Equilibrio de batería autónoma.

Un dispositivo para el equilibrio de las células de batería (1) de una batería con varias células de batería

(1) conectadas en serie, comprendiendo el dispositivo un dispositivo de medición conectado o conectable con cada una de las células de la batería (1), que está diseñado para generar una corriente proporcional a una tensión mínima de la célula de todas las tensiones de las células de la batería (1), y para emitirla a una pluralidad de resistencias (3) conectadas en serie, en el que un número n de las resistencias (3) es igual a un número de células de la batería (1) conectadas o conectables con el dispositivo de medición, y con un número (n-1) de instalaciones de replicación del potencial (12, 13), que están conectadas y configuradas, respectivamente, entre dos resistencias (3) adyacentes de la pluralidad de resistencias (3), para replicar un potencial en un primer polo de una célula de batería (1) asociada y para emitirlo a una primera de las dos resistencias (3) respectivas adyacentes, caracterizado por un número n de comparadores (14), que presentan, respectivamente, una primera entrada conectada con un segundo polo de una célula de batería (1) asociada, una segunda entrada conectada con una segunda de las resistencias (3) respectivas adyacentes y una salida conectada con un electrodo de control de una unidad de descarga (15) respectiva y están configurados para comparar una primera tensión que se aplica en la primera entrada con una segunda tensión que se aplica en la segunda entrada y para emitir una señal de control en función de un resultado de la comparación, en el que las unidades de descarga (15) están conectadas en paralelo a una célula de batería (1) respectiva y están configuradas para dejar fluir, en función de la señal de control, una corriente de descarga desde la célula de la batería (1) respectiva.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/066731.

Solicitante: ROBERT BOSCH GMBH.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: POSTFACH 30 02 20 70442 STUTTGART ALEMANIA.

Inventor/es: BUTZMANN, STEFAN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > VEHICULOS EN GENERAL > PROPULSION DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE... > Propulsión eléctrica por fuente de energía suministrada... > B60L11/18 (que utilizan la energía suministrada por pilas primarias, pilas secundarias o pilas de combustibles)
  • SECCION G — FISICA > METROLOGIA; ENSAYOS > MEDIDA DE VARIABLES ELECTRICAS; MEDIDA DE VARIABLES... > Dispositivos para verificar propiedades eléctricas;... > G01R31/36 (Aparatos para el ensayo del estado eléctrico de acumuladores o baterías, p. ej. de la capacidad o de las condiciones de carga (acumuladores combinados con dispositivos de medida, ensayo o indicación de estado H01M 10/48))
  • 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)

PDF original: ES-2535027_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Equilibrio de batería autónoma La presente invención se refiere a un dispositivo para el equilibrio (compensación de la carga) de las células de una batería con varias células de la batería conectadas en serie, en el que de acuerdo con la invención no es necesario ningún control a través de micro ordenador, por lo que el dispositivo puede operar de forma autónoma.

Estado de la técnica Hay que indicar que en el futuro tanto en aplicaciones estacionarias como también en vehículos como vehículos híbridos y vehículos eléctricos se empelarán cada vez más sistemas de baterías. Para poder cumplir los requerimientos planteados para una aplicación respectiva a la tensión y a la potencia disponible, se conectan en serie una alta pluralidad de células de baterías. El fallo de una célula de la batería puede conducir debido a la conexión en serie al fallo de la batería y éste de nuevo a un fallo del todo el sistema, por lo que se plantean altos requerimientos a la fiabilidad de la batería especialmente para aplicaciones relevantes para la seguridad. Para poder detectar de la manera más exactamente posible el estado de la batería y de las células individuales de la batería y para poder reconocer una amenaza de fallo de una célula de la batería, se miden regularmente, además de otros parámetros de la batería o bien de las células de batería, especialmente también las tensiones de las células de la batería. En el estado de la técnica se conocen numerosos procedimientos, que realizan un llamado equilibrio de las células, es decir, que tratar de compensar los estados de carga de las diferentes células de una batería entre sí, lo que repercute positivamente sobre la duración de vida útil de la batería. La batería está equipada a tal con unidades, que determinan las tensiones de las células individuales de la batería así como determinan opcionalmente otras magnitudes de medición como temperatura de la batería y corriente de la batería y transmitirlas a una unidad de control central (por ejemplo, un micro controlador) . La unidad de control calcula a partir de los datos de medición transmitidos para cada célula de batería un estado de carga respectivo y genera las señales de control necesarias para la realización del equilibrio de las células, que provocan en la batería la compensación de la carga entre las células de la batería, de manera que, por ejemplo, las células de la batería con un estado de carga más elevado deben descargarse parcialmente. En este caso, se dispone la unidad de control fuera de la batería, para poder asumir unos cometidos. Sin embargo, esto implica el inconveniente de que deben tomarse medidas de seguridad relativamente costosas como aisladores dispuestos en la trayectoria de los datos, para impedir en el caso de fallo un cortocircuito entre la tensión alta de la batería (en sistemas de accionamiento operador con batería a menudos varios cientos de voltios) y las partes que pueden ser contactadas desde el exterior, dispuestas en la red de baja tensión, como la unidad de control.

El documento US2006/001403A1 publica un dispositivo de detección de la tensión para una batería con una pluralidad de bloques de baterías conectadas en serie entre sí. En el dispositivo de detección de la tensión se prevé un detector de señales en cada uno de los bloques de baterías. Cada uno de los detectores de señales detecta una tensión en cada bloque de baterías y genera una señal de detección, que comprende informaciones para la tensión detectada, cuando está presente una tensión anormal.

El documento US5677613A publica un procedimiento para la regulación de la corriente suministrada por un aparato de carga hacia las conexiones terminales de un sistema del tipo de un acumulador eléctrico, que está constituido por una pluralidad de células y que están conectados en serie a través de sus conexiones de alimentación respectivas, en el que cada célula está provista con una interfaz individual, que presenta medios para la medición de la tensión que está presente entre sus conexiones de alimentación, medios para la medición de la tensión que está presente entre sus conexiones de alimentación, medios para la derivación de una parte de la corriente de carga suministrada hacia esta célula, cuando la tensión medida está por encima de un valor umbral, así como medios para la alimentación de señales de medición a una unidad de control del aparato de carga.

Publicación de la invención Por lo tanto, de acuerdo con la invención se introduce un dispositivo para el equilibrio de las células de batería de una batería con varias células de batería conectadas en serie. El dispositivo comprende un dispositivo de medición conectado o conectable con cada una de las células de la batería, que está diseñado para generar una corriente proporcional a una tensión mínima de la célula de todas las tensiones de las células de la batería, y para emitirla a una pluralidad de resistencias conectadas en serie. Un número n de las resistencias es igual a un número de células de la batería conectadas o conectables con el dispositivo de medición-El dispositivo posee, además, un número n-1 de instalaciones de replicación del potencial, que están conectadas y configuradas, respectivamente, entre dos resistencias adyacentes de la pluralidad de resistencias, para replicar un potencial en un primer polo de una célula de batería asociada y para emitirlo a una primera de las dos resistencias respectivas adyacentes. El dispositivo posee, además, un número n de comparadores, que presentan, respectivamente, una primera entrada conectada con un segundo polo de una célula de batería asociada, una segunda entrada conectada con una segunda de las resistencias respectivas adyacentes y una salida conectada con un electrodo de control de una unidad de descarga respectiva. Los comparadores están configurados para comparar una primera tensión que se aplica en la primera

entrada con una segunda tensión que se aplica en la segunda entrada y para emitir una señal de control en función de un resultado de la comparación. En este caso, las unidades de descarga están conectadas en paralelo a una célula de batería respectiva y están configuradas para dejar fluir, en función de la señal de control, una corriente de descarga desde la célula de la batería respectiva.

La invención tiene la ventaja de que se puede realizar un equilibrio de las células de la batería de manera totalmente autárquica, es decir, que se puede suprimir un control a través de una unidad de control dispuesta fuera de la batería. A tal fin, solamente es necesario un circuito electrónico sencillo, que determina una tensión mínima de todas las células de la batería y compara las tensiones de las células individuales de la batería con esta tensión mínima de las células. Si la tensión de una célula dada de la batería es mayor que la tensión mínima de la célula, se descarga la célula de la batería a través de la unidad de descarga asociada.

De acuerdo con la invención, de esta manera se suprimen medidas costosas para el aislamiento de la batería frente a la red de baja tensión, en la que se dispone normalmente una unidad de control de este tipo.

Con preferencia, las unidades de descarga contienen una fuente de corriente conmutable, que está configurada para dejar fluir la corriente de descarga sobre un primer nivel lógico de la señal de control e impedir un flujo de corriente sobre un segundo nivel lógico de la señal de control. La fuente de corriente conmutable puede contener en una forma de realización sencilla y, por lo tanto, preferida una resistencia de limitación de la corriente y un conmutador, en la que un electrodo de control del conmutador forma el electrodo de control de la unidad... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo para el equilibrio de las células de batería (1) de una batería con varias células de batería (1) conectadas en serie, comprendiendo el dispositivo un dispositivo de medición conectado o conectable con cada una de las células de la batería (1) , que está diseñado para generar una corriente proporcional a una tensión mínima de la célula de todas las tensiones de las células de la batería (1) , y para emitirla a una pluralidad de resistencias (3) conectadas en serie, en el que un número n de las resistencias (3) es igual a un número de células de la batería (1) conectadas o conectables con el dispositivo de medición, y con un número (n-1) de instalaciones de replicación del potencial (12, 13) , que están conectadas y configuradas, respectivamente, entre dos resistencias (3) adyacentes de la pluralidad de resistencias (3) , para replicar un potencial en un primer polo de una célula de batería (1) asociada y para emitirlo a una primera de las dos resistencias (3) respectivas adyacentes, caracterizado por un número n de comparadores (14) , que presentan, respectivamente, una primera entrada conectada con un segundo polo de una célula de batería (1) asociada, una segunda entrada conectada con una segunda de las resistencias (3) respectivas adyacentes y una salida conectada con un electrodo de control de una unidad de descarga (15) respectiva y están configurados para comparar una primera tensión que se aplica en la primera entrada con una segunda tensión que se aplica en la segunda entrada y para emitir una señal de control en función de un resultado de la comparación, en el que las unidades de descarga (15) están conectadas en paralelo a una célula de batería (1) respectiva y están configuradas para dejar fluir, en función de la señal de control, una corriente de descarga desde la célula de la batería (1) respectiva.

2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las unidades de descarga (15) contienen una fuente de corriente conmutable, que está configurada para dejar fluir la corriente de descarga sobre un primer nivel lógico de la señal de control y para impedir un flujo de corriente sobre un segundo nivel lógico de la señal de control.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque la fuente de corriente conmutable contiene una resistencia de limitación de la corriente (16) y un conmutador (17) , en el que un electrodo de control del conmutador (17) forma el electrodo de control de la unidad de descarga (15) .

4. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2 ó 3, en el que los comparadores (14) están configurados para emitir la señal de control con el primer nivel lógico, cuando una tensión de la célula de la batería (1) asociada es mayor que la tensión máxima de la célula de todas las tensiones de las células de la batería (1) más una tensión de desviación.

5. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que las instalaciones de replicación de potencial comprenden, respectivamente, un transistor-pnp (13) y un transistor-npn (12) , en el que una base del transistor-pnp (13) está conectada con el primer polo de la célula de la batería (1) asociada, un emisor del transistorpnp (13) está conectado con una base del transistor-npn (12) y un emisor del transistor-npn (12) está conectada con la primera de las dos resistencias (3) respectivas adyacentes.

6. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que la pluralidad de las resistencias (3) conectadas en serie presenta, respectivamente, un valor de la resistencia, que corresponde a un cociente de la tensión mínima de la célula de todas las tensiones de las células de la batería (1) y de la corriente proporcional a la tensión mínima de la célula de todas las tensiones de las células de la batería (1) .

7. Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que el dispositivo de medición presenta un número n de amplificadores diferenciales, en el que cada uno de los amplificadores diferenciales comprende una pareja de transistores (2-1, 2-2) , cuyos emisores o fuente están conectados entre sí y con una entrada para una fuente de corriente (10) y cuyos electrodos de control están conectados con una respectiva de dos entradas de señales del amplificador diferencial.

8. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la entrada para la fuente de corriente (10) de uno primero de los amplificadores diferenciales está conectada con una fuente de corriente (10) y el colector o el drenaje de uno de los transistores (2-2) de la pareja de transistores (2-1, 2-2) está conectado con la entrada para la fuente de corriente (10) de otro de los amplificadores diferenciales, de manera que resulta una conexión en cascada de los amplificadores diferenciales.

9. Una batería con una pluralidad de células de batería (1) conectadas en serie y con un dispositivo conectado con las células de batería (1) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.

10. Un automóvil con un motor de accionamiento eléctrico para el accionamiento del automóvil y con una batería conectada con el motor de accionamiento eléctrico de acuerdo con la reivindicación anterior.