Sistema y procedimiento de medición de la tensión de una pila de combustible.

Sistema para medir tensiones de pila individuales de una batería de pilas de combustible,

comprendiendo dicho sistema una pluralidad de unidades de escaneado de tensión (2) (VSU), estando cada VSU dispuesta para su conexión a un grupo de pilas, que pertenecen a dicha batería de pilas de combustible, estando dicho grupo de pilas provisto de unos bornes que permiten la medición de una tensión de pila,

caracterizado porque cada VSU (2) comprende un filtro/regulador (23) que proporciona una señal de referencia de tensión Vref, aplicándose dicha señal de referencia de tensión a un primer borne de una primera pila de dicho grupo de pilas, comprendiendo también dicho VSU un multiplexor (21) dispuesto para conectar de forma consecutiva los otros bornes de dicho grupo de pilas a una primera entrada de un convertidor A/D (22), estando dicho convertidor A/D provisto también de una segunda entrada para recibir dicha señal de referencia de tensión Vref, estando dicho convertidor A/D dispuesto también para ser alimentado con una tensión de suministro Vsup+ y para realizar una conversión A/D de una señal derivada de dichas señales en dichas primera y segunda entrada.

Sistema y procedimiento de medición de la tensión de una pila de combustible.

Campo de la invención La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para la medición y la evaluación de las tensiones de una pila individual de una batería de pilas de combustible.

Estado de la técnica Una pila de combustible es un dispositivo electroquímico que convierte directamente energía química producida por una reacción en energía eléctrica. Por ejemplo, un tipo de pila de combustible incluye una membrana de intercambio de protones (MIP) , a menudo llamada membrana de polímero electrolítico, que permite que solo pasen los protones entre un ánodo y un cátodo de la pila de combustible. En el ánodo, el hidrógeno diatómico (un combustible) reacciona para producir protones de hidrógeno que pasan a través del MIP. Los electrones que produce dicha reacción viajan por los circuitos externos a la pila de combustible para formar una corriente eléctrica.

Debido a que una pila de combustible individual típicamente produce una tensión relativamente baja (alrededor de 1 Voltio, por ejemplo) , se pueden colocar varias pilas de combustible en una disposición denominada batería de pilas de combustible, para producir una tensión mayor. Dicha batería de pilas de combustible podría incluir placas (por ejemplo compuestos de grafito o placas metálicas) apiladas la una sobre la otra, y cada placa puede estar asociada con más de una pila de combustible de la batería. Las placas pueden incluir varios canales y orificios, por ejemplo para encaminar los reactantes y productos por la batería de pilas de combustible. Se podrían dispersar varias MIP (estando cada una de las mismas asociada con una pila de combustible específica) mediante la batería entre los ánodos y los cátodos de las distintas pilas de combustible.

El estado de una batería de pilas de combustible se puede determinar controlando las tensiones diferenciales individuales en los bornes (es decir las tensiones de la pila) de las pilas de combustible. De este modo, una tensión de pila particular puede variar dependiendo de las condiciones de carga y del estado de la pila en una gama entre 1V y +1V. La batería de pilas de combustible típicamente puede incluir una gran cantidad de pilas de combustible y, así, las tensiones de modo común (las tensiones con respecto a una tensión común (tierra) ) de los bornes de pila de combustible pueden ser bastante elevadas (es decir, algunas de las tensiones de los bornes pueden ser tan elevadas como 100 Voltios, por ejemplo) . Lamentablemente, los dispositivos semiconductores que se pueden utilizar para medir las tensiones de la pila típicamente son incapaces de recibir tensiones de modo común elevadas (tensiones por encima de 18V aproximadamente, por ejemplo) . Una solución puede ser utilizar divisores de resistencia para reducir las tensiones en los bornes. Sin embargo, el proceso de reducción disminuye la precisión de medición y, además, las tolerancias de la resistencia pueden introducir errores de medición.

El documento de la técnica anterior US 6.281.684 B propone un sistema de medición de tensión de pila que comprende una pluralidad de unidades de escaneado de tensión, estando cada una de las mismas asociada con un grupo de pilas de una batería de pilas de combustible. Las unidades de escaneado pueden presentar referencias a tierra con potenciales mayores que una referencia a tierra de la batería de pilas de combustible. Sin embargo, bajo ciertas condiciones, pueden tener lugar tensiones de pila negativas, que resultan potencialmente peligrosas para las pilas de combustible. El sistema de medición de tensión de pila que se da a conocer solo proporciona protección contra esta situación utilizando circuitos caros capaces de digitalizar tensiones positivas y negativas. Dicho documento US 6.281.684 B también da a conocer el uso de líneas de control para seleccionar una pila cada vez para su medición por medio de dos multiplexores analógicos, que pueden cambiar una pila con respecto a la otra (es decir, el borne de entrada D0 en el primer multiplexor está conectado a la entrada D1 en el segundo) . Se utiliza un multiplexor para cambiar una referencia y el otro, para cambiar la señal que se va a medir. Cuando se considera a un nivel de sistema, para cada medición se aplica una tensión referencia diferente. Esto no solo resulta una solución cara, sino que también precisa la programación adecuada de un procesador.

Objetivos de la invención La presente invención pretende proporcionar un sistema y un procedimiento para medir las tensiones de pila de combustible individuales, que permita el uso de dispositivos semiconductores y en el que también se puedan medir tensiones de pila negativas.

Sumario de la invención La presente invención se refiere a un sistema para medir tensiones de pila individuales de una batería de pilas de combustible, comprendiendo dicho sistema una pluralidad de unidades de escaneado de tensión (VSU) . Cada VSU se dispone de manera que se conecte a un grupo de pilas, que pertenecen a la batería de pilas de combustible, estando dicho grupo de pilas provisto de bornes que permiten la medición de una tensión de pila. Cada VSU comprende un filtro/regulador que proporciona una señal de referencia de tensión Vref, aplicándose dicha señal de referencia de tensión a un primer borne de una primera pila del grupo de pilas. La VSU también comprende:

- un convertidor A/D, estando dicho convertidor A/D dispuesto para su alimentación con una tensión de suministro Vsup+, y para recibir en una primera entrada la señal de referencia de tensión Vref, y

- un multiplexor dispuesto para conectar de forma consecutiva los otros bornes del grupo de pilas a una segunda entrada del convertidor A/D.

Preferentemente, la señal de referencia de tensión Vref es menor que Vsup+ en valor absoluto.

En una forma de realización preferida, el sistema para medir tensiones de pila individuales también comprende un controlador principal conectado por lo menos a una VSU de la pluralidad de VSU.

En otra forma de realización, cada VSU comprende un gestor de protocolo que comprende una identificación única para la VSU. Ventajosamente, el gestor de protocolo está dispuesto para comunicarse con dicho controlador principal. El VSU también puede comprender optoacopladores.

Preferentemente, la tensión de suministro Vsup+ se extrae de un bus de potencia CA, conectado a través de un acoplamiento capacitivo al filtro/regulador.

En una forma de realización ventajosa, cada grupo de pilas consta de cuatro pilas.

En otro objetivo, la invención se refiere a un procedimiento para medir tensiones de pila individuales de un grupo de pilas que pertenecen a una batería de pilas de combustible, estando cada grupo de pilas provisto de bornes. El procedimiento comprende las etapas siguientes:

- conectar una unidad de escaneado de tensión (VSU) al grupo de pilas,

- proporcionar una señal de referencia de tensión a un primer borne de una primera pila del grupo de pilas,

- aplicar la señal de referencia de tensión a una primera entrada de un convertidor A/D, estando dicho convertidor A/D comprendido en la VSU y alimentándose por una tensión de suministro Vsup+,

- conectar de forma consecutiva una señal de tensión desde los otros bornes del grupo de pilas que se van a medir hasta una segunda entrada del convertidor A/D.

En una forma de realización alternativa, el procedimiento también comprende las etapas que, en el caso en el que una señal de tensión de pila medida exceda un umbral predeterminado, consisten en calcular la tensión mínima, promedio y máxima de la batería de pilas de combustible y en realizar una acción correctora basada en la tensión mínima, promedio y máxima.

Breve descripción de los dibujos La figura 1 representa la disposición del sistema según la invención.

La figura 2 representa con mayor detalle un esquema de la unidad de escaneado de tensión que se muestra en la figura 1.

La figura 3 representa un sistema con más de una batería de pilas de combustible. Además, muestra el uso de una referencia de modo común.

La figura 4 representa un diagrama de flujo de aplicación informática.

Descripción detallada de la invención En el sistema según la invención, la batería de pilas de combustible está partida (sin solaparse) en grupos de pilas de combustible. El circuito de medición se referencia con la tensión más baja del grupo. Así que, cuando se referencia con un borne negativo de batería, cada grupo de pila de combustible presenta una tensión de modo común diferente. De esta manera, la tensión de modo común para... [Seguir leyendo]

1. Sistema para medir tensiones de pila individuales de una batería de pilas de combustible, comprendiendo dicho sistema una pluralidad de unidades de escaneado de tensión (2) (VSU) , estando cada VSU dispuesta para su conexión a un grupo de pilas, que pertenecen a dicha batería de pilas de combustible, estando dicho grupo de pilas provisto de unos bornes que permiten la medición de una tensión de pila,

caracterizado porque cada VSU (2) comprende un filtro/regulador (23) que proporciona una señal de referencia de tensión Vref, aplicándose dicha señal de referencia de tensión a un primer borne de una primera pila de dicho grupo de pilas, comprendiendo también dicho VSU un multiplexor (21) dispuesto para conectar de forma consecutiva los otros bornes de dicho grupo de pilas a una primera entrada de un convertidor A/D (22) , estando dicho convertidor A/D provisto también de una segunda entrada para recibir dicha señal de referencia de tensión Vref, estando dicho convertidor A/D dispuesto también para ser alimentado con una tensión de suministro Vsup+ y para realizar una conversión A/D de una señal derivada de dichas señales en dichas primera y segunda entrada.

2. Sistema para medir tensiones de pila individuales según la reivindicación 1, en el que dicha señal de referencia de tensión Vref es menor que la Vsup+.

3. Sistema para medir tensiones de pila individuales según la reivindicación 1 o 2, que también comprende un controlador principal (3) conectado a por lo menos una VSU de dicha pluralidad de VSU.

4. Sistema para medir tensiones de pila individuales según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada VSU comprende un gestor de protocolo (24) , comprendiendo dicho gestor de protocolo una identificación única para dicha VSU.

5. Sistema para medir tensiones de pila individuales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho gestor de protocolo (24) está dispuesto para su comunicación con dicho controlador principal.

6. Sistema para medir tensiones de pila individuales según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha tensión de alimentación Vsup+ se extrae de un bus de potencia de CA conectado mediante acoplamiento capacitivo a dicho filtro/regulador (23) .

7. Sistema para medir tensiones de pila individuales según cualquiera de las reivindicaciones, en el que dicha VSU también comprende unos optoacopladores (25) .

8. Procedimiento para medir tensiones de pila individuales de un grupo de pilas que pertenecen a una batería de pilas de combustible, estando dicho grupo de pilas provisto de unos bornes, comprendiendo dicho procedimiento las etapas siguientes:

- conectar una unidad de escaneado de tensión (2) (VSU) a dicho grupo de pilas,

- proporcionar una señal de referencia de tensión a un primer borne de una primera pila de dicho grupo de pilas,

- aplicar dicha señal de referencia de tensión a una primera entrada de un convertidor A/D (22) , estando dicho convertidor A/D comprendido en dicha VSU y siendo alimentado por una tensión de alimentación Vsup+,

- conectar de forma consecutiva una señal de tensión de los otros bornes de dicho grupo de pilas que se van a medir a una segunda entrada de dicho convertidor A/D, convirtiendo de este modo dicho convertidor A/D una señal derivada de dichas señales en dicha primera y dicha segunda entrada.

9. Procedimiento para medir tensiones de pila individuales según la reivindicación 8, que también comprende las etapas que, en caso de que una señal de tensión de pila medida exceda un umbral predeterminado, consisten en calcular la tensión mínima, promedio y máxima de dicha batería de pilas de combustible y en realizar una acción correctora basada en dicha tensión mínima, promedio y máxima.