Sistema de células de potencia con medios para detectar una discontinuidad.

Un dispositivo para detectar una discontinuidad en conexiones eléctricas de células (2.

1, 2.2, ...) depotencia conectadas en serie de un sistema (1.1) de células de potencia, teniendo el sistema de células de potenciauna pluralidad de n células de potencia, donde el dispositivo detector comprende:

una pluralidad de n primeras resistencias (5.1, 5.2,...), estando conectada cada una de la pluralidad de n primerasresistencias como un resistor shunt a una célula de potencia asociada de modo que las n células de potencia y las nprimeras resistencias forman un circuito en escalera,

n filtros (4.1, 4.2, ...) electrónicos, teniendo la entrada de cada filtro electrónico una primera conexión a un primernodo del circuito en escalera entre dos de las primeras resistencias (5.1, 5.2, ...), comprendiendo cada filtroelectrónico una segunda resistencia (4.1.2, 4.2.2, ...) y un condensador (4.1.1, 4.2.1, ...) conectado a la segundaresistenciacaracterizado porque el dispositivo además comprende

n interruptores (8.1, 8.2, ...), estando conectado cada uno de los n interruptores a una salida de un filtro electrónico,ydonde la salida de cada filtro electrónico está conectado a una unidad de monitorización de voltaje, midiendo launidad de monitorización de voltaje el voltaje de respuesta dinámica de la salida del filtro correspondiente.

Sistema de células de potencia con medios para detectar una discontinuidad.

Campo de la invención La presente invención se refiere al campo de las células de potencia eléctricas, como los sistemas de células de combustible o sistemas de baterías, y a medios para monitorizar las células de potencia y medios para detectar una discontinuidad en los medios de monitorización, especialmente para detectar un circuito abierto en un conductor o cable de los medios de monitorización.

Antecedentes de la invención En general, los sistemas de alimentación de potencia DC como células de combustible o baterías sólo tienen una baja diferencia de tensión por célula. Esto significa que las baterías o células frecuentemente se conectan en serie para obtener un voltaje de trabajo útil. Es normal utilizar alguna forma de circuito de monitorización para tales células en cadena o escalonadas.

Una célula de combustible es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica y que funciona como sigue: un combustible en el lado del ánodo y un oxidante en el lado del cátodo reaccionan en presencia de un electrolito, generando una diferencia de carga entre el lado del ánodo y el lado del cátodo. Se puede conectar entonces un aparato por medio de cables o conductores al lado del ánodo y al lado del cátodo. Un sistema de células de combustible comprende varias, al menos dos células de combustible, donde cada célula de combustible está conectada a la célula de combustible adyacente en serie. En función del voltaje necesario, se puede conectar un aparato varias células de combustible conectadas en serie para proporcionar el voltaje adecuado. En caso de una discontinuidad en el suministro de electricidad, el voltaje aplicado al aparato desciende y por tanto se afecta a la función del aparato. Aún peor, puede suministrarse combustible a una célula de combustible incluso aunque no esté funcionando correctamente. Como el combustible no se consume, existe el peligro de que se emita al ambiente.

Una de las soluciones para este problema es un monitor de voltaje de célula (MVC) , que está disponible comercialmente. Es necesario conectar cada una de las células de combustible al MVC por separado.

El MVC detecta una desviación del voltaje de una célula de combustible a partir de un voltaje medio de un sistema de células de combustible y toma acciones, como la notificación del voltaje actual o un apagado del sistema de células de combustible. Durante el arranque y apagado el voltaje de una célula de combustible puede bajar por debajo del valor de 0 V, lo que significa que el MVC debe ser capaz de detectar entre estados transitorios de células de combustible, un fallo del MVC o de una célula de combustible. Por tanto, es necesaria una comprobación de los conductores o cables del MVC.

Soluciones convencionales de la técnica anterior se muestran, por ejemplo, en el documento JP 2006/153758, que propone un sistema de células de combustible que comprende cuatro grupos de células de combustible con dos células de combustible en cada grupo de células de combustible, que están conectados según una conexión en serie que comprende un cable conectado a cada célula de combustible. Cada uno de los cables se dirige a un filtro paso-bajo, que está conectado a tierra y que recibe electricidad a través de un medio de alimentación separado. Como cada uno de los filtros paso bajo está dotado de un medio de alimentación de voltaje separado, se requieren dos interruptores para cargar y descargas la capacitancia de los filtros paso-bajo, lo que hace que la comprobación de conectividad sea cara y compleja.

US 6255826 describe las características del preámbulo de la reivindicación 1.

US 2007/0196707 A1 propone un sistema de células de combustible que está dividido en varias porciones de células de combustible. Se realiza una comprobación de las conexiones por medio de la medida del voltaje de cada porción de célula de combustible en comparación con una tierra, y amplificando el voltaje medido por medio de dos filtros paso-banda hacia una unidad de procesamiento de señal. El voltaje a través de la porción de célula de carga se compara entonces con un voltaje principal del sistema de células de combustible, donde una desviación es una indicación de una discontinuidad del suministro de electricidad. Una desventaja de esta realización es que sólo se puede medir el voltaje de una porción de célula de combustible en comparación con tierra y no el voltaje de una célula de combustible simple, lo que dificulta la localización de la discontinuidad en uno de los cables.

US 2008/0143298 describe la detección de anormalidades, incluyendo roturas de líneas en células conectadas en serie.

Compendio de la invención Un objeto de la invención es proporcionar un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1.

En una realización se proporciona un sistema de células de potencia, por ejemplo un sistema de células de combustible, que comprende una pluralidad de células de potencia, por ejemplo células de combustible y una

pluralidad de primeras resistencias, estando la pluralidad de células de potencia y las primeras resistencias conectadas según un circuito en escalera, y filtros electrónicos que tienen cada uno una primera conexión a un primer nodo entre dos de las primeras resistencias, comprendiendo cada filtro electrónico una segunda resistencia y un dispositivo de almacenamiento de carga conectado a la segunda resistencia. Las resistencias pueden ser resistores, un circuito resistor, u otros tipos de resistores, como transistores conectados por diodos. Las resistencias pueden estar conectadas en una red de resistores shunt En otra realización, cada uno de los filtros electrónicos está conectado también a través de una segunda conexión a su filtro electrónico adyacente. La conexión de cada filtro electrónico al filtro adyacente hace que los filtros electrónicos del sistema de células de combustible trabajen sin medios de alimentación separados, ya que cada uno de los filtros electrónicos está conectado a su propia célula de potencia, por ejemplo, célula de combustible. Se deduce de ello que de acuerdo con cada filtro electrónico sólo es necesario un interruptor, lo que hace que el sistema de células de combustible sea más simple y más económico.

Las células de potencia pueden ser células de combustible, baterías o células de combustible, por ejemplo. Las células de baterías pueden ser células electrolíticas. El dispositivo de almacenamiento de carga puede ser un condensador, una red o circuito de condensadores, u otro dispositivo de almacenamiento de carga.

Preferiblemente, cada uno de los filtros electrónicos es un filtro paso-bajo. Un filtro paso-bajo tiene la ventaja de que no presenta influencia sobre una corriente directa, que es el caso para una célula de combustible, y filtra la porción de alta frecuencia de los cambios de voltaje, lo que se puede utilizar para llevar a cabo comprobaciones de conectividad.

Cada filtro electrónico está conectado a una primera resistencia o resistencia de entrada, y como cada una de las resistencias de entrada es un resistor shunt de entrada para la conexión en la célula de potencia correspondiente, por ejemplo célula de combustible, y para limitar el voltaje de salida de cada célula de potencia, por ejemplo, célula de combustible, las células de combustible nunca quedan en circuito abierto. Una corriente eléctrica permanente que fluye a través de cada célula de combustible durante el funcionamiento limita la corrosión en células de combustible PEM. Otra ventaja es que una resistencia de entrada ayuda a detectar la discontinuidad en la alimentación eléctrica.

De acuerdo con otra realización, cada resistencia de entrada está conectada a su resistencia de entrada adyacente. Una conexión en serie de resistencias de entrada para la conexión en paralelo a las células de combustible en un circuito en escalera constituye un divisor de voltaje, donde cada resistencia de entrada genera un voltaje de entrada para el filtro electrónico correspondiente, donde el voltaje generado de cada una de las resistencias de entrada son iguales.

Generalmente, una segunda resistencia o resistencia activa de cada filtro electrónico es mucho más pequeña en comparación con la correspondiente primera resistencia o resistencia de entrada. En este caso, el efecto del filtro electrónico sobre la corriente directa de la célula de combustible es insignificante y la corriente eléctrica que fluye a través de la resistencias de entrada es también despreciable. El filtro electrónico sólo afecta a la respuesta dinámica haciendo que sea posible una comprobación de conectividad.... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo para detectar una discontinuidad en conexiones eléctricas de células (2.1, 2.2, ...) de potencia conectadas en serie de un sistema (1.1) de células de potencia, teniendo el sistema de células de potencia una pluralidad de n células de potencia, donde el dispositivo detector comprende:

una pluralidad de n primeras resistencias (5.1, 5.2, ...) , estando conectada cada una de la pluralidad de n primeras resistencias como un resistor shunt a una célula de potencia asociada de modo que las n células de potencia y las n primeras resistencias forman un circuito en escalera,

n filtros (4.1, 4.2, ...) electrónicos, teniendo la entrada de cada filtro electrónico una primera conexión a un primer nodo del circuito en escalera entre dos de las primeras resistencias (5.1, 5.2, ...) , comprendiendo cada filtro electrónico una segunda resistencia (4.1.2, 4.2.2, ...) y un condensador (4.1.1, 4.2.1, ...) conectado a la segunda resistencia caracterizado porque el dispositivo además comprende n interruptores (8.1, 8.2, ...) , estando conectado cada uno de los n interruptores a una salida de un filtro electrónico, y

donde la salida de cada filtro electrónico está conectado a una unidad de monitorización de voltaje, midiendo la unidad de monitorización de voltaje el voltaje de respuesta dinámica de la salida del filtro correspondiente.

2. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, donde los filtros electrónicos se proporcionan como filtros paso-bajo.

3. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, donde cada filtro electrónico está conectado a una primera resistencia.

4. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3, donde cada una de las primeras resistencias está conectada a una primera resistencia adyacente, respectivamente.

5. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 3 o 4, donde todas las segundas resistencias tienen el mismo valor.

6. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una salida de cada filtro electrónico está conectada a una unidad de monitorización de voltaje.

7. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada una de las células de potencia es conectable mediante una conexión a una entrada de un filtro correspondiente.

8. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde cada una de las células de potencia es conectable a una célula de potencia adyacente según una conexión en serie.

9. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las impedancias de los filtros electrónicos son iguales entre sí.

10. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde se dispone una fuente de voltaje externo para la conexión entre uno de los interruptores y un polo negativo del sistema de células de combustible.

11. El dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, donde se dispone una fuente de voltaje externo para la conexión entre cada uno de los interruptores y un primer polo del sistema de células de potencia.

12. El dispositivo de acuerdo con la reivindicación 11, donde el interruptor para el acoplamiento con la célula de potencia que comprende el primer polo del sistema de células de potencia está conectado al primer polo de la fuente de voltaje externo.

13. Uso del dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores con un sistema de células de potencia, donde las células de potencia son células de combustible o células electrolíticas.

14. Un método para detectar una discontinuidad en conexiones eléctricas a células de potencia conectadas en serie en un sistema (1.1) de células de potencia, comprendiendo el sistema:

una pluralidad de células (2.1, 2.2, ...) de potencia y una pluralidad de filtros (4.1, 4.2, ...) electrónicos, cada uno de los cuales tiene una conexión a un electrodo de una célula de potencia, comprendiendo cada uno de la pluralidad de filtros electrónicos una resistencia (4.1.2, 4.2.2, ...) y un condensador (4.1.1, 4.2.1, ...) conectado a la resistencia,

caracterizado porque el método comprende: descargar los condensadores a la vez que se mantienen las conexiones a las células de potencia, recargar los condensadores de las células de potencia, y monitorizar un voltaje dinámico del condensador para determinar si hay una discontinuidad en las conexiones

eléctricas a las células de potencia.