Sistema de monitorización para un acumulador.

Dispositivo de monitorización para un acumulador, que comprende:

un dispositivo sensor (20, 22) que se puede conectar eléctricamente en un acumulador de vehículo a motor (12), yque se encuentra dispuesto en dicho acumulador, que está diseñado para detectar una variable operacional delacumulador (12); un circuito de detección (42) que se encuentra conectado con el dispositivo sensor (20, 22) através de una conexión por cable; y un circuito de procesamiento de datos (44) que se encuentra conectado con elcircuito de detección (42) a través de un circuito de aislamiento de potenciales (80), en donde el circuito deaislamiento de potenciales (80) aisla un nivel de potencial (ME) del circuito de detección (42), de un nivel de potencial(MD) del circuito de procesamiento de datos (44) para los componentes de tensión continua, y los une entre sí paralos componentes de tensión alterna, en donde el circuito de procesamiento de datos (44) y el circuito de detección(42) se encuentran dispuestos como un grupo constructivo común (40) que se encuentra conectado con eldispositivo sensor (20, 22) a través de una conexión por cable (K), o el circuito de procesamiento de datos (44) y elcircuito de detección (42) son encerrados por una carcasa en común (40) con elementos de conexión eléctricos (52 -58), que en el interior de la carcasa (40) se encuentra conectado con el circuito de detección (42), y a través de laconexión por cable (K) dispuesta en el exterior de la carcasa (40) se conecta con el dispositivo sensor (20, 22).

Sistema de monitorización para un acumulador Estado del arte La presente invención hace referencia a dispositivos para la detección de la corriente eléctrica, la temperatura o la tensión de un acumulador.

En el caso que el estado de un acumulador, por ejemplo, de un acumulador de plomo de un vehículo a motor, se deba determinar desde el exterior sin una intervención en el propio acumulador, se detectan las variables que resultan accesibles desde el exterior, como la corriente, tensión y temperatura. Dichas tres variables se utilizan como variables de entrada para un método que determina el estado del acumulador, a partir de dichas variables, utilizando dispositivos de procesamiento de datos. Los sistemas hasta el momento para la medición de la corriente utilizan ya sea resistencias en derivación o principios de medición de corriente inductivos, en donde la electrónica de evaluación, así como el sensor de corriente se encuentran integrados en un mecanismo. Generalmente, la disposición de conjunto se integra, por ejemplo, en un acumulador de plomo de un vehículo a motor con un sensor de corriente, una unidad de detección de tensión, una unidad de detección de temperatura, una unidad de procesamiento y una de preparación de señales, así como la carcasa en una ranura de polo del acumulador, en donde un borne que sobresale desde la disposición de conjunto se conecta eléctricamente con el polo. En particular, en la detección de los estados de funcionamiento que se detectan directamente en el acumulador, resulta necesario proporcionar el sensor en el propio acumulador, en donde además, resulta usual también el montaje del sistema de procesamiento de señales correspondiente, para evitar señales corrompidas debidas a líneas largas.

Cuando se debe medir, por ejemplo, la corriente mediante una resistencia en derivación, se debe proporcionar la derivación directamente en el acumulador para evitar pérdidas por conducción, y también es usual proporcionar un procesamiento previo de señales directamente en la derivación, con el fin de mantener lo más bajas posible las señales corrompidas originadas por caídas de tensión y tensiones inducidas en las líneas de medición. Para mantener reducido el tamaño constructivo y el calor emitido, se diseñan generalmente resistencias en derivación con valores de resistencia muy bajos, es decir, < 1 Ohm o en la zona del vehículo a motor, por ejemplo, 100IOhm, de manera que en el caso de corrientes bajas de acuerdo con U = R x I, también decrecen tensiones muy bajas de algunos nV o IV en la resistencia en derivación, que representan el nivel de intensidad de la corriente. Esta clase de valores bajos de tensión se presentan también en el caso de las detecciones de temperatura, dado que los sensores de temperatura, de acuerdo con el tipo de sensor, suministran señales que también se pueden corromper fácilmente por la utilización de cables con longitudes largas y debido al propio nivel bajo de tensión. En particular, en este caso se debe considerar que cuando se utiliza en un compartimiento de motor de un vehículo a motor, sobre el cable de señal actúan una pluralidad de fuentes de interferencia.

Por lo tanto, los sistemas de monitorización para acumuladores de acuerdo con el estado del arte, prevén no sólo los propios sensores, sino que también prevén el montaje de un circuito de procesamiento o bien, de un circuito de detección directamente en el acumulador. La influencia de las fuentes de interferencia se reduce mediante el procesamiento directamente en el sensor.

La desventaja de dichos sistemas consiste en una mecánica relativamente costosa que es capaz de conectar componentes electrónicos y conductores / sensores que conducen corriente, de manera tal que se garantizan una protección anticorrosiva y determinadas clases de protección, por ejemplo, IP5X5 o mayor, particularmente en las aplicaciones en la zona del vehículo a motor. Además, en el caso del sistema de acuerdo con el estado del arte resulta necesario que los componentes de la electrónica y para el procesamiento de señales, se proporcionen en la unidad de sensor, es decir, en el propio acumulador, en donde, sin embargo, en general existen previamente una unidad de control superordinada o bien, un circuito de procesamiento de datos, y se pueden utilizar conjuntamente. Por consiguiente, los componentes provistos para el procesamiento de señales se proporcionan en el acumulador, así como en un circuito de procesamiento de datos superordinado, debido a la arquitectura del sistema utilizado en el estado del arte. De esta manera, mediante el diseño doble de los componentes se generan costes innecesarios.

De la declaración de patente DE 102004003198 A1 se conoce el montaje de un elemento sensor y de un elemento de medición de temperatura en una carcasa de un módulo sensor que se proporciona en el acumulador. El módulo sensor no presenta electrónica activa, en donde la evaluación completa se prevé en una unidad de cálculo que comprende todos los componentes de evaluación adicionales, es decir, además de una unidad de cálculo también comprende una unidad de procesamiento de señales. Para la detección de corriente se utiliza generalmente una resistencia en derivación con una resistencia baja, por ejemplo, de 100 I0 para medir las corrientes entre algunos miliamperios y kiloamperios. Cuando se utiliza una resistencia en derivación como un elemento de sensor de corriente, se pueden utilizar particularmente elementos constructivos simples. Sin embargo, en el documento del estado del arte mencionado anteriormente, las líneas de señales transmiten señales entre el módulo sensor y la unidad de cálculo combinada que se dispone aparte del módulo sensor, que resultan susceptibles a las interferencias. Dichas líneas transmiten señales con un nivel bajo a lo largo de una distancia de hasta 10 m en el

compartimiento del motor, en donde también las líneas de alimentación para la unidad de cálculo combinada también se deben conectar en puente en una pluralidad de metros, por lo cual se genera en conjunto una variación de masas, por una parte, entre el polo negativo de la batería y, por otra parte, la tensión de alimentación de la unidad de cálculo, que corrompe las señales de medición. En particular, en la detección de corrientes bajas con una derivación, las resistencias bajas corrompen considerablemente de esta manera las intensidades de la corriente medida. Lo mismo sucede en el caso de las señales de medición de temperatura, que presentan un nivel de tensión bajo. El sistema representado en la patente DE 102004003198 A1 utiliza explícitamente una fuente de tensión de referencia común para una alimentación de tensión común de todos los componentes de la unidad de cálculo. En dichos documentos no se discute el error que se produce, de esta manera, mediante la variación de tensión debida a la conducción de la línea de alimentación o mediante señales de interferencia inducidas, que se genera mediante los diferentes potenciales de tensión y la conexión de transmisión de ambas masas para la alimentación.

La patente US 5, 773, 962 hace referencia a un dispositivo de monitorización para baterías de alto voltaje, particularmente un banco de baterías con un sistema de gestión de energía de baterías. Los dispositivos sensores detectan datos en células individuales o baterías, que se suministran a un respectivo módulo de monitorización de baterías, y que se suministran a través de un bus de comunicaciones galvánicamente aislado, además, a un módulo de procesamiento de datos.

De la patente WO 99/27628 A1 se conoce un dispositivo de monitorización para un acumulador. Un módulo de medición se conecta con cada una de las baterías o con un grupo reducido de baterías o células de baterías, que además de otros parámetros mide la tensión de la célula y la temperatura de la célula. Dichos datos se codifican digitalmente y se transmiten a través de un bus a una unidad de procesamiento central que almacena y analiza dichos datos, y a partir de dicha información deduce el estado de cada batería o bien, de cada célula de batería, y eventualmente genera una señal de alarma.

Revelación de la presente invención La presente invención permite con componentes simples y sin la necesidad de un espacio adicional, la supresión de un error de medición en un dispositivo de monitorización para un acumulador. En la presente invención sólo se requiere de modificaciones insignificantes en los sistemas conocidos, de esta manera se logra una implementación simple en los sistemas ya existentes. Con la presente invención, en el acumulador se pueden... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de monitorización para un acumulador, que comprende:

un dispositivo sensor (20, 22) que se puede conectar eléctricamente en un acumulador de vehículo a motor (12) , y que se encuentra dispuesto en dicho acumulador, que está diseñado para detectar una variable operacional del acumulador (12) ; un circuito de detección (42) que se encuentra conectado con el dispositivo sensor (20, 22) a través de una conexión por cable; y un circuito de procesamiento de datos (44) que se encuentra conectado con el circuito de detección (42) a través de un circuito de aislamiento de potenciales (80) , en donde el circuito de aislamiento de potenciales (80) aisla un nivel de potencial (ME) del circuito de detección (42) , de un nivel de potencial (MD) del circuito de procesamiento de datos (44) para los componentes de tensión continua, y los une entre sí para los componentes de tensión alterna, en donde el circuito de procesamiento de datos (44) y el circuito de detección (42) se encuentran dispuestos como un grupo constructivo común (40) que se encuentra conectado con el dispositivo sensor (20, 22) a través de una conexión por cable (K) , o el circuito de procesamiento de datos (44) y el circuito de detección (42) son encerrados por una carcasa en común (40) con elementos de conexión eléctricos (52 58) , que en el interior de la carcasa (40) se encuentra conectado con el circuito de detección (42) , y a través de la conexión por cable (K) dispuesta en el exterior de la carcasa (40) se conecta con el dispositivo sensor (20, 22) .

2. Dispositivo de monitorización para un acumulador de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el circuito de aislamiento de potenciales (80) comprende un capacitor conectado en serie entre los niveles de potencial, o un filtro de paso alto, y además el circuito de aislamiento de potenciales conecta en serie un nivel de potencial de la tensión de alimentación del circuito de detección (42) con un nivel de potencial de la tensión de alimentación del circuito de procesamiento de datos (44) , o el circuito de aislamiento de potenciales (80) conecta un nivel de potencial de masa del circuito de detección (42) con un nivel de potencial de masa del circuito de procesamiento de datos (44) .

3. Dispositivo de monitorización para un acumulador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde la variable operacional es una corriente eléctrica suministrada por el acumulador del vehículo a motor (12) o que fluye hacia dicho acumulador, una temperatura del acumulador, un potencial del acumulador (12) o una tensión que existe en el acumulador (12) , y el dispositivo de sensor (20, 22) comprende, al menos, uno de los siguientes sensores: un sensor de corriente (20) diseñado para la detección de la corriente eléctrica, un sensor de temperatura

(22) diseñado para detectar la temperatura, y un sensor de tensión (30) diseñado para la detección del potencial o de la tensión del acumulador; y en donde el sensor de corriente es una resistencia en derivación que conecta un polo negativo del acumulador con una conexión a masa de un sistema de alimentación de a bordo (16) , o conecta un polo positivo del acumulador (14) con una conexión de potencial de alimentación de un sistema de alimentación de a bordo, o el sensor de corriente es un sensor magnético o un sensor de efecto Hall que detecta la intensidad de un campo magnético que es generado por la corriente eléctrica; el sensor de temperatura es un sensor semiconductor de temperatura, una resistencia NTC o una resistencia PTC, que se encuentra en contacto con el acumulador (12) de manera que transmita calor, con el fin de detectar su temperatura de funcionamiento; y el sensor de tensión comprende una toma (30) que se encuentra conectada de manera eléctrica directamente con el polo positivo del acumulador (14) a través de un divisor de tensión o a través de un resistor en serie.

4. Dispositivo de monitorización para un acumulador de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en donde el dispositivo sensor se encuentra dispuesto directamente en el acumulador (12) , y el circuito de detección (42) se encuentra conectado con el dispositivo sensor a través de conexiones de enchufe (30 - 38.

50. 58) y un cable (K) de una longitud de, al menos, 0, 5 m, al menos, 1 m, al menos, 2 m, al menos, 5 m o, al menos, 10 m.

5. Método para el acoplamiento eléctrico libre de interferencias de un dispositivo sensor (20, 22) que detecta las variables operacionales de un acumulador de vehículo a motor (12) , y que se encuentra dispuesto en el acumulador (12) , con un circuito de detección (42) y un circuito de procesamiento de datos, que comprende:

la conexión del dispositivo sensor (20, 22) con el circuito de detección (42) dispuesto apartado de dicho dispositivo, a través de una conexión por cable (K) ; y la conexión del circuito de procesamiento de datos (44) con el circuito de detección (42) mediante la conexión de un nivel de potencial (ME) del circuito de detección (42) con un nivel de potencial (MD) del circuito de procesamiento de datos (44) para los componentes de tensión alterna; y el aislamiento del nivel de potencial (ME) del circuito de detección (42) del nivel de potencial (MD) del circuito de procesamiento de datos (44) para los componentes de tensión continua, mediante un circuito de aislamiento de potenciales (80) que se inserta entre los niveles de potencial en una conexión en serie.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en donde los niveles de potencial (ME, MD) se aislan uno de otro mediante un capacitor conectado en serie entre los niveles de potencial, o mediante un filtro de paso alto conectado entre los niveles de potencial, en donde los niveles de potencial son respectivamente niveles de potencial de la tensión de alimentación o niveles de potencial de masa del circuito de detección (42) o bien, del circuito de procesamiento de datos (44) .

7. Método de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, que comprende además:

la disposición del circuito de procesamiento de datos (44) y del circuito de detección (42) en un grupo constructivo común (40) que se conecta con el dispositivo sensor (20, 22) a través de la conexión por cable (K) , o la fijación del circuito de procesamiento de datos (44) y del circuito de detección (42) en una carcasa en común (40) que presenta 5 elementos de conexión eléctricos (50 - 58) ; la conexión de los elementos de conexión en el interior de la carcasa con el circuito de detección (42) ; y la conexión de los elementos de conexión (50 - 58) en el exterior de la carcasa (40) mediante el acoplamiento de la conexión por cable (K) dispuesta en el exterior, con el dispositivo sensor (20, 22) así como con los elementos de conexión (50 - 58) .

8. Método de acuerdo con una de las reivindicacione.

5. 7, en donde como variable operacional se mide una corriente eléctrica suministrada por el acumulador del vehículo a motor (12) o que fluye hacia dicho acumulador, una temperatura del acumulador (12) , un potencial del acumulador (12) o una tensión presente en el acumulador, mediante dispositivos sensores (20, 22) , y la detección de las variables operacionales se realiza mediante un sensor de corriente, un sensor de temperatura o un sensor de tensión, en donde el sensor de corriente es una resistencia en derivación a través de la cual se conduce la corriente a detectar, y que conecta un polo negativo del acumulador con una conexión a masa de un sistema de alimentación de a bordo (16) , o conecta un polo positivo del acumulador (14) con una conexión de potencial de alimentación de un sistema de alimentación de a bordo; el sensor de corriente es un sensor magnético o un sensor de efecto Hall que se encuentra dispuesto en un campo magnético generado por la corriente; el sensor de temperatura es un sensor semiconductor de temperatura, una resistencia NTC o una resistencia PTC, que entra en contacto con el acumulador (12) de manera que transmita calor, con el fin de detectar su temperatura de funcionamiento; y el sensor de tensión comprende una toma (30) que se encuentra conectada de manera eléctrica directamente con un polo positivo del acumulador (14) a través de un divisor de tensión o a través de un resistor en serie.

9. Método de acuerdo con una de las reivindicacione.

5. 8, en donde el dispositivo sensor (20; 22) se encuentra dispuesto directamente en el acumulador (12) , y el circuito de detección (42) se encuentra conectado con el dispositivo sensor (20; 22) a través de conexiones de enchufe (30 - 38.

50. 58) y un cable (K) de una longitud de, al menos, 0, 5 m, al menos, 1 m, al menos, 2 m, al menos, 5 m o, al menos, 10 m, y el circuito de detección (42) se encuentra dispuesto separado espacialmente del dispositivo sensor (20; 22) .