CARGADOR DE BATERIA Y PROCEDIMIENTO.

Procedimiento para compensar los efectos de la temperatura en un esquema de carga de batería por pulsos con un promedio de corriente de carga menor que la corriente efectiva (rms),

caracterizado porque: cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a un umbral de temperatura, se aumenta la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms cuando la temperatura ambiente de la batería aumenta y se mantiene el umbral superior del voltaje de carga en un nivel constante; y cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que el umbral de temperatura, se mantiene la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms en un nivel constante y se disminuye el umbral superior del voltaje de carga cuando aumenta la temperatura ambiente de la batería

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07121927.

Solicitante: NATIONAL UNIVERSITY OF IRELAND GALWAY
CONVERTEC LIMITED
.

Nacionalidad solicitante: Irlanda.

Dirección: UNIVERSITY ROAD GALWAY IRLANDA.

Inventor/es: WOLFLE,WERNER, Hurley,William Gerard, Wong,Yuksum.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 29 de Noviembre de 2007.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H02J7/00M10E
  • H02J7/04C4

Clasificación PCT:

  • H02J7/00 ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O LA DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA EL ALMACENAMIENTO DE ENERGIA ELECTRICA.Circuitos para la carga o despolarización de baterías o para suministrar cargas desde baterías.
  • H02J7/04 H02J […] › H02J 7/00 Circuitos para la carga o despolarización de baterías o para suministrar cargas desde baterías. › Regulación de la corriente o de la tensión de carga.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2367589_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a un cargador de batería. En particular, esta invención se refiere a un sistema de carga de una batería y a un procedimiento adecuado para su uso en aplicaciones en reserva. Antecedentes de la invención ES 2 367 589 T3 Una técnica que se utiliza comúnmente para la carga de baterías de ácido de plomo reguladas por válvula (VRLA), que normalmente se utilizan en aplicaciones en reserva, tales como sistemas de emergencia, se conoce como carga de flotación. Sin embargo, se ha encontrado que hay una serie de inconvenientes asociados con la carga de flotación. Estos incluyen el hecho de que el régimen de carga de flotación sobrecarga la batería, y también provoca temperaturas excesivas de las celdas de la batería, que a su vez degradan la composición química del electrolito en la batería, acortando la duración de la batería. Un principio de carga más eficiente de una batería para baterías de alerta VRLA implica el uso de lo que se conoce como el principio de control de carga intermitente (TPI), tal como se describe en la referencia M Bhatt, W G Hurley, W H Wölfle, "A New Approach to Intermittent Charging of Valve-Regulated Lead-Acid Batteries in Standby Applications", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 52, no. 5, páginas 1337-1342, octubre de 2005. El principio ICC consiste en cuatro modos de funcionamiento diferentes, tal como se muestra en la figura 1. En el modo 1, se carga una batería con una corriente de carga de 0,1 Cnominal A, donde Cnominal es la capacidad de la batería nominal en Ah. El propósito del modo 1 es cargar la batería en un alto estado de carga (SOC) de más del 85%. Cuando el voltaje de la batería activa el umbral de voltaje superior (Vut), el modo de funcionamiento cambia del Modo 1 al Modo 2. En el modo 2, la batería se mantiene en circuito abierto para reducir la resistencia de la batería interna acumulada en el Modo 1, y proporcionar más espacio para la cabeza del voltaje para el Modo 3. Cuando el voltaje de la batería desciende por debajo de un umbral de voltaje bajo (Vlt), cambia el modo de funcionamiento del modo 2 al modo 3. En el Modo 3, la batería se carga con pulsos de corriente con un valor pico de corriente de 0,05 Cnominal A, un período de 30 segundos y un ciclo de trabajo de corriente (D) del 33,3%. El propósito del modo 3 es cargar la batería a pleno SOC. Cuando el voltaje de la batería alcanza el voltaje de umbral superior de nuevo, el modo de operación pasa al Modo 4. En el Modo 4, la batería está totalmente cargada y se mantiene en circuito abierto. El voltaje de la batería disminuye debido a la libre descarga en el Modo 4. Cuando el voltaje de la batería desciende por debajo de un umbral de voltaje de carga de reinicio (Vr), que indica un SOC del 97%, el ciclo de carga se reinicia a partir del Modo 1. La ventaja del principio ICC es que este régimen de carga evita que la batería se sobrecargue, mientras que al mismo tiempo, se mantiene la batería en un alto SOC para prevenir la sulfatación. Sin embargo, se ha encontrado que la velocidad de reacción en el electrolito se duplica por cada aumento de 10°C en la temperatura. Esto a su vez causa la corrosión de la rejilla positiva, y aumenta la pérdida de agua y genera más calor, lo que podría conducir a inestabilidad térmica. Existen esquemas de compensación de temperatura para el procedimiento de carga de batería flotante. Esto implica el ajuste del voltaje de flotación para evitar una fuga térmica cuando la temperatura es alta, y evitar que la auto-descarga de la celda cuando la temperatura es baja. El cargador de batería de temperatura compensada ajusta el voltaje de la carga flotante basada en la temperatura ambiente detectada o temperatura de la batería. Cuando la temperatura aumenta, el voltaje de carga se disminuye en consecuencia. El documento 2005/068005 A1 divulga un aparato de carga de baterías para la carga por pulsos, que comprende un sensor de temperatura de la batería y cuando la temperatura detectada por el sensor de temperatura es más baja que la temperatura de mantenimiento, la sección de control de carga aumenta el factor de trabajo para aumentar el promedio de la corriente de carga para la carga por pulsos y elevar la temperatura de la batería recargable. Cuando la temperatura de la batería se eleva a la temperatura de mantenimiento, la sección de control de carga reduce el factor de trabajo para evitar que la temperatura de la batería sea superior a la temperatura de mantenimiento. Sin embargo, ninguna técnica de compensación de la temperatura está siempre bajo el principio ICC. Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar una compensación de la temperatura para esquemas de carga de la batería por pulsos, tal como los que usan el principio ICC, con el fin de mejorar la vida de la batería. 2 Sumario de la invención La invención se define mediante un procedimiento y un cargador de baterías con las características técnicas de las reivindicaciones 1 y 7, respectivamente. Preferiblemente, variando la proporción de la media de la corriente de carga respecto a la corriente rms comprende variar el ciclo de trabajo de la corriente pulsada. En una realización, la batería tiene un ciclo de trabajo nominal Dnominal y una temperatura nominal Tnominal, y el procedimiento también comprende el mantenimiento del ciclo de trabajo en el valor nominal cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que Tnominal. El procedimiento también puede comprender variar un umbral superior del voltaje de carga en función de la temperatura ambiente de la batería. El procedimiento puede comprender las etapas de: cuando la temperatura ambiente de la batería excede una temperatura umbral, disminuir el umbral superior del voltaje de carga a medida que aumenta la temperatura ambiente de la batería, y cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a la temperatura umbral, mantener el umbral superior del voltaje de carga en un nivel constante. Cuando la batería tiene un umbral nominal superior del voltaje de carga Vut ES 2 367 589 T3 nominal y una temperatura nominal Tnominal, el procedimiento puede comprender el mantenimiento del umbral superior del voltaje de carga en el valor nominal cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a Tnominal. En una realización de la invención, la batería tiene una temperatura nominal, Tnominal, y un umbral superior del voltaje de carga nominal, Vut nominal , y cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que Tnominal, un umbral superior del voltaje de carga disminuye, la proporción de la media de la corriente de carga de corriente eficaz se mantiene constante, y cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a Tnominal, la proporción de la media actual de carga de corriente eficaz se reduce, mientras que el umbral superior del voltaje de carga se mantiene en el valor nominal. En una realización, un esquema de carga de batería por pulsos puede comprender la carga de una batería con una corriente constante hasta alcanzar un cierto nivel de voltaje. Después de un período de relajación, la batería se carga durante un corto período de tiempo con corrientes de pulsos y luego se mantiene en una condición de circuito abierto (o circuito casi abierto). Cuando el voltaje cae por debajo de un valor definido, la carga de corriente por pulsos comienza de nuevo. Una ventaja de esta disposición es que se impide que la batería se sobrecargue cuando la temperatura es más alta que la temperatura nominal y, debido a la relación de corriente promedio y la corriente rms se mantiene constante (por ejemplo, en el valor nominal), el tiempo de carga es reducido y la batería está protegida contra escapes térmicos. Cuando la temperatura es baja, el voltaje de carga aumenta para una determinada corriente de carga. Este efecto de temperatura baja se ve compensado por la disminución de la proporción de la corriente promedio y la corriente rms para contrarrestar el aumento del voltaje extra. Por lo tanto, el peligro potencial de sobrecarga a alta temperatura se alivia y el peligro de carga baja a baja temperatura se compensa con la carga de más energía en la batería. El procedimiento es particularmente aplicable a un esquema de carga de la batería por pulsos que utiliza el principio de control de carga intermitente (ICC). En esta realización, el procedimiento comprende las etapas de: (a) cargar la batería con una corriente de carga constante hasta que el voltaje de la batería alcanza un umbral superior de voltaje de carga; (b) colocar de la batería en un modo de carga de corriente baja, circuito abierto o circuito casi abierto hasta que el voltaje de la batería se auto-descarga a un valor por debajo de un umbral inferior del voltaje de carga; (c) cargar la batería con una corriente de carga pulsada... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para compensar los efectos de la temperatura en un esquema de carga de batería por pulsos con un promedio de corriente de carga menor que la corriente efectiva (rms), caracterizado porque: cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a un umbral de temperatura, se aumenta la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms cuando la temperatura ambiente de la batería aumenta y se mantiene el umbral superior del voltaje de carga en un nivel constante; y cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que el umbral de temperatura, se mantiene la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms en un nivel constante y se disminuye el umbral superior del voltaje de carga cuando aumenta la temperatura ambiente de la batería. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el aumento de la proporción del promedia de la corriente de carga y la corriente rms comprende aumentar el ciclo de trabajo de la corriente pulsada. 3. Procedimiento según la reivindicación 2, en el que el esquema de carga de batería es para cargar una batería que tiene un ciclo de trabajo nominal Dnominal, y una temperatura nominal Tnominal, y también se caracteriza porque: se mantiene el ciclo de trabajo en el valor nominal cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que Tnominal. 4. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que el esquema de carga de batería es para cargar una batería que tiene un umbral superior nominal de voltaje de carga Vut nominal y una temperatura nominal Tnominal, y que también se caracteriza porque: se mantiene el umbral superior del voltaje de carga en el valor nominal cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a Tnominal. 5. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que el esquema de carga de la batería es para cargar una batería que tiene una temperatura nominal, Tnominal, y un umbral superior del voltaje de carga nominal, Vutnominal, también caracterizado porque: cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que Tnominal, disminuye un umbral superior del voltaje de carga cuando aumenta la temperatura ambiente de la batería, mientras que se mantiene la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms constante; y cuando la temperatura ambiente de la batería es inferior o igual a Tnominal, disminuye la proporción del promedia de la corriente de carga y la corriente rms cuando la temperatura ambiente de la batería disminuye, mientras se mantiene el umbral superior del voltaje de carga en el valor nominal. 6. Procedimiento según cualquier reivindicación anterior, en el que el esquema de carga de batería por pulsos utiliza el principio de control de carga intermitente (ICC), y en el que el procedimiento comprende las etapas de: (a) cargar la batería con una corriente de carga constante hasta que el voltaje de la batería alcanza un umbral superior del voltaje de carga; (b) colocar la batería en el modo de baja corriente de carga, circuito abierto o circuito casi abierto hasta que el voltaje de la batería se auto-descarga a un valor por debajo de un umbral inferior del voltaje de carga; (c) cargar la batería con una corriente de carga pulsada hasta que el voltaje de la batería alcanza el umbral superior del voltaje de carga; (d) cuando el voltaje de la batería alcanza el umbral superior del voltaje de carga, colocar la batería en el modo de circuito abierto o de circuito casi abierto; (e) repetir las etapas (a) a (d) cuando el voltaje de la batería desciende por debajo de un umbral de voltaje de carga de reinicio; en el que el umbral superior del voltaje de carga y la relación del promedio de la corriente de carga y la corriente rms dependen de la temperatura. 7. Cargador de batería que utiliza un esquema de carga de batería por pulsos con un promedio de corriente de carga menor que la corriente efectiva (rms), caracterizado porque está dispuesto para: 6 ES 2 367 589 T3 aumentar la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms cuando aumenta la temperatura ambiente de la batería y mantener el umbral superior del voltaje de carga en un nivel constante cuando la temperatura de la batería ambiente es inferior o igual a un umbral de la temperatura; y mantener la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms en un nivel constante y disminuir el 5 umbral superior del voltaje de carga cuando la temperatura ambiente de la batería aumenta cuando la temperatura de la batería ambiente es superior a la temperatura umbral. 8. Cargador de batería según la reivindicación 7, en el que el aumento de la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms comprende aumentar el ciclo de trabajo de la corriente pulsada. 9. Cargador de batería según la reivindicación 8, para cargar una batería que tiene un ciclo de trabajo nominal Dnominal, 10 y una temperatura nominal Tnominal, también caracterizado porque se está dispuesto para: mantener el ciclo de trabajo en el valor nominal cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que Tnominal. 10. Cargador de batería según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, para cargar una batería que tiene una temperatura nominal, Tnominal, y un umbral superior nominal del voltaje de carga, Vut nominal , también caracterizado porque se está dispuesto para: 15 disminuir un umbral superior del voltaje de carga cuando aumenta la temperatura ambiente de la batería mientras se mantiene la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms constante cuando la temperatura ambiente de la batería es mayor que Tnominal; y disminuir la proporción del promedio de la corriente de carga y la corriente rms cuando la temperatura ambiente de la batería disminuye, mientras se mantiene el umbral superior del voltaje de carga en el valor nominal, cuando la 20 temperatura de la batería ambiente es inferior o igual a Tnominal. 7 ES 2 367 589 T3 8 ES 2 367 589 T3 9 ES 2 367 589 T3 ES 2 367 589 T3 11 ES 2 367 589 T3 12

 

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