Un regulador de voltaje (10) que tiene una funcionalidad como regulador maestro y como regulador seguidor que comprende:

un procesador (20); una interfaz de comunicaciones (24) en comunicación con el procesador (20); una memoria (22) en comunicación con el procesador (20); y un código de programación almacenado en la memoria (22) para la determinación de si el regulador de voltaje (10) funciona como un regulador maestro o como un regulador seguidor, caracterizado porque dicho regulador de voltaje comprende además un generador de números aleatorios, el código de programación comprende instrucciones para arbitrar entre el regulador (10) y un segundo regulador para determinar qué regulador es el regulador maestro en base a un número aleatorio generado por dicho generador de números aleatorios

Antecedentes

La potencia eléctrica para vehículos, incluyendo automóviles, camiones y autobuses típicamente se suministra por sistemas de alternador -batería. El alternador usualmente se controla por medios mecánicos para generar la potencia eléctrica. La salida de potencia del alternador se controla por un regulador de voltaje, que detecta la salida de voltaje del alternador y ajusta el campo magnético del alternador o el control de rectificación para mantener un valor deseado del voltaje de salida del alternador.

La potencia eléctrica para los vehículos puede usarse en condiciones difíciles, aplicaciones de corriente elevada, tales como el funcionamiento de aire acondicionado en los vehículos. En tales aplicaciones, un único alternador puede no producir suficiente potencia eléctrica. Para generar potencia adicional, pueden conectarse dos o más alternadores en paralelo cuando la carga eléctrica total del sistema excede la capacidad de generación de un único alternador.

Si se requieren dos o más alternadores en un sistema, cada alternador típicamente tiene su propio regulador de voltaje. El control de voltaje se realiza por lo tanto independientemente para cada uno de los alternadores. En este caso, incluso si los múltiples alternadores son idénticos en cada aspecto, quedan voltajes diferentes presentes en el sistema debido a una variedad de factores. Un factor de presentar diferentes voltajes en el sistema es debido al cableado y a las caídas de voltaje de las conexiones que cambian con la carga eléctrica. Por ejemplo, la localización del alternador dentro del sistema requiere cableado de interconexión y conectores que pueden afectar al voltaje en la salida del alternador. Otro factor son las diferencias en las características del alternador. Por ejemplo, el funcionamiento del ordenador puede estar afectado por su temperatura de funcionamiento. Las variaciones de temperatura en el sistema pueden dar como resultado que los alternadores funcionen a diferentes temperaturas dando como resultado por lo tanto diferentes salidas del alternador. Estas variaciones de temperatura pueden deberse a la dinámica de los flujos de aire refrigerantes internos o externos o a la proximidad de superficies próximas de calentamiento o de enfriamiento.

Como resultado, cuando se producen cambios de la carga, la porción de la carga eléctrica total suministrada por cada uno de los alternadores no es predecible o constante. En cambio, se manifiesta la inestabilidad del sistema por voltajes de salida inestables y se produce la distribución no equilibrada de cargas eléctricas según se producen cambios en la carga. Esta inestabilidad es una condición llamada de "caza" y se causa por la porción de la carga total suministrada por cada uno de los alternadores individuales que no es constante. Otro efecto indeseable de la inestabilidad es que un alternador en el sistema asume la mayor parte, o potencialmente toda la carga del sistema total. En tales casos el alternador sobrecargado puede sufrir un fallo prematuro.

Se han intentado soluciones al problema de alternadores múltiples. Uno de tales intentos se desvela en la Patente de los Estados Unidos Nº 5.723.972 (de Bartol y otros) en la cual dos o más alternadores se conectan eléctricamente en paralelo a través de una batería y una carga. Los diversos reguladores de voltaje electrónicos correspondientes controlan individualmente los alternadores, con un regulador que está especialmente configurado como maestro y los otros reguladores están configurados como seguidores para recibir una señal desde el regulador maestro. El regulador maestro sólo detecta el voltaje a través de la batería y genera una señal de control maestra para su uso tanto en el regulador maestro como en todos los reguladores seguidores para generar la potencia para las cargas eléctricas y mantener el voltaje regulado. El documento US 5.679.840 describe un módulo de suministro de potencia que tiene un controlador para controlar la cantidad de potencia suministrada desde una entrada a una salida en respuesta a un circuito de retroalimentación.

Lo que se necesita es un mejor control entre reguladores de alternadores múltiples.

Sumario

De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, se proporciona un regulador de voltaje como se describe en la reivindicación 1.

De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un sistema como se describe en la reivindicación 8.

De acuerdo con un tercer aspecto de la presente invención se proporciona un método como se describe en la reivindicación 12.

Breve descripción de los dibujos

La FIG. 1 es un diagrama de bloques de ejemplo de una combinación de regulador de voltaje – alternador.

La FIG. 2 es un diagrama de bloques de ejemplo de combinaciones de múltiples reguladores de voltaje – alternadores como se muestra en la FIG. 1 con los alternadores conectados eléctricamente en paralelo.

La FIG. 3 es un diagrama de bloques de ejemplo de un regulador de voltaje único que controla múltiples alternadores, con los alternadores conectados eléctricamente en paralelo.

La FIG. 4 es un gráfico de la corriente de salida respecto del tiempo para dos de los alternadores mostrados en la FIG. 2

La FIG. 5 es un diagrama de flujo de ejemplo del funcionamiento de las combinaciones de múltiples reguladores de voltaje – alternadores, mostrados en la FIG. 2

La FIG. 6 es un diagrama de flujo de ejemplo para la determinación de las señales para los reguladores maestro y seguidores en el bloque 74 de la FIG. 5.

Descripción Detallada de la Invención

Volviendo a los dibujos, en los que referencias numéricas iguales se refieren a elementos iguales, la FIG. 1 muestra un diagrama de bloques de ejemplo de una combinación de regulador de voltaje – alternador. El alternador 30 es un alternador convencional y puede comprender una bobina de campo 42, bobinados 44, y un rectificador 46. La bobina de campo 42 puede suplementarse o reemplazarse por un imán permanente. Los bobinados 44 pueden incluir tres bobinados de salida de potencia de modo que el alternador es una máquina de tres fases, aunque la invención no está limitada a este modo. El alternador 30 puede además incluir un rectificador 46 que rectifica las salidas de corriente alterna (AC) de los bobinados de salida de potencia en corriente continua (DC). El rectificador 46 puede comprender diodos y otros tipos de dispositivos de conmutación. Para un alternador que comprende un imán permanente, el rectificador comprende un rectificador controlado de silicio (SCR). Además, el control de la salida del alternador puede comprender el control del SCR, como se muestra por la flecha dentro del bloque 46. El alternador 30 produce una salida de potencia en la salida 40 cuando el bobinado de campo 42 modula los cambios en el acoplamiento electromagnético dentro de los bobinados de salida de potencia 44. Además, puede conectarse a la salida 40 un dispositivo de almacenamiento de energía, tal como una batería o un condensador.

El alternador 30 es simplemente un ejemplo de una fuente de potencia eléctrica. Otros tipos de generadores pueden usarse como fuente de potencia eléctrica. Además, puede usarse como fuente de potencia eléctrica una célula de combustible. La célula de combustible puede estar emparejada con un regulador, regulando el regulador la cantidad de potencia eléctrica generada por la célula de combustible. Específicamente, el regulador puede controlar bien una válvula o un dispositivo de calentamiento en la célula de combustible, regulando por lo tanto la cantidad de potencia eléctrica generada por la célula de combustible.

El regulador de voltaje 10 incluye un procesador 20 y un dispositivo de memoria 22. El procesador 20 y el dispositivo de memoria 22 pueden estar integrados entre sí. Por ejemplo, el procesador 20 y el dispositivo de memoria 22 pueden estar alojados en un dispositivo único, tal como un microcontrolador. Como alternativa, el procesador 20 y el dispositivo de memoria pueden ser componentes separados, tal como un microprocesador en combinación con una memoria de sólo lectura. Además, el regulador de voltaje 10 puede ser un componente separado dentro del vehículo

o puede ser parte de un sistema controlador del vehículo, tal como una unidad de control de la maquina o un monitor del sistema eléctrico.

El regulador de voltaje también incluye la interfaz de acondicionamiento... [Seguir leyendo]

1. Un regulador de voltaje (10) que tiene una funcionalidad como regulador maestro y como regulador seguidor que comprende: un procesador (20); una interfaz de comunicaciones (24) en comunicación con el procesador (20);

una memoria (22) en comunicación con el procesador (20); y un código de programación almacenado en la memoria (22) para la determinación de si el regulador de voltaje

(10) funciona como un regulador maestro o como un regulador seguidor,

caracterizado porque dicho regulador de voltaje comprende además un generador de números aleatorios, el código de programación comprende instrucciones para arbitrar entre el regulador (10) y un segundo regulador para determinar qué regulador es el regulador maestro en base a un número aleatorio generado por dicho generador de números aleatorios.

2. El regulador de voltaje (10) de la reivindicación 1, en el que el código de programación comprende instrucciones para enviar una comunicación a través de la interfaz de comunicaciones (24) a un segundo regulador respecto a la determinación de qué regulador es el regulador maestro.

3. El regulador de voltaje (10) de la reivindicación 1, que comprende además un conmutador; y

en el que el código de programación comprende instrucciones para acceder al conmutador para determinar si el regulador de voltaje (10) funciona como un regulador maestro o como un regulador seguidor.

4. El regulador de voltaje (10) de la reivindicación 1, en el que el código de programación comprende un valor constante para la determinación de si el regulador de voltaje (10) funciona como un regulador maestro o como un regulador seguidor.

5. El regulador de voltaje de la reivindicación 1, que comprende además un código de programación que comprende instrucciones para el funcionamiento como un regulador maestro; y

un código de programación comprende instrucciones para el funcionamiento como regulador seguidor.

6. El regulador de voltaje (10) de la reivindicación 5, en el que el código de programación que comprende instrucciones para el funcionamiento como un regulador maestro comprende:

el código de programación que comprende instrucciones para la detección de una salida (40) de al menos un alternador (30);

el código de programación que comprende instrucciones para la generación de una señal de control (32) en base a la salida detectada (40);

el código de programación que comprende instrucciones para la generación de una señal de regulación para el alternador (30) asociado con el regulador maestro en base a la señal de control (32);

el código de programación que comprende instrucciones para la generación de un mensaje a enviar a un regulador seguidor en base a la señal de control (32); y

el código de programación que comprende instrucciones para el envío del mensaje a través de la interfaz de comunicaciones (24).

7. El regulador de voltaje (10) de la reivindicación 6, en el que el código de programación que comprende instrucciones para el funcionamiento como un regulador seguidor comprende:

el código de programación que comprende instrucciones para la recepción del mensaje a través de la interfaz de comunicaciones (24); y

el código de programación que comprende instrucciones para la generación de una señal de regulación para el alternador (30) asociado con el regulador (10) en base al mensaje recibido.

8. Un sistema en el que al menos fuentes de potencia eléctrica están conectadas en paralelo, teniendo asociada cada una de las fuentes de potencia eléctrica, el regulador (10) de acuerdo con la reivindicación 1, para producir cada uno de los reguladores (10) una señal de regulación para su fuente asociada de potencia eléctrica, y

que comprende además:

un código en la memoria (22) del regulador (10) para el funcionamiento como regulador maestro; y

un código en la memoria (22) del regulador (10) para el funcionamiento como regulador seguidor

9. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el código para el funcionamiento como regulador maestro comprende código para la generación de al menos una señal para enviar al regulador seguidor y enviar la señal al regulador seguidor.

10. El sistema de acuerdo con la reivindicación 9, en el que las fuentes de potencia eléctrica comprenden alternadores (30) que producen potencia desde al menos una fuente de potencia motriz; y

en el que el código para el funcionamiento como un regulador seguidor comprende un código para recibir la señal desde el regulador maestro y generar una señal de regulación en base a la señal procedente del regulador maestro para controlar el alternador (30) asociado con el regulador seguidor.

11. El sistema de acuerdo con la reivindicación 8, en el que el código de programación para la determinación comprende un código para el arbitraje entre reguladores para determinar qué regulador (10) es el regulador maestro.

12. Un método para determinar si un regulador de voltaje que comprende un procesador (20), una interfaz de comunicaciones 24) y una memoria (22) en comunicación con el procesador (20) y un código de programación almacenado en la memoria (22), es un regulador maestro en el que el regulador de voltaje tiene la funcionalidad como regulador maestro y como regulador seguidor,

método caracterizado porque el regulador comprende además un generador de números aleatorios en el que el código de programación arbitra entre el regulador y un segundo regulador para determinar qué regulador es el regulador maestro en base al número aleatorio generado por dicho generador de números aleatorios.