PROCEDIMIENTO PARA EQUILIBRAR LA TENSIÓN DE MÓDULOS DE BATERÍAS DE TRACCIÓN DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO HÍBRIDO.

VEHICULO HIBRIDO QUE INCLUYE UNA BATERIA DE TRACCION DE PLOMOACIDO HECHA CON VARIOS MODULOS CONECTADOS EN SERIE.

DURANTE EL FUNCIONAMIENTO DEL VEHICULO, LA BATERIA SE DESCARGA PARA LA ACELERACION, Y LA CARGA UNA FUENTE DE ENERGIA AUXILIAR. PARA MAXIMIZAR LA CAPACIDAD DE LA BATERIA DE TRACCION PARA QUE ACEPTE LA CORRIENTE DE CARGA DE REGENERACION DEL FRENADO DINAMICO Y PARA PRODUCIR UNA CORRIENTE UTIL DE MOTOR DE TRACCION, LOS MODULOS DE LA BATERIA DE TRACCION SE ECUALIZAN DURANTE EL FUNCIONAMIENTO NORMAL DEL VEHICULO ELECTRICO HIBRIDO

La presente invención versa acerca de procedimientos para mantener el estado de carga de la batería de tracción de un vehículo eléctrico híbrido.

Se considera de forma generalizada que los vehículos eléctricos híbridos están entre los vehículos más prácticos de los de baja contaminación. Un vehículo eléctrico híbrido incluye una batería eléctrica de “tracción” que proporciona energía eléctrica para un motor eléctrico de tracción, que a su vez propulsa las ruedas del vehículo. El aspecto “híbrido” de un vehículo eléctrico híbrido estriba en el uso de una fuente secundaria o suplementaria de energía eléctrica para recargar la batería de tracción durante el funcionamiento del vehículo. Esta fuente secundaria de energía eléctrica pueden ser paneles solares, una célula de combustible, o un generador accionado por un motor de combustión interna. Cuando se utiliza un motor de combustión interna como la fuente secundaria de energía eléctrica, normalmente es un motor pequeño que utiliza poco combustible, y produce poca contaminación. Una ventaja concomitante es que se puede hacer funcionar tal motor pequeño de combustión interna en un intervalo limitado de RPM, de forma que se pueden optimizar controles de contaminación del motor.

Cuando se utilizan los términos “primaria” y “secundaria” para describir las fuentes de energía eléctrica, simplemente se relacionan la forma en la que distribuye la energía durante el funcionamiento, y no son de importancia fundamental para la invención.

A menudo, la batería de tracción de un vehículo está compuesta de una pluralidad de módulos conectados en serie, cada uno de los cuales está compuesto, a su vez, de una o más células interconectadas de batería. Una batería de tracción que se contempla para su uso con la invención tiene una tensión nominal de 550 voltios, y está compuesta de cuarenta y seis módulos de 12 voltios conectados en serie. Por supuesto, cada módulo puede estar compuesto de una o más baterías del tipo habitual en automóviles. Un vehículo eléctrico híbrido, a diferencia de un vehículo alimentado exclusivamente de forma eléctrica, es recargado al menos parcialmente durante el funcionamiento; es decir, que la batería de tracción no llega normalmente a una estación de abastecimiento en un estado sustancialmente descargado, y, por consiguiente, no estará en una necesidad imperiosa de ser recargada. Como resultado, se utiliza un vehículo eléctrico híbrido de la misma forma que un vehículo normal propulsado por combustión interna; puede ser aparcado después de su uso diario, y arrancado por la mañana sin se recargado.

Las baterías recargables disponibles más habitualmente son las baterías normales de tipo de automoción de plomo-ácido, que utilizan placas de plomo poroso o de una composición de plomo, y utilizan un electrolito de ácido sulfúrico diluido. Es deseable, por razones de coste y de disponibilidad, utilizar tales baterías para vehículos eléctricos híbridos. Una desventaja de las baterías de plomo-ácido es su peso, y otra es la reducción de la capacidad de carga eléctrica de la batería con su uso. La reducción de la capacidad de carga se manifiesta como un aumento de la impedancia, que a su vez reduce la corriente que puede ser extraída de la batería a cualquier tensión dada. La capacidad reducida de carga surge, al menos en parte, de la “sulfatación” o la formación de un revestimiento de sulfato sobre las placas de la batería. Esta sulfatación tiende a producirse cuando se permite que la batería permanezca durante periodos prolongados de tiempo en una condición parcialmente cargada. Por lo tanto, cuando se aparca habitualmente durante la noche un vehículo eléctrico híbrido, tiende a producirse la sulfatación, con el resultado de una pérdida de la capacidad de carga de la batería de tracción.

El documento EP 0 432 640 A2 da a conocer un dispositivo de monitorización para una pluralidad de acumuladores conectados en serie que está adaptado para impedir una degradación de los acumuladores al cargar y descargar automáticamente los acumuladores seleccionados. El documento EP 0 662 744 A2 da a conocer un aparato y un procedimiento para equilibrar tensiones de los módulos individuales en una batería de múltiples módulos durante la recarga. El documento DE 38 00 273 A1 da a conocer un sistema de medición para medir la tensión en células de batería. El documento US 5.206.578 da a conocer un procedimiento para tender a equilibrar las tensiones de los módulos de una batería de tracción de un vehículo eléctrico híbrido según los preámbulos de las reivindicaciones independientes 1 y 6.

Se desean procedimientos mejorados para el mantenimiento de las baterías de un vehículo eléctrico híbrido. Se definen tales procedimientos mejorados en las reivindicaciones independientes 1 y 6. Las características ventajosas están definidas en las reivindicaciones secundarias.

El procedimiento de la invención tiende a equilibrar las tensiones de los módulos de una batería de tracción de un vehículo eléctrico híbrido, en el que la batería de tracción está compuesta de una pluralidad de módulos conectados en serie. El procedimiento se lleva a cabo por medio de un procesador programado, e incluye la etapa, mientras el vehículo se encuentra en funcionamiento, de detectar las tensiones de cada uno de los módulos bajo condiciones que se aproximan a una condición seleccionada de carga, tal como una corriente intensa de carga y/o una corriente de carga de gran amperaje, para producir, de ese modo, tensiones detectadas de los módulos. Se almacenan las tensiones detectadas de módulos, al menos temporalmente, para producir, de ese modo, tensiones detectadas almacenadas de los módulos. Al menos algunas de las tensiones son almacenadas en al menos una clasificación ordenada. En un procedimiento preferente, hay dos clasificaciones ordenadas. Se selecciona al menos uno de los módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del máximo de la clasificación de la clasificación ordenada, para identificar de ese modo un módulo alto. Preferentemente, el módulo seleccionado tiene la tensión detectada más alta. Se selecciona otro de los módulos, que tiene una tensión detectada almacenada cerca del mínimo de la clasificación de entre la al menos una clasificación ordenada, para identificar, de ese modo, un módulo bajo. El módulo alto está descargado parcialmente, y la energía que es hecha disponible por medio de la descarga parcial se utiliza para cargar el módulo bajo. En una realización particular del procedimiento, la etapa de descargar el módulo alto se lleva a cabo hasta que la tensión de uno de entre el módulo alto y el módulo bajo alcanza una tensión seleccionada. En otra realización del procedimiento, la tensión seleccionada es una media que incluye las tensiones de al menos algunos de estos módulos de la batería de tracción que no son el módulo alto ni el módulo bajo. Más en particular, en una realización del procedimiento, la media es una media que incluye las tensiones de todos los módulos de la batería de tracción, incluyendo los módulos alto y bajo. La etapa de descargar parcialmente el módulo alto, y de acoplar la energía hecha disponible por medio de la descarga para cargar el módulo bajo, se lleva a cabo preferentemente por medio de la descarga, al menos parcialmente, del módulo alto en una batería auxiliar, y descargar, al menos parcialmente, la batería auxiliar en el módulo bajo.

La etapa del procedimiento que supone ordenar tensiones de los módulos en una clasificación ordenada incluye ordenar al menos algunas de las tensiones obtenidas cuando la batería de tracción se encuentra en un estado de carga significativa en una primera clasificación ordenada, y ordenar al menos otras de las tensiones obtenidas cuando la batería de tracción se encuentra en un estado de descarga significativa en una segunda clasificación. Se selecciona de entre la primera clasificación ordenada aquel de los módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del máximo de la primera clasificación ordenada. Se selecciona de entre la segunda clasificación ordenada aquel de los módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del mínimo de la segunda clasificación ordenada para identificar, de ese modo, un módulo bajo.

La FIGURA 1 es un diagrama de bloques muy simplificado de porciones de alimentación y de control de un vehículo eléctrico híbrido; y

las FIGURAS 2a, 2b, 2c, 2d y 2e constituyen, en conjunto, un diagrama de flujo simplificado...

1. Un procedimiento para tender a equilibrar las tensiones de los módulos de una batería de tracción de un vehículo eléctrico híbrido, batería de tracción que está compuesta de una pluralidad de módulos conectados en serie, siendo llevado a cabo dicho procedimiento por un procesador programado, y que comprende la etapa de:

mientras dicho vehículo se encuentra en funcionamiento, detectar las tensiones de cada uno de dichos módulos bajo condiciones que se aproximan a la condición seleccionada de carga, para producir de ese modo tensiones detectadas de los módulos;

caracterizado por las etapas adicionales de

almacenar, al menos temporalmente, una representación de dichas tensiones detectadas de los módulos para producir, de ese modo, tensiones detectadas almacenadas de los módulos;

ordenar al menos algunas de dichas tensiones en al menos una clasificación ordenada;

seleccionar de entre dicha al menos una clasificación ordenada uno de dichos módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del máximo de dicha clasificación, para identificar de ese modo un módulo alto;

seleccionar de entre dicha al menos una clasificación ordenada otro de dichos módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del mínimo de dicha clasificación, para identificar de ese modo un módulo bajo; y

descargar parcialmente dicho módulo alto, y acoplar la energía hecha disponible por dicha descarga parcial para cargar dicho módulo bajo.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha etapa de descargar dicho módulo alto se lleva a cabo hasta que la tensión de uno de entre dicho módulo alto y dicho módulo bajo alcanza una tensión seleccionada.

3. Un procedimiento según la reivindicación 2, en el que dicha tensión seleccionada es una media que incluye las tensiones de al menos algunos de aquellos módulos de dicha batería de tracción que no son dicho módulo alto ni dicho módulo bajo.

4. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que dicha etapa de descargar parcialmente dicho módulo alto, y de acoplar la energía hecha disponible por dicha descarga para cargar dicho módulo bajo, incluye la etapa de descargar al menos parcialmente dicho módulo alto en una batería auxiliar, y descargar al menos parcialmente dicha batería auxiliar en dicho módulo bajo.

5. Un procedimiento según la reivindicación 1, en el que:

dicha etapa de ordenar al menos algunas de

dichas tensiones en al menos una clasificación ordenada incluye ordenar en una primera clasificación ordenada dichas al menos algunas de dichas tensiones obtenidas cuando dicha batería de tracción se encuentra en un estado de carga significativa, y ordenar en una segunda clasificación al menos otras de dichas tensiones obtenidas cuando dicha batería de tracción se encuentra en un estado de descarga significativa; y

seleccionar de entre dicha primera clasificación ordenada dicho uno de dichos módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del máximo de dicha primera clasificación ordenada, para identificar de ese modo dicho módulo alto;

seleccionar de entre dicha segunda clasificación ordenada dicho otro de dichos módulos que tiene una tensión detectada almacenada cerca del máximo de dicha segunda clasificación ordenada, para identificar de ese modo dicho módulo bajo.

6. Un procedimiento para tender a equilibrar las tensiones de módulos conectados en serie de una batería de tracción de un vehículo propulsado, al menos en parte, por un motor eléctrico, estando caracterizado dicho procedimiento por las etapas de:

determinar, de entre dichos módulos de dicha batería de tracción, cuál de dichos módulos tiene la menor tensión bajo una condición de cierta carga;

determinar, de entre dichos módulos de dicha batería de tracción, cuál de dichos módulos tiene la mayor tensión bajo dicha condición de carga;

descargar parcialmente dicho módulo que tiene la mayor tensión, y utilizar al menos parte de la energía derivada de dicha descarga parcial de dicho módulo que tiene la mayor tensión para cargar una batería auxiliar portada por dicho vehículo, que no es parte de dicha batería de tracción;

descargar parcialmente dicha batería auxiliar; y utilizar al menos parte de la energía derivada de dicha etapa de descargar parcialmente dicha batería auxiliar para cargar dicho módulo que tiene dicha tensión más reducida.

7. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicha etapa de descargar parcialmente dicha batería auxiliar precede dicha etapa de descargar parcialmente dicho módulo que tiene la tensión más elevada.

8. Un procedimiento según la reivindicación 6, en el que dicha etapa de descargar parcialmente dicho módulo que tiene la mayor tensión es simultánea con dicha etapa de utilizar al menos parte de la energía derivada de dicha descarga parcial de dicha batería auxiliar para cargar dicho módulo que tiene dicha tensión más reducida.