inducir una bajada de tensión de al menos el 0, 1 % en los bornes de su acumulador cuando la tensión medida supera un umbral.

11. Sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los circuitos de comunicación inducen 60 una bajada de tensión en los bornes de su acumulador mediante conexión de una carga eléctrica (33) entre los bornes de su acumulador.

12. Procedimiento de gestión de la carga de acumuladores electroquímicos en serie de una batería, que comprende las etapas de: 65

- medición de la tensión en los bornes de los acumuladores (4) por medio de circuitos de medición (3) unidos a unos acumuladores respectivos; -detección de la superación de un umbral de tensión en los bornes de su acumulador respectivo por uno de dichos circuitos de medición;

-generación de una bajada de tensión en los bornes del acumulador para el que se ha detectado la superación; -detección de la bajada de tensión por un dispositivo de control (52) enlazado a los acumuladores electroquímicos por medio de una conexión eléctrica de potencia (72) que enlaza una carga eléctrica (55) o una alimentación de recarga (8) a dichos acumuladores.

13. Procedimiento de gestión de la carga de acumuladores electroquímicos de una batería según la reivindicación 12, que comprende la alimentación de los circuitos de medición por su acumulador respectivo.

14. Procedimiento de gestión de la carga de acumuladores electroquímicos de una batería según la reivindicación 12

o 13, en el que dicha generación de una bajada de tensión incluye una alternancia de bajadas de tensión en los 15 bornes de dicho acumulador con una frecuencia comprendida entre 10 kHz y 1 MHz.

15. Procedimiento de gestión de la carga de acumuladores electroquímicos de una batería según la reivindicación 12, 13 o 14, en el que la generación de una bajada de tensión comprende la conexión de un elemento eléctrico a los bornes de dicho acumulador, estando configurado dicho elemento eléctrico para inducir una bajada de tensión de al menos el 0, 1 % en los bornes de dicho acumulador durante su conexión.