CARGADOR Y PROCEDIMIENTO PARA LA MEDICIÓN DE LA CORRIENTE DE CARGA PARA VEHÍCULOS ELÉCTRICOS.

Cargador y procedimiento para la medición de la corriente de carga para vehículos eléctricos.

Cargador para vehículos eléctricos que comprende: dos cables; un transductor de corriente dispuesto en un primer cable; y un transductor de corriente diferencial entre cables; en el que al menos uno de dichos transductores es un transductor de corriente continua y alterna que comprende un oscilador, un detector de simetría y un devanado dispuesto sobre un primer núcleo magnético estando dispuesto dicho primer núcleo magnético alrededor del primer cable y generando el oscilador una señal eléctrica a través del devanado a la frecuencia de saturación del primer núcleo magnético y comprendiendo el detector de simetría un generador de señales que genera una señal en función de los cambios de simetría en la saturación del citado primer núcleo magnético.

Cargador y procedimiento para la medición de la corriente de carga para vehículos eléctricos

La presente invención hace referencia a un cargador para vehículos eléctricos o híbridos enchufables. Más en particular, la presente invención se refiere a un cargador con capacidad de medición de corrientes alternas, continuas y diferenciales durante la carga de un vehículo enchufable.

Los cargadores para vehículos convencionales requieren de una medición de la corriente de carga de baterías del vehículo a fin de determinar variables como por ejemplo, el porcentaje de carga, posibles defectos en las baterías o simplemente conocer el valor de la intensidad de corriente de carga para cumplir la normativa correspondiente en este tipo de aplicaciones. Convencionalmente, la medición de intensidad de la corriente alterna se realiza con los tradicionales transformadores de intensidad, basados exclusivamente en principios electromagnéticos conocidos que obedecen a la ley de Faraday.

La estructura física de los transformadores tradicionales consiste en un núcleo toroidal con un devanado primario, en general de una espira formada por el propio conductor por el que pasa la corriente primaria a medir, y un devanado secundario arrollado sobre el núcleo toroidal.

La relación de transformación depende exclusivamente del número de espiras arrolladas al núcleo, que constituye el circuito secundario de medida.

El tipo de material magnético utilizado depende de la frecuencia de trabajo y de la aplicación específica del transformador, pudiendo ser chapa magnética para bajas frecuencias, ferrita para altas frecuencias, o bien otros materiales de bajas pérdidas y ciclos de histéresis especiales, como materiales amorfos

o nanocristalinos.

La forma habitual de trabajo de estos transformadores es con el secundario en cortocircuito, o cargado sobre una resistencia de bajo valor que fije la tensión de medida sobre ella a un valor bajo, con objeto de evitar la saturación del circuito magnético.

Todos estos transformadores, debido al principio en el que se basan para hacer la medida de corriente, tienen en común la limitación consistente en la imposibilidad de hacer medidas de corriente continua.

Convencionalmente, la medida de corriente continua se realiza midiendo la caída de tensión en una resistencia calibrada, en serie con el circuito por el que pasa la corriente primaria, denominada resistencia de derivación (o resistencia “shunt”) . Este sistema de medida tiene el grave inconveniente de que impide el aislamiento galvánico entre el circuito principal y el circuito de medida lo cual, en algunas ocasiones, es completamente inadmisible.

Por lo tanto se plantea la necesidad de disponer dispositivos y métodos alternativos para la medición de la corriente en este tipo de aplicaciones que cuenten con una precisión adecuada, desde baja frecuencia, incluida la corriente continua, hasta frecuencias elevadas, del orden de cientos de kilohertz, manteniendo el aislamiento galvánico entre el circuito principal y el de medida, según las normas aplicables en cada caso.

En los cargadores convencionales, este tipo de mediciones se fundamentan en la detección del valor del campo magnético, variable o no, que ha sido originado por la corriente primaria a medir, y que es proporcional a su valor.

Una forma conocida de realizar este tipo de transductores consiste en la utilización de un núcleo magnético toroidal, con características magnéticas similares a las de los transformadores de corriente convencionales, pero abierto, es decir, el circuito magnético está cortado, existiendo un entrehierro de aire a través del cual pasa el campo magnético.

La parte del circuito magnético constituido por el núcleo magnético sirve exclusivamente para encaminar el campo magnético y es en el entrehierro de aire donde se realiza la medida.

En la zona del entrehierro se sitúa un elemento sensible a la presencia del campo magnético, de forma que la presencia de un campo magnético producirá una variación en alguna de sus características.

Entre las posibilidades de uso de elementos sensibles al campo magnético tenemos principalmente los sensores de efecto Hall y los magnetorresistivos.

El sensor Hall mide la tensión que aparece en un material semiconductor si existe un campo magnético perpendicular al plano del material y circula una corriente a lo largo de este material.

El sensor magnetorresistivo está basado en la variación de la resistencia eléctrica de ciertos materiales ante la presencia de un campo magnético.

En este tipo de transductores, la presencia de una corriente eléctrica a su través magnetiza el material en una dirección paralela al paso de la corriente eléctrica, de modo que la presencia de un campo magnético externo perpendicular altera la dirección de magnetización del material haciéndola rotar y modificando la resistencia eléctrica del material.

La presente invención hace referencia a un sistema basado en una medición mediante un sensor Flux-Gate, este sensor se basa en la detección del estado de saturación de un circuito magnético, constituido por material de alta permeabilidad, que está inmerso en el campo magnético generado por la corriente a medir.

El material magnético es excitado por una señal que, en ausencia de campo magnético exterior, lleva al material a la saturación de forma simétrica, perdiéndose esta simetría con la presencia del campo magnético exterior.

La creación de un campo magnético compensador, mediante un devanado auxiliar que restaure la simetría del ciclo de histéresis y por lo tanto que anule el campo magnético creado por la corriente primaria a medir, es una medida proporcional a esta corriente primaria.

El sensor Flux-Gate, dado que está constituido por material magnético e hilo conductor, es menos sensible a la temperatura que los sensores basados en materiales semiconductores, pudiendo trabajar a temperaturas mucho más elevadas y siendo al mismo tiempo mucho más robustos.

En este tipo de transductores, la medida de la magnitud sensible al campo magnético se puede hacer de dos modos:

- Medición directa o en lazo abierto, caracterizado porque la señal obtenida del transductor se amplifica y sirve como señal de medida proporcional a la corriente primaria a medir.

- Medida con compensación o en lazo cerrado, caracterizado por el uso de un devanado auxiliar que crea un campo magnético que se opone al principal, de modo que el sensor debe detectar el campo resultante nulo. El valor de la corriente necesaria para crear el campo compensador en el devanado auxiliar, es proporcional a la corriente primaria a medir.

El error en la medida de estos transductores es del orden del 3% en los sistemas que funcionan en lazo abierto (no compensados) y del 0, 5% en los sistemas compensados.

La precisión alcanzada en la medida de corriente por un sistema Flux-Gate compensado es mucho mejor que en los sistemas basados en sensores de efecto Hall o magnetorresistivos, alcanzándose errores en la medida dos órdenes de magnitud inferiores a los basados en sensor semiconductor (<0, 006%) .

En el documento EP-0356171A se describe un sistema de medida de corriente por un conductor. El sistema está compuesto por un transformador compuesto de dos núcleos a los que se realizan dos arrollamientos respectivamente, a su vez estos dos núcleos están rodeados por un bobinado común, estando configurados estos bobinados de alimentación para transportar una corriente alterna y dispuestos para magnetizar los anillos con la misma fuerza magnetizante (H) pero en direcciones opuestas, y una bobina de detección conectado a un indicador de corriente, estando dispuesto el bobinado de detección para responder a la suma de los campos magnéticos en los dos anillos, en el que la magnitud de la corriente alterna suministrada a los bobinados de alimentación es suficientemente grande como para asegurar que la densidad del flujo magnético (B) en cada uno de los anillos varia de una forma no lineal con el valor instantáneo de la corriente alterna.

En el documento CH-419338 se describe un instrumento sin contactos físicos para medir corrientes eléctricas, e instrumentos similares se encuentran descritos en el documento...

1. Cargador para vehículos eléctricos que comprende un medidor de corriente que, a su

vez, comprende:

- dos cables;

- un transductor de corriente dispuesto en un primer cable; y

- un transductor de corriente diferencial entre cables;

caracterizado porque al menos uno de dichos transductores es un transductor de corriente continua y alterna que comprende un oscilador, un detector de simetría y un devanado dispuesto sobre un primer núcleo magnético estando dispuesto dicho primer núcleo magnético alrededor del primer cable y generando el oscilador una señal eléctrica a través del devanado a la frecuencia de saturación del primer núcleo magnético y comprendiendo el detector de simetría un generador de señales que genera una señal en función de los cambios de simetría en la saturación del citado primer núcleo magnético.

2. Cargador, según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además, un transductor de corriente dispuesto en el cable correspondiente al neutro.

3. Cargador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende además, un transductor de corriente dispuesto en un cable por el que pasa la corriente de tierra.

4. Cargador, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el oscilador es un oscilador de tensiones cuadradas.

5. Cargador, según la reivindicación 4, caracterizado porque el oscilador de tensiones cuadradas es un circuito comparador con histéresis o trigger de Schmitt.

6. Cargador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos un transductor comprende un segundo núcleo magnético idéntico al primer núcleo magnético dispuesto alrededor del conductor en el que sobre el segundo núcleo magnético se dispone un devanado de medición de la corriente alterna que pasa por el conductor funcionando como convertidor del campo magnético producido por el conductor en una corriente eléctrica.

7. Cargador, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque al menos un transductor comprende un segundo núcleo magnético idéntico al primer núcleo magnético dispuesto alrededor del conductor disponiéndose un devanado de compensación común para los dos núcleos y estando dicho devanado de compensación sometido a una tensión dependiente al flujo magnético producido por el conductor.

8. Cargador, según la reivindicación 7, caracterizado porque la tensión a la que se somete el devanado de compensación corresponde a la señal para que el detector de simetría detecte un campo magnético nulo.

9. Cargador, según cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque la tensión a la que se somete el devanado de compensación proviene de un controlador.

10. Cargador, según la reivindicación 9, caracterizado porque el controlador es un controlador proporcional-integral.

11. Procedimiento para la medición de corriente en un cargador para vehículos eléctricos en el que el cargador comprende al menos un transductor de la corriente de un cable y un transductor de la corriente diferencial entre dos cables comprendiendo los citados transductores:

- un núcleo magnético de saturación, con un devanado arrollado sobre él;

- un núcleo magnético de medición de corriente alterna, con un devanado arrollado sobre él;

- un oscilador; y

- un detector de simetría

estando dispuestos dichos núcleos alrededor de el/los cables donde se realizará la medición, caracterizado porque comprende las etapas de:

i) saturación del núcleo magnético de saturación;

j) medición de la simetría de cada señal de saturación; y

k) medición del valor de un parámetro de corriente alterna;

en el que, en la etapa a) , el oscilador emite, a través del devanado dispuesto sobre el núcleo de saturación, una señal de saturación; en la etapa b) , se mide la simetría de la señal de saturación por medios de un medidor de simetría, emitiendo dicho medidor una señal en función de las asimetrías medidas; y, en la etapa c) , se mide el valor de un parámetro en el devanado dispuesto en el núcleo magnético de medición de corriente alterna.

12. Procedimiento, según la reivindicación 11, caracterizado porque la señal de saturación es de la misma frecuencia para los citados núcleos.

13. Procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 11 ó 12, caracterizado porque el parámetro medido en la etapa c) es la corriente inducida a través del citado devanado.

14. Procedimiento para la medición de corriente en un cargador para vehículos eléctricos en el que el cargador comprende al menos un transductor de la corriente de un cable y un transductor de la corriente diferencial entre dos cables comprendiendo los citados transductores:

- un primer núcleo magnético, con un devanado de compensación y un devanado de saturación arrollados sobre él;

- un segundo núcleo magnético, con un devanado de compensación y un devanado de alta frecuencia arrollados sobre él;

- un oscilador; y

- un detector de simetría

estando dispuestos dichos núcleos alrededor de el/los cables donde se realizará la medición, caracterizado porque comprende las etapas de:

l) saturación del primer núcleo magnético;

m) medición de campo magnético;

n) compensación del campo magnético;

o) medición de la corriente de compensación; y

p) medición del valor de un parámetro de corriente alterna;

en el que, en la etapa d) , el oscilador emite, a través del devanado de saturación dispuesto sobre el primer núcleo, una señal de saturación; en la etapa e) , se mide el campo magnético producido por el/los cables sobre los que se efectúa la medición; en la etapa f) , se dispone una corriente a través de los devanados de compensación de los núcleos generando un campo magnético opuesto al campo magnético producido por el/los cables de modo que el campo magnético resultante sea un campo magnético nulo; en la etapa g) se mide la corriente necesaria para ocasionar el campo magnético nulo; y en la etapa h) se mide el valor de un parámetro de la corriente en el devanado de alta frecuencia del segundo núcleo

15. Procedimiento, según la reivindicación 13, caracterizado porque el valor del parámetro que se mide en la etapa h) es la corriente inducida en el devanado.

16. Procedimiento, según la reivindicación 13, caracterizado porque en la etapa f) se dispone una corriente igual a través de ambos devanados de compensación.

17. Procedimiento, según la reivindicación 16, caracterizado porque los devanados de compensación están conectados eléctricamente.