Sistema y método para el mantenimiento predictivo de un conjunto de baterías por medio del procesamiento temporal de señales.

Método de control de un conjunto de baterías (12), que comprende:

la monitorización (36) de un parámetro asociado al conjunto de baterías (12) para obtener un determinado número de muestras del parámetro monitorizado (28);

y se caracteriza por el hecho de que comprende:

la generación (38) de una secuencia temporal de valores monótonamente crecientes (T(i)) a partir de las muestras del parámetro monitorizado (28); y

el análisis de la secuencia temporal para obtener una indicación de una tendencia del parámetro monitorizado hacia o bien un límite operativo superior (30a, 32a, 34a), o bien un límite operativo inferior (30b, 32b, 34c) para predecir defectos del conjunto de baterías (12).

Sistema y método para el mantenimiento predictivo de un conjunto de baterías por medio del procesamiento temporal de señales Antecedentes de la invención [0001] La tecnología de la presente divulgación se refiere generalmente a la monitorización y la evaluación continua del rendimiento de un conjunto de baterías y, más particularmente, a un sistema y a un método para el mantenimiento predictivo de un conjunto de baterías basado en el procesamiento temporal de un parámetro monitorizado.

Generalmente, se utilizan subestaciones que forman parte de un sistema de transmisión y distribución de energía eléctrica para cambiar circuitos de potencia y transformar la potencia de un voltaje a otro. Las subestaciones pueden incluir diversos dispositivos, tales como interruptores, disyuntores, barras colectoras y transformadores. Las subestaciones pueden incluir uno o varios sistemas de baterías para proporcionar corriente continua (CC) a relés de protección, circuitos de control con disyuntor y otros dispositivos de control, de monitorización y de señalización de baja potencia en caso de que ocurra un fallo del sistema eléctrico o durante la reconfiguración del circuito. Si las baterías no son funcionales y no están preparadas para proporcionar un suministro de energía fiable en estas situaciones, las funciones de protección, control, monitorización y conmutación no estarán disponibles. La solicitud de patente de EEUU nº 2006/025828 divulga un método y un equipo para la monitorización del consumo de energía y de las características de impedancia relacionadas con dispositivos médicos implantables. La solicitud de patente de EEUU nº 4, 937, 528 divulga la monitorización de un acumulador para vehículos que permite determinar la capacidad de la batería, el estado de carga y determinadas condiciones defectuosas.

Resumen [0003] En vista de todo lo anterior, existe en la técnica una necesidad de monitorizar un conjunto de baterías para valorar la salud y disponibilidad del conjunto de baterías mientras el conjunto de baterías está en funcionamiento.

Según un aspecto de la divulgación, un método de monitorización de un conjunto de baterías incluye la monitorización de un parámetro asociado con el conjunto de baterías para obtener un determinado número de muestras del parámetro monitorizado, la generación de una secuencia temporal de valores monótonamente crecientes a partir de las muestras del parámetro monitorizado y el análisis de la secuencia temporal en busca de una indicación de una tendencia del parámetro monitorizado hacia o bien un límite operativo superior, o bien un límite operativo inferior para predecir defectos del conjunto de baterías.

Según otro aspecto de la divulgación, un dispositivo de monitorización predictiva para un conjunto de baterías incluye un analizador que genera una secuencia temporal de valores monótonamente crecientes basados en una serie de muestras del parámetro monitorizado, donde las muestras de dicho parámetro monitorizado se han obtenido mediante la monitorización de un parámetro asociado al conjunto de baterías, y que analiza la secuencia temporal en busca de una indicación de una tendencia del parámetro monitorizado hacia o bien un límite operativo superior o bien un límite operativo inferior para predecir defectos del conjunto de baterías.

Estas y otras características serán evidentes con referencia a la descripción y los dibujos que aparecen a continuación. En la descripción y los dibujos se han descrito con detalle formas de realización particulares de la invención como indicativas de algunos de los modos según los cuales se pueden emplear los principios de la invención, pero se entiende que el alcance de la invención no se limita a ellas. Más bien al contrario, la invención incluye todos los cambios, modificaciones y equivalentes dentro del alcance de las reivindicaciones incluidas en este documento.

Las características que se describen o ilustran respecto a una forma de realización se puede utilizar de la misma manera o de una manera similar en otra u otras formas de realización y/o en combinación con o en vez de las características de las otras formas de realización.

Breve descripción de los dibujos [0008]

La Figura 1 es un diagrama esquemático de bloques de un ejemplo de sistema de baterías que incluye un sistema de monitorización predictiva para un conjunto de baterías;

La Figura 2 es una representación gráfica de un ejemplo de método de monitorización de múltiples niveles y múltiples aspectos para un conjunto de baterías.

La Figura 3 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método de monitorización predictiva y mantenimiento de baterías;

La Figura 4 es una representación gráfica de un ejemplo de mapeo de valores monitorizados en una secuencia

temporal;

La Figura 5 es un diagrama de flujo de un ejemplo de método para determinar los valores de la secuencia temporal a partir del estado de las baterías monitorizadas;

La Figura 6 es una representación gráfica de un ejemplo de función de alarma de múltiples niveles basada en los tiempos de llegada de los valores de la secuencia temporal;

Las Figuras 7A, 7B y 7C son gráficos con ejemplos de tendencias de los valores monitorizados que corresponden a diversos estados de la batería;

Las Figuras 8A, 8B y 8C son gráficos con ejemplos de una señal de entrada, una secuencia temporal y una señal de alarma, respectivamente, para una primera evaluación simulada del rendimiento de un conjunto de baterías;

Las Figuras 9A, 9B y 9C son gráficos con ejemplos de una señal de entrada, una secuencia temporal y una señal de alarma, respectivamente, para una segunda evaluación simulada del rendimiento de un conjunto de baterías;

Las Figuras 10A, 10B y 10C son gráficos con ejemplos de una señal de entrada, una secuencia temporal y una señal de alarma, respectivamente, para una tercera evaluación simulada del rendimiento de un conjunto de baterías;

Las Figuras 11A, 11 B y 11C son gráficos con ejemplos de una señal de entrada, una secuencia temporal y una señal de alarma, respectivamente, para una cuarta evaluación simulada del rendimiento de un conjunto de baterías; y Las Figuras 12A, 12B y 12C son gráficos con ejemplos de una señal de entrada, una secuencia temporal y una señal de alarma, respectivamente, para una quinta evaluación simulada del rendimiento de un conjunto de baterías.

Descripción detallada de las formas de realización [0009] A continuación se describirán las formas de realización de la presente invención en referencia a los dibujos, donde se utilizan números de referencia para designar los elementos correspondientes. Se entiende que las figuras no están hechas a escala necesariamente.

En referencia inicial a la Figura 1, se ilustra un ejemplo de sistema de monitorización predictiva 10 para un conjunto de baterías monitorizado 12. El sistema 10, y el método asociado, pueden identificar problemas inminentes del conjunto de baterías 12 antes de que se produzca un fallo del de conjunto de baterías 12. En un ejemplo de aplicación, el sistema 10 y el método pueden servir como base para un programa de mantenimiento predictivo para baterías de subestaciones eléctricas en funcionamiento y para componentes de suministro de energía a dispositivos electrónicos inteligentes (IED) en los que el estado de salud se determina de forma continua e incremental. En otro contexto operativo de ejemplo, el conjunto de baterías 12 puede ser una batería de vehículo que proporciona energía a la maquinaria y equipos del vehículo. En otro contexto operativo de ejemplo, el conjunto de baterías 12 puede formar parte de un suministro ininterrumpido de energía (UPS) para el sistema de un ordenador, un dispositivo sanitario u otro dispositivo electrónico.

En el ejemplo ilustrado, el conjunto de baterías 12 es una batería de plomo y ácido con múltiples series 14, cada una de las cuales incluye tres cajetines 16 (llamados a veces monobloc) que tienen, respectivamente, tres células 18. Como se podrá apreciar, esta disposición del conjunto de baterías 12 es ilustrativa y también son posibles otras disposiciones para el sistema de baterías 12. El conjunto de baterías monitorizadas 12 puede ser un sistema de baterías completo o parte de un sistema de baterías, como una o varias células 18, uno o varios cajetines 16 o una o varias series 14 del sistema de baterías. Asimismo, el sistema 10 y el método asociado a él tienen aplicaciones para otros conjuntos de baterías además de las baterías de plomo y ácido, incluyendo, pero sin limitarse a, baterías de níquel-cadmio, baterías de polímero de níquel,... [Seguir leyendo]

1. Método de control de un conjunto de baterías (12) , que comprende:

la monitorización (36) de un parámetro asociado al conjunto de baterías (12) para obtener un determinado número de muestras del parámetro monitorizado (28) ; y se caracteriza por el hecho de que comprende:

la generación (38) de una secuencia temporal de valores monótonamente crecientes (T (i) ) a partir de las muestras del parámetro monitorizado (28) ; y el análisis de la secuencia temporal para obtener una indicación de una tendencia del parámetro monitorizado hacia o bien un límite operativo superior (30a, 32a, 34a) , o bien un límite operativo inferior (30b, 32b, 34c) para predecir defectos del conjunto de baterías (12) .

2. Método según la reivindicación 1, donde el análisis incluye la derivación (54) de una señal de alarma de la secuencia temporal, donde la señal de alarma cuenta con una serie de valores (AVi) basados en la aplicación de la estadística de la prueba de Laplace a los valores de la secuencia temporal (T (i) ) .

3. Método según la reivindicación 2, donde el análisis incluye además la comparación (56) de la señal de alarma con al menos uno de entre un umbral superior (Thi) y un umbral inferior (Tlow) .

4. Método según la reivindicación 3, que comprende además la generación (62) de una alarma si la señal de alarma cruza el umbral superior (Thi) o el umbral inferior (Tlow) en un número predeterminado (Nlow, Nhi) de valores de la señal de alarma (AVi) .

5. Método según la reivindicación 2, donde el análisis incluye además la normalización de la señal de alarma y la comparación de la señal de alarma normalizada con al menos uno de entre un umbral superior (Thi) y un umbral inferior (Tlow) .

6. Método según la reivindicación 5, que comprende además la generación (62) de una alarma si la señal de alarma normalizada cruza el umbral superior (Thi) o el umbral inferior (Tlow) en un número predeterminado (Nlow, Nhi) de valores de señal de alarma (AS (AVi) ) .

7. Método según la reivindicación 5, que comprende además la generación (62) de una alarma si la señal de alarma normalizada cruza el umbral superior (Thi) o el umbral inferior (Tlow) .

8. Método según la reivindicación 1, donde el conjunto de baterías (12) comprende una batería de plomo y ácido.

9. Método según la reivindicación 1, donde el conjunto de baterías (12) se monitoriza mientras está en funcionamiento, donde dicho conjunto de baterías (12) constituye una fuente de energía primaria para una carga (20) .

10. Método según la reivindicación 1, donde el conjunto de baterías (12) se utiliza en una subestación de transmisión y distribución de energía eléctrica.

11. Método según la reivindicación 1, donde el parámetro monitorizado es una función de al menos uno de entre los siguientes: voltaje, corriente, impendancia o temperatura.

12. Ensamblado de monitorización predictiva (10) para un conjunto de baterías (12) , caracterizado por el hecho de que comprende un analizador (24) que genera una secuencia temporal de valores monótonamente crecientes (T (i) ) basada en una serie de muestras del parámetro monitorizado (28) , donde las muestras del parámetro monitorizado (28) se obtienen mediante la monitorización de un parámetro asociado al conjunto de baterías (12) , y que analiza la secuencia temporal en busca de una indicación de una tendencia del parámetro monitorizado hacia un límite operativo superior (30a, 32a, 34a) o hacia un límite operativo inferior (30b, 32b, 34a) para predecir un defecto del conjunto de baterías (12) .

13. Ensamblado de monitorización predictiva (10) según la reivindicación 12, donde el analizador (24) deriva una señal de alarma de la secuencia temporal, donde la señal de alarma cuenta con una serie de valores (AVi) basados en la aplicación de la estadística de una prueba de Laplace a los valores de la secuencia temporal (T (i) ) .

14. Ensamblado de monitorización predictiva (10) según la reivindicación 13, donde el analizador (24) genera una alarma si una representación de la señal de alarma cruza un umbral superior (Thi) o un umbral inferior (Tlow) en un número predeterminado (Nhi, Nlow) de valores de la señal de alarma (AVi) .

15. Ensamblado de monitorización predictiva (10) según la reivindicación 12, que comprende además un ensamblado de monitorización (22) que mide un parámetro asociado al conjunto de baterías (12) .

16. Ensamblado de monitorización predictiva (10) según la reivindicación 12, donde el conjunto de baterías (12) se monitoriza mientras está en funcionamiento, donde dicho conjunto de baterías (12) es una fuente de energía secundaria o de seguridad para una carga (20) .