Circuito equilibrador para baterías recargables.

Circuito equilibrador para una celda en una batería recargable,

que comprende terminales de conexión (T1, T2) para conexión del circuito equilibrador a la celda, un primer resistor (R1) conectado a uno de los terminales de conexión (T1; T2), y un interruptor de voltaje (S) en serie con el primer resistor (R1) y conectado al otro de los terminales de conexión (T2; T1), el interruptor de voltaje (S) siendo operable para derivar una corriente equilibradora a través del primer resistor (R1) cuando un voltaje de carga detectado sobre los terminales de conexión (T1, T2) es superior a un voltaje umbral, caracterizado por el hecho de que el interruptor de voltaje (S) comprende un circuito de referencia de voltaje ajustable (U1), en donde el circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) comprende un primer terminal (1) y un segundo terminal (2), el circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) proporcionando un elemento funcional de diodo Zener entre el primer y el segundo terminal (1,2), el circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) que comprende además un 10 tercer terminal (3) para entrada de una señal de retroalimentación.

Circuito equilibrador para baterias recargables.

Campo de la invencion [0001] La presente invencion se refiere a un circuito equilibrador para una celda en una bateria recargable, que comprende terminales de conexion para la conexion del circuito equilibrador a la celda.

Estado de la tecnica [0002] La publicacion de patente internacional W02010114806 divulga un sistema equilibrador de carga para celdas multiples en una bateria. El sistema incluye circuitos multiples y un modulo de control. Cada circuito incluye un primer y un segundo interruptor conectados en serie y una inductancia con un primer extremo conectado entre los primeros y segundos interruptores. El modulo de control emite sefales de control para controlar los primeros y segundos interruptores. Un segundo extremo de la inductancia de uno de los primeros circuitos N es conectado entre dos celdas de un primer par de celdas conectadas en serie de un paquete de bateria. Los primeros y segundos interruptores del primero de los circuitos N son conectados en paralelo al primer par de celdas conectadas en serie 2N.

US 6 211 650 representa la base para el preambulo de la reivindicacion 1.

Resumen de la invencion [0004] La presente invencion busca proporcionar una solucion a un costo rentable y facil de implementar para proporcionar una funcionalidad equilibrada confiable para paquetes de baterias con celdas multiples.

Segun la presente invencion, un circuito equilibrador segun el preambulo arriba definido esta provisto, en el cual un primer resistor conectado a uno de los terminales de conexion, y un interruptor de voltaje en serie con el primer resistor y conectado al otro de los terminales de conexion, el interruptor de voltaje siendo operable para conectar una corriente equilibradora a traves del primer resistor cuando un voltaje de carga percibido sobre los terminales de conexion es superior a un voltaje umbral.

Las formas de realizacion de la presente invencion permiten implementar una muestra de circuito electronico usando componentes rentables para proporcionar la funcion de celda equilibradora en un paquete de bateria. Se puede proporcionar un paquete de bateria que comprenda una pluralidad de celdas recargables, el cual esta provisto de uno o mas circuitos equilibradores para cada una de la pluralidad de celdas recargables. Ademas, un paquete de bateria que comprende una pluralidad de celdas recargables en una configuracion en serie puede ser proporcionado, comprendiendo una disposicion equilibradora para la configuracion en serie de las celdas. Los componentes electronicos del circuito equilibrador se pueden proporcionar en pequefas placas de circuitos impresos (PCB, por sus siglas en ingles) o elementos similares, y facilmente integrados con el paquete de bateria. Cuando el posicionamiento de los circuitos de la presente invencion se acerca a cada celda, el tamafo del paquete de bateria practicamente no sera afectado.

Breve descripcion de los dibujos [0007] La presente invencion sera discutida con mas detalle mas adelante, usando representaciones ilustrativas, con referencia a los dibujos adjuntos, en donde Fig. 1 muestra un diagrama de circuitos de un circuito equilibrador segun una forma de realizacion de la presente invencion;

Fig. 2 muestra un diagrama de circuitos de otra forma de realizacion de un circuito equilibrador segun la presente invencion; y

Fig. 3 muestra un diagrama de circuitos de una configuracion en serie de una forma de realizacion del circuito equilibrador segun la presente invencion.

Descripcion detallada de las formas de realizacion ejemplares [0008] Celdas en los paquetes de baterias de baterias recargables actuales para una amplia variedad de aplicaciones (p. ej. automovil) necesitan especial atencion durante la fase de carga. Debido a tolerancias de fabricacion y otros factores, las celdas en un paquete de bateria pueden ligeramente diferir la una de la otra. Con los fines de cerciorarse de que la carga pueda llevarse a cabo sin riesgo, y prolongar la vida de las celdas en un paquete de bateria, la tecnica de carga controlada es muy utilizada. Dado que las celdas multiples estan normalmente presentes en los paquetes de bateria, en configuracion en paralelo, en serie o con una combinacion de en paralelo y en serie, el equilibrio de cada celda es muy importante para obtener un voltaje similar para cada celda. En las presentes formas de realizacion de la invencion, en la descarga en paralelo se utiliza una derivacion que implementa la igualacion de las diferencias entre celdas.

Fig. 1 muestra un diagrama de circuitos de una primera forma de realizacion del circuito equilibrador de la presente invencion. El circuito equilibrador comprende terminales de conexion T1, T2 para la conexion del circuito equilibrador a la celda, un primer resistor R1 conectado a uno de los terminales de conexion T1; T2, y un interruptor de voltaje S en serie con el primer resistor R1 y conectado al otro de los terminales de conexion T2; T1, el interruptor de voltaje S siendo operable para derivar una corriente equilibradora a traves del primer resistor R1 cuando un voltaje de carga percibido sobre los terminales de conexion T1, T2 es superior a un voltaje umbral.

La celda para la cual las presentes formas de realizacion de la invencion del circuito equilibrador son adecuadas es por ejemplo una celda a base de litio (Ion Li; Polimero Li; LiFeP04, etc.) pero tambien otros tipos de celdas recargables pueden ser usadas.

El interruptor S de la forma de realizacion de la Fig. 1 con la funcionalidad como se describe puede ser implementado como un circuito de referencia de voltaje U1, por ejemplo en una configuracion como se muestra en la forma de realizacion de la Fig. 2. Mas especificamente, el elemento U1 puede ser un circuito de referencia de voltaje ajustable que permite con precision ajustar el voltaje umbral para las formas de realizacion de la presente invencion. Por ejemplo el elemento U1 es un diodo de referencia de voltaje (banda prohibida) de tres terminales ajustable, como esta disponible comercialmente bajo la designacion LM385 de National Semiconductor. En general, cualquier tipo de interruptor de elemento o componente que proporcione un incremento en la conductividad como funcion de voltaje aplicado se puede utilizar como interruptor S en la presente forma de realizacion de la invencion, por ejemplo un diodo Zener. Cuanto mayor es el indice de incremento como funcion de voltaje, mejor imitara el elemento una accion tipo interruptor.

El interruptor S puede ser implementado en el circuito de semiconductor que es conocido como tal, con el fin de proporcionar una solucion muy rentable.

Puesto que el voltaje umbral no se alcanza en los terminales de carga de las celdas T1, T2, el interruptor S no estara cerrado o conducira corriente (solo una pequefa corriente de fuga fluira a traves de los elementos del semiconductor del interruptor S y del primer resistor R1. La eleccion especifica del interruptor S y del primer resistor R1 determinaran la corriente de fuga total.

En la forma de realizacion de la Fig. 2, un circuito equilibrador es mostrado en operacion, cuando una celda de bateria es conectada a los terminales de conexion T1, T2, asi como un cargador de bateria proporcionando una corriente de carga ILutilizando losterminalesde carga L1 yL2. El circuito dereferencia de voltaje ajustable U1 incluye un primer terminal 1 y un segundo terminal 2. El circuito de referencia de voltaje ajustable U1 proporciona un diodo Zener como elemento funcional entre el primer y el segundo terminal 1, 2, y el circuito de referencia de voltaje ajustable U1 que comprende ademas un tercer terminal 3 para entrada de una sefal de retroalimentacion.

El primer resistor R1 es conectado entre un terminal T1 de la celda y el primer terminal 1 del circuito de referencia de voltaje ajustable U1. El circuito equilibrador comprende ademas un segundo resistor R2 y un tercer resistor R3, el segundo resistor R2 siendo conectado entre el primer terminal 1 y el tercer terminal 3, y el tercer resistor R3 siendo conectado entre el segundo terminal 2 y el tercer terminal 3.

En la medida que el voltaje en el punto de referencia (tercer terminal 3) del circuito de referencia de voltaje ajustable U1 es inferior que el voltaje umbral, solo fluira una corriente de fuga. Cuando el voltaje en el terminal 3 aumenta, el circuito de referencia de voltaje ajustable U1 iniciara conduccion y una corriente equilibradora Ib fluira. El valor de la corriente equilibradora Ib se puede limitar por la eleccion del valor del primer resistor R1. En una forma de realizacion, el primer resistor R1 tiene un valor seleccionado para ajustar una corriente equilibradora Ib para la celda. Esta corriente equilibradora Ib se selecciona por debajo de una corriente... [Seguir leyendo]

1. Circuito equilibrador para una celda en una bateria recargable, que comprende terminales de conexion (T1, T2) para conexion del circuito equilibrador a la celda, un primer resistor (R1) conectado a uno de los terminales de conexion (T1; T2) , y un interruptor de voltaje (S) en serie con el primer resistor (R1) y conectado al otro de los terminales de conexion (T2; T1) , el interruptor de voltaje (S) siendo operable para derivar una corriente equilibradora a traves del primer resistor (R1) cuando un voltaje de carga detectado sobre los terminales de conexion (T1, T2) es superior a un voltaje umbral, caracterizado por el hecho de que el interruptor de voltaje (S) comprende un circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) , en donde el circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) comprende un primer terminal (1) y un segundo terminal (2) , el circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) proporcionando un elemento funcional de diodo Zener entre el primer y el segundo terminal (1, 2) , el circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) que comprende ademas un tercer terminal (3) para entrada de una sefal de retroalimentacion.

2. Circuito equilibrador segun la reivindicacion 1, en donde el primer resistor (R1) esta conectado entre un terminal (T1; T2) de la celda y el primer terminal (1) del circuito de referencia de voltaje ajustable (U1) , el circuito equilibrador comprendiendo ademas un segundo resistor (R2) y un tercer resistor (R3) ,

el segundo resistor (R2) siendo conectado entre el primer terminal (1) y tercer terminal (3) , y el tercer resistor (R3) siendo conectado entre el segundo terminal (2) y el tercer terminal (3) .

3. Circuito equilibrador segun la reivindicacion 2, donde la proporcion del segundo y tercer resistor (R2, R3) son elegidos para seleccionar un voltaje de carga maximo.

4. Circuito equilibrador segun la reivindicacion 3, en donde el voltaje de carga maxima es un voltaje de carga recomendado de la celda.

5. Circuito equilibrador segun la reivindicacion 3, en donde el voltaje de carga maximo es un voltaje de carga maxima absoluto de la celda.

6. Circuito equilibrador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde el primer resistor (R1) tiene un valor seleccionado para ajustar una corriente equilibradora para la celda.

7. Circuito equilibrador segun la reivindicacion 6, en donde la corriente equilibradora es seleccionada debajo de una corriente nominal maxima del interruptor de voltaje (S) .

8. Circuito equilibrador segun cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde la celda es una celda a base de litio.

9. Disposicion equilibradora dispuesta para suministrar una corriente equilibradora a una bateria recargable que comprende una pluralidad de celdas en una configuracion en serie, que comprende una pluralidad correspondiente de circuitos equilibradores segun cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde circuitos equilibradores consecutivos comparten un terminal comun (T2) para conexion a una configuracion asociada en serie de celdas.

10. Paquete de bateria que comprende una pluralidad de celdas recargables, provisto de uno o mas circuitos equilibradores segun cualquiera de las reivindicaciones 1-8 para cada una de la pluralidad de celdas recargables.

11. Paquete de bateria que comprende una pluralidad de celdas recargables en una configuracion en serie, que comprende una disposicion equilibradora segun la reivindicacion 9.