BRPI0908646B1

BRPI0908646B1 - método para reduzir o desequilíbrio de bateria em um sistema de conversão de tensão, meio legível por computador, sistema de conversão de tensão e veículo

Info

Publication number: BRPI0908646B1
Application number: BRPI0908646-3A
Authority: BR
Inventors: Holger Dreher; Gunnar Ledfelt
Original assignee: Scania Cv Ab (Publ)
Priority date: 2008-05-28
Filing date: 2009-05-20
Publication date: 2021-02-23
Also published as: SE533525C2; EP2289147B1; BRPI0908646A2; WO2009145709A1; EP2289147A1; SE0801248L; EP2289147A4

Abstract

é proposta uma melhora do desequilíbrio na bateria em um sistema de conversão de tensão. o sistema de conversão de tensão inclui uma primeira e uma segunda bateria e que são conectadas em série uma à outra, e um conversor que tem uma entrada de conversor, e uma saída de conversor, sendo a entrada de conversor conectada a pelo uma das . duas baterias, a primeira ou a segunda. o sistema de conversão de tensão inclui ainda uma saída do sistema de conversão de tensão conectado a uma das duas baterias, à primeira ou à segunda, e à salda do conversor, produzindo assim uma corrente de saída do sistema de conversão de tensão.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]A presente invenção se refere a um método para reduzir o desequilíbrio entre baterias em um sistema de conversão de tensão e a um sistema de conversão de tensão para a implementação do método. A presente invenção também se refere a um meio legível por computador para a implementação do método, referindo-se também a um veículo que inclui tal sistema de conversão de tensão.

Técnica correlata e fundamentos da invenção

[002]Em muitos veículos tais como carros, caminhões, tratores e semelhantes, é usado um sistema de potência de corrente contínua (CC) de 24 volts com um sistema de potência padrão. O motivo de se ter um sistema de potência de 24 volts nos veículos é que tensões tão altas (24 volts) são frequentemente necessárias para a operação de algumas partes do veículo, tais como um motor de partida. A tensão de 24 volts é frequentemente obtida conectando-se duas baterias de 12 volts em série.

[003]No entanto, um suprimento de 12 volts é uma frequência também necessária nos veículos, uma vez que grande parte do equipamento elétrico nos veículos consiste tipicamente em um equipamento eletrônico de 12 volts. O equipamento eletrônico dos veículos, por exemplo, tal como constituído por lâmpadas, sistemas de purificação do gás de descarga, e semelhantes; arranjos de segurança tais como radares de velocidade e distância, sistemas de Advertência de Saída da Pista (LDW), e semelhantes; sistemas de rádio, tais como aparelhos de estéreo, rádios de comunicação e semelhantes são frequentemente construídos para uma tensão de 12 volts. O motivo de se usar equipamento eletrônico de 12 volts é que o rápido desenvolvimento e grandes números de produção de equipamento eletrônico na indús- tria de carros particulares, que tipicamente usa um sistema de 12 volts, resultou no fato de que o equipamento eletrônico para sistemas de 12 volts é mais barato e disponível no mercado mais cedo do que o equipamento eletrônico correspondente para sistemas de 24 volts.

[004]Portanto, os veículos que têm um sistema de força de 24 volts devem também prever um fornecimento de força de 12 volts. Isto é geralmente atingido com o uso de um conversor de 12 volts, mais especificamente com o uso de um conversor 24/12 V. Um circuito comum da técnica anterior que inclui um tal conversor 24/12 é esquematicamente apresentado na Figura 1. Na Figura 1, uma primeira e uma segunda bateria, 101, 102, tendo cada uma delas uma tensão de 12 volts, V101batt, V102batt são conectadas em série entre si para se obter uma tensão total de 24 volts. Um gerador do veículo e cargas de 24 volts, tais como do motor de partida, não são apresentados neste desenho esquemático. Se eles estivessem presentes no desenho, eles estariam localizados à esquerda das baterias.

[005]Além disso, um conversor 24/12V 103 está conectado através de série à primeira e à segunda bateria 101, 102, e assim tem uma tensão de saída de conversor Vcin de 24 volts e uma corrente de entrada de corrente Icin. O conversor 24/12V converte a tensão de entrada do conversor de 24 volts em uma tensão Vcin de saída de conversor de 12 volts e uma corrente Icout de saída de conversor, que são fornecidas na saída de circuito 104. Aqui, a corrente de saída do conversor é o dobro da corrente de entrada de conversor, Icout = 2 * Icin (quando as perdas são desprezadas), uma vez que a tensão de saída do conversor é a metade da tensão de entrada de conversor, Vcout = 1/2 Vcin.

[006]No circuito da técnica anterior mostrado na Figura 1, a corrente máxima que pode ser produzida pelo circuito, aqui sendo idêntica à corrente de saída do conversor Icout, é limitada à corrente que pode ser fornecida pela parte eletrônica da potência do conversor 24/12V. Tipicamente a corrente de saída do conversor Icout é limitada a aproximadamente 20 ampères. Esta limitação da corrente de saída do conversor Icout resulta em uma tensão de saída do circuito de 12 volts que tem uma qualidade precária para altas corrente, sendo deteriorada por ondulação residual, por exemplo.

[007]Além disso, são conhecidos os chamados compensadores da técnica anterior, tais como o mostrado no documento da técnica anterior US 4 479 083. Em tais circuitos compensadores, uma corrente de saída de circuito mais elevada do que a corrente que está sendo fornecida pelo conversor 24/12V pode ser obtida, caso seja necessário, levando também a corrente proveniente de uma das baterias para a saída do circuito.

[008]Um circuito compensador geral é mostrado esquematicamente na Figura 2. Neste caso, uma primeira e uma segunda bateria 201, 202, tendo cada uma delas uma tensão de 12 volts V201batt, V202batt, são conectadas em série entre si, fornecendo assim uma tensão de 24 volts. Um conversor 24/12V 203 é conectado através da primeira e da segunda série de baterias conectadas 201, 202 e assim tem uma tensão de entrada do conversor de 24 volts e uma corrente de entrada de conversor. O conversor 24/12V converte a tensão de entrada de conversor de 24 volts em uma tensão de saída de conversor de 12 volts e fornece uma corrente de saída de conversor. Uma saída do circuito 204 é também conectada à primeira bateria 201. No circuito do compensador na Figura 2, se a corrente de saída do conversor não fornecer uma quantidade suficiente de corrente, uma corrente é também tirada da primeira bateria 201. Assim, se for necessária uma corrente de saída total para o circuito do compensador, isto é, a corrente de saída que resulta na saída 204, for superior à corrente de saída máxima possível, a corrente também será tirada da primeira bateria 201 para compensar pela insuficiência do conversor 203.

[009]Em compensadores da técnica anterior, tal como o descrito na US 4 479 083, a função do compensador é controlada pela regulagem da tensão através da primeira e da segunda baterias de 12 volts. Quando, para fins ilustrativos, se aplica um tal método relacionado om tensão para controlar a função dos compensados para o circuito esquemático na Figura 2, as tensões da primeira e da segunda bateria seriam neste caso controladas por uma restrição de tensão definida por: V201batt = V202batt. Além disso, a tensão do gerador Vgen é igual à soma das tensões das duas baterias 201, 202, isto é, Vgen = V201batt + V202batt.

[010]Em compensadores, um desequilíbrio entre os níveis de carregamento da primeira e da segunda bateria 201, 202 pode ocorrer. Então, utilizando-se a restrição V201batt = V202batt para a primeira e a segunda bateria 201, 202, é criado um fluxo de corrente, que carrega a primeira e a segunda bateria, respectivamente, até se terem equilibrado novamente os níveis de carregamento. Assim, em tais soluções relacionadas com o nível de tensão da técnica anterior, as baterias 201, 202 são carregadas a níveis de carregamento equilibrados com base em diferenças em tensão para as baterias V201batt, V202batt.

[011]O uso de um controle de carregamento à base do nível de tensão, de acordo com a técnica anterior, tem uma série de inconvenientes relacionados com as características básicas de bateria das baterias propriamente ditas. Em geral, a tensão de uma bateria não é momentaneamente ajustável, uma vez que é necessário um período de tempo para que a bateria atinja a sua tensão de circuito aberto. Assim, uma bateria tem um tempo de relaxamento. Assim, é difícil se saber de antemão a quantidade da tensão que uma bateria se reduzirá quando cargas são conectadas a ela, uma vez que esta tensão também depende de uma série de parâmetros geralmente desconhecidos, tais como a idade da bateria, a temperatura do meio ambiente e semelhantes. O resultado do processo de carregamento baseado no nível de tensão é, portanto, imprevisível.

[012]Além disso, quando se carrega uma bateria aplicando-se uma tensão de carregamento essencialmente constante da bateria, o que ocorre nas soluções à base de nível de tensão da técnica anterior, o carregamento da bateria se torna muito lento quando existe uma diferença relativamente pequena de amplitude entre a tensão de carregamento e a tensão real da bateria. Isto se deve ao fato de que a amplitude de uma corrente de carregamento que atravessa a bateria para carregá-la, então depende do tamanho da diferença entre a tensão de carregamento e a tensão da bateria. Se esta diferença for pequena a corrente de carregamento é pequena e o processo de carregamento se torna lento.

[013]Assim, as soluções da técnica anterior para a criação do equilíbrio de carregamento entre a primeira e a segunda bateria de um compensador, com o uso de um controle de carregamento baseado em tensão, são lentas, ineficientes e imprevisíveis.

Objetivo da invenção e suas características mais importantes

[014]Um objetivo da presente invenção consiste em propor um método e um sistema de conversão de tensão para reduzir o desequilíbrio e que resolve os problemas citados acima.

[015]A presente invenção visa proporcionar um método e um sistema de conversão de tensão que sejam mais eficientes, previsíveis e confiáveis para reduzir o desequilíbrio do que só conhecidos na técnica anterior.

[016]Este objetivo é atingido com um método para a redução do desequilíbrio na bateria de acordo com a porção de caracterização da reivindicação 1, isto é, conduzindo-se as etapas de:

[017]- determinação, com base na corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout, se está presente um desequilíbrio no sistema de conversão de tensão, e

[018]- a aplicação, quando um desequilíbrio estiver presente, de uma primeira corrente de carregamento Ib1 à primeira bateria e uma segunda corrente de carregamento Ib2 à segunda bateria, sendo a primeira e a segunda corrente de carre- gamento Ib1, Ib2, diferentes entre si.

[019]O objetivo é também atingido por um sistema de conversão de tensão de acordo com a porção de caracterização da reivindicação 11, isto é, por uma im-plementação pelo sistema de conversão de tensão do método da presente invenção.

[020]O objetivo é também atingido por um meio legível por computador que implementa o método da invenção.

[021]O método e o sistema de conversão de tensão de acordo com a presente invenção são caracterizados pelo fato de que a totalidade do procedimento de detecção do desequilíbrio entre baterias e o controle do carregamento da bateria é baseado na corrente. Mais especificamente, as relações entre a corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout, e a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 são utilizadas para se determinar se um equilíbrio entre baterias está presente e para determinar a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 a serem aplicadas à primeira e à segunda bateria respectivamente. Um equilíbrio entre baterias é então restabelecido aplicando-se uma primeira e uma segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 à primeira e à segunda baterias, respectivamente, em que cada uma da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 é diferente da outra.

[022]A detecção de equilíbrio e o controle de carregamento de baterias à base de corrente, de acordo com a presente invenção, tem uma série de vantagens. Mais especificamente, para se determinar um desequilíbrio entre baterias com base na corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout resulta em uma detecção correta e eficiente do desequilíbrio entre baterias. Para se carregar a primeira e a segunda bateria por aplicação de uma determinada primeira e determinada segunda corrente de carregamento à primeira e à segunda bateria, respectivamente, de acordo com a presente invenção, equilibra as baterias de um modo previsível e rápido.

[023]De acordo com uma modalidade da presente invenção, o conversor no sistema de conversão de tensão é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão, tendo a primeira e a segunda tensão aproximadamente a mesma amplitude. Neste caso o desequilíbrio entre baterias é determinado como estando presente se a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout tem um valor de aproximadamente duas vezes uma amplitude de uma corrente de saída do conversor máxima Ic(max)out para o conversor, isto é, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2.

[024]De acordo com uma modalidade da presente invenção, a primeira e a segunda tensão têm neste caso aproximadamente 12 volts.

[025]De acordo com uma modalidade da presente invenção, o conversor no sistema de conversão de tensão é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão, tendo a primeira tensão aproximadamente duas vezes a amplitude da segunda tensão. De acordo com esta modalidade, o desequilíbrio entre baterias é determinado como estando presente se a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout é superior a aproximadamente uma amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima Ic(max)out para o conversor, isto é, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 1.

[026]De acordo com uma modalidade da presente invenção, a primeira e a segunda tensão neste caso são de aproximadamente 24 volts e aproximadamente 12 volts, respectivamente. A análise da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout e a comparação desta corrente com a corrente de saída do conversor máxima Ic(max)out, de acordo com estas duas modalidades da presente invenção, atinge o objetivo de uma detecção exata e eficiente de desequilíbrio entre baterias.

[027]De acordo com uma modalidade da presente invenção, a amplitude de pelo menos uma da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 a ser usada para carregar primeira e a segunda bateria, respectivamente, a partir um instante no tempo, é determinada com base em uma amplitude da primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, que foi usada para o carregamento da primeira e da segunda bateria, respectivamente, durante um período de tempo do desequilíbrio entre baterias. Mais especificamente, é calculada uma integral sobre o período de tempo do desequilíbrio entre baterias para uma diferença em amplitude entre a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2.

[028]O fato de se ser capaz de determinar exatamente pelo menos uma da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, conforme é possível por esta modalidade da presente invenção, tem a vantagem de que o equilíbrio entre baterias pode ser restaurado rapidamente e com precisão.

[029]De acordo com uma modalidade da presente invenção, as correntes que estiverem sendo usadas para carregar a primeira e a segunda bateria são controladas para terem um nível de corrente essencialmente constante. Deste modo é obtido um carregamento muito eficiente, rápido e previsível das baterias.

[030]As modalidades exemplares detalhadas e as vantagens do método para a redução do desequilíbrio de acordo com a presente invenção e uma implementação do método pelo sistema de conversão de tensão serão agora descritos com referência aos desenhos apensos ilustrando algumas modalidades preferidas.

Descrição sucinta dos desenhos

[031]A Figura 1 mostra um circuito de conversão de tensão da técnica anterior.

[032]A Figura 2 mostra um circuito compensador de tensão da técnica anterior.

[033]As Figuras 3a-b mostram sistemas de conversão de tensão de acordo com a presente invenção.

[034]A Figura 4 mostra um fluxograma para o método da presente invenção.

Descrição detalhada das modalidades preferidas

[035]Cada uma das Figuras 3a e 3b mostra esquematicamente um sistema de conversão de tensão, tal como um sistema de conversão CC, na forma de um circuito compensador, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Nas Figuras 3a e 3b, componentes correspondentes receberam os mesmos números de referência.

[036]Na modalidade do sistema de conversão de tensão mostrado na Figura 3a, uma primeira e uma segunda bateria 301, 302 de 12 volts, tendo uma primeira tensão e uma segunda tensão V301batt, V302batt, são conectadas em série uma à outra, fornecendo assim uma tensão de 24 volts. Uma entrada de um conversor 303 é neste caso conectada através da segunda bateria 302. O conversor 303 é, portanto, um conversor 12/12V e tem uma tensão de entrada de conversor Vcin de 122 volts e uma corrente de entrada de conversor Icin. O conversor 12/12V produz uma tensão de saída de conversor Vcout, tendo um nível de tensão de 12 volts e uma corrente de saída de conversor Icout.

[037]Uma saída do sistema de conversão de tensão 304 é conectada a um ponto entre a primeira bateria 301 e a segunda bateria 302, e também a uma saída do conversor 303, produzindo assim uma corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout, que é composta pela corrente de saída do conversor Icout e por uma corrente da primeira bateria Ibattout, isto é, Isysout = Icout + Ibattout. Neste caso, a corrente proveniente da primeira bateria Ibattout é essencialmente igual à diferença entre uma corrente de carregamento atravessando a primeira e a segunda bateria, respectivamente, Ib 1 Ib 2, tal que Ibattout = Ib 2 - Ib 1.

[038]No sistema de conversão circuito/tensão compensador mostrado na Figura 3a, conforme reconhecido pela presente invenção, uma corrente Ibattout é somente conduzida da primeira bateria 301 para a saída do sistema de conversão de tensão 304 se a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout a ser fornecida ao sistema de conversão de tensão for superior a aproxima-damente o dobro de uma amplitude de uma corrente de saída do conversor máxima, isto é, se Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2. (Para o conversor 12/12V, α é neste caso determinado como sendo aproximadamente igual a dois, uma vez que é difícil de se dar um valor exato devido ao fato de que este valor varia com a tensão e a temperatura). Caso contrário, a corrente Ibattout que sai da primeira bateria é zero, Ibattout = 0, e a primeira e a segunda corrente de carregamento têm a mesma amplitude, Ib1 = Ib2.

[039]Portanto, para valores mais baixos da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout, essencialmente não é criado nenhum desequilíbrio de carregamento entre a primeira e a segunda bateria 301, 302 devido ao fornecimento de corrente de 122 volts, uma vez que nenhuma corrente é conduzida de somente uma das baterias à saída do sistema de conversão de tensão 304. Portanto a primeira e a segunda corrente de carregamento são iguais para correntes mais baixas de saída do sistema de conversão de tensão, Ib1 = Ib2.

[040]No entanto, para correntes de saída do sistema de conversão de tensão que forem superiores a aproximadamente duas vezes uma amplitude de uma corrente de saída do conversor máxima, Isysout >α *Ic(max)out, em que α « 2, uma corrente Ibattout corre da primeira bateria 301 para a saída do sistema de conversão de tensão 304, isto é, Ibattout 0 e, portanto, também a primeira e a segunda corrente de carregamento não são iguais, Ib 1 + Ib 2. A primeira e a segunda bateria 301, 302, portanto, após um período de tempo, terão um desequilíbrio nos seus níveis de carregamento respectivamente, devido ao fornecimento de corrente de 12 volts.

[041]Portanto, de acordo com a presente invenção, devido a uma necessidade de uma corrente de saída mais alta do sistema de conversão de tensão Isysout do que o conversor 303 pode fornecer, a primeira bateria 301 é, durante um período de tempo, carregada por uma primeira corrente de carregamento Ib1 que é inferior à segunda corrente de carregamento Ib2 que está sendo usada para carregar a segunda bateria 302. Portanto, depois deste período de tempo, a primeira bateria 301 tem um nível de carregamento que é inferior ao nível de carregamento para a segunda bateria 302. O período de tempo durante o qual a primeira e a segunda corrente de carregamento não são iguais, isto é, Ib 1 + Ib2, essencialmente corresponde ao tempo durante o qual a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão é superior a aproximadamente duas vezes uma amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima, isto é, durante o qual Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2.

[042]De acordo com a presente invenção, as relações entre a corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout, a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, e o desequilíbrio possível entre a primeira e a segunda bateria são utilizadas conforme será descrito a seguir.

[043]De acordo com a presente invenção, a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout é usada para determinar se existe presente qualquer desequilíbrio entre baterias, conduzindo uma comparação da amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout com a corrente de saída de conversor máxima Ic(max)out. De acordo com a presente invenção, um desequilíbrio entre baterias é determinado como estando presente na modalidade da presente invenção mostrada na Figura 3a se a corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout for superior a aproximadamente duas vezes uma amplitude da corrente de saída de conversor máxima, isto é, para a qual Isysout > α * Ic (max) out, em que a « 2.

[044]O fato de se determinar um desequilíbrio entre baterias com base na corrente de saída do circuito de conversão Isysout tem a vantagem de que se obtém uma detecção muito correta e eficiente do desequilíbrio entre as baterias.

[045]Se for determinado que está presente um desequilíbrio entre baterias, cada uma da primeira e da segunda bateria 301, 302 tem que ser carregada com uma determinada primeira e segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, respectivamente, para ser restaurado o equilíbrio entre as baterias. Pelo menos uma destas determinadas primeira e segunda corrente de carregamento a ser usada para carregar a primeira e a segunda bateria 301, 302, respectivamente, é, de acordo com a presente invenção, determinada com base na amplitude das correntes de carregamento que foram usadas para a primeira e a segunda bateria 301, 302, respectivamente, durante o período de tempo durante o qual a amplitude da primeira corrente de carregamento Ib1 foi inferior à amplitude da segunda corrente de carregamento Ib2, isto é, durante o período de tempo durante o qual a corrente de saída do sistema de conversão de tensão era superior a aproximadamente duas vezes a amplitude da corrente de saída de conversor máxima.

[046]Portando, a determinada primeira e segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 a ser usada para carregar a primeira e a segunda bateria 301, 302, respectivamente, a partir de um momento no tempo, é determinada com base em um período de tempo antes desse momento o tempo, período de tempo este durante o qual foi determinada a presença de um desequilíbrio entre baterias. Observe-se que uma da primeira e da segunda corrente de carregamento pode ter uma amplitude igual a zero para o caso em que somente uma das baterias precisa ser carregada.

[047]De acordo com uma modalidade da presente invenção, pelo menos uma da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1 Ib2 a ser usada para carregar a primeira e a segunda bateria 301, 302, respectivamente, a partir de um momento, é determinada com base em uma diferença em amplitude para a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2. Mais especificamente é usada para a determinação a diferença em amplitude para a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, durante o tempo durante o qual a corrente de saída do sistema de conversão de tensão é superior a aproximadamente duas vezes a amplitude da corrente de saída de conversor máxima.

[048]De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma quantidade de carga elétrica Q a ser fornecida à bateria que tiver a menor corrente de carregamento durante este período de tempo, isto é, neste caso à primeira bateria 301, é determinada calculando-se uma integral, durante este período de tempo, para a diferença em amplitude entre a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1 Ib2, de acordo com a equação:

[049]em que t1 e t2 são momentos em tempo para início e fim, respectivamente, do período de tempo durante o qual a corrente de saída do sistema de conversão de tensão é superior a aproximadamente duas vezes uma amplitude da corrente de saída de conversor máxima, isto é, durante o qual Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2.

[050]Além disso, de acordo com uma modalidade da presente invenção, a quantidade determinada da carga elétrica Q é então transferida para a primeira bateria 301, para restaurar o equilíbrio entre baterias. Com esta maneira de determinação da carga elétrica Q a ser transferida para a primeira bateria, isto é, com a determinação da carga elétrica a partir da diferença entre a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, o equilíbrio entre baterias é restaurado rapidamente, uma vez que a quantidade precisa de carga elétrica Q é corretamente calculada e transferida para a bateria que tem necessidade dela.

[051]De acordo com uma modalidade da presente invenção, esta carga elétrica Q é transferida para a primeira bateria por aplicação de uma primeira corrente de carregamento essencialmente constante Ib1 para a primeira bateria 301, tendo a primeira corrente de carregamento Ib1 uma amplitude superior à segunda corrente de carregamento Ib2. Assim, uma primeira corrente de carregamento Ib1 essencialmente constante e que é essencialmente independente da tensão da primeira bate- ria 301 propriamente dita, é aplicada à primeira bateria 301.

[052]Portanto, de acordo com uma modalidade da presente invenção, as correntes que estiverem sendo usadas para carregar a primeira e a segunda bateria 301, 302 são controladas para ter um nível de corrente essencialmente constante. Para se restaurar um equilíbrio entre baterias com ouso de tal controle de corrente, os níveis de corrente constantes da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 e especialmente a primeira corrente de carregamento Ib1, têm a vantagem de que a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 que atravessam a primeira e a segunda bateria 301, 32 na verdade essencialmente não são reduzidas devido a uma tensão aumentada das baterias propriamente ditas (como era o caso nos métodos da técnica anterior à base de tensão). Portanto, obtém-se um carregamento mais previsível e muito mais eficiente (e, portanto, mais rápido) das baterias, quando se compara com os métodos de carregamento à base de tensão da técnica anterior.

[053]A presente invenção foi descrita acima para uma modalidade de um circuito de compensação que tem um conversor 12/12V que está sendo conectado à segunda bateria 302. No entanto, a ideia básica da presente invenção é aplicável essencialmente a qualquer circuito compensador. Assim, de acordo com uma modalidade da presente invenção, uma entrada do conversor 12/12V é conectada à primeira bateria 301. Além disso, para a exemplificação do circuito compensador, foi declarado acima que a primeira e a segunda bateria 301, 302 são baterias de 12 volts. No entanto, a presente invenção é também aplicável a sistemas de conversão de tensão utilizando baterias essencialmente de qualquer tensão.

[054]Além disso, o sistema de conversão de tensão de acordo com a presente invenção apresentado na Figura 3b difere essencialmente da modalidade mostrada na Figura 3a por ser o conversor 303 um conversor 24/12v que está conectado através da primeira e segunda bateria 301, 302 conectadas em série. O conversor 303 tem ainda uma tensão de entrada de conversor Vcin de 24 volts e uma corrente de entrada de conversor Icin, e produz uma tensão de saída de conversor Vcout que tem um nível de tensão de 12 volts, e uma corrente de saída de conversor Icout. Caso contrário, o sistema de conversão de tensão de acordo com a presente modalidade, tem a mesma configuração que o sistema de conversão de tensão mostrado na Figura 3a.

[055]Na modalidade mostrada na Figura 3b, uma corrente Ibattout é somente conduzida da primeira bateria 301 para a saída do sistema de conversão de tensão 304 se a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout a ser fornecida pelo sistema de conversão de tensão for superior a aproximadamente a amplitude da corrente de saída de conversor máxima, isto é, se Isysout > a * Ic(max)out, em que α « 1. (para o conversor 24/12V, α e neste caso considerado como sendo aproximadamente igual a um, uma vez que é difícil de se dar um valor exato para α, devido ao fato de que este valor varia com a tensão e a temperatura).

[056]A determinação do desequilíbrio e a restauração do equilíbrio são con-duzidos, de acordo com esta modalidade, consoante o que foi descrito acima para a modalidade mostrada na Figura 3a, mas com a diferença de que o desequilíbrio ocorre quando a amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isisyout a ser fornecida pelo sistema de conversão de tensão for superior a aproximadamente a amplitude da corrente de saída de conversor máxima, isto é, se Isysout > a * Ic(max)out , em que α « 1.

[057]Assim, a presença de um desequilíbrio é determinada se a corrente de saída do sistema de conversão de tensão for superior a aproximadamente a amplitude da corrente de saída de conversor máxima. Deste modo se obtém uma detecção muito correta e eficiente do desequilíbrio entre as baterias.

[058]Pelo menos uma da determinada primeira e segunda corrente de carre- gamento a ser usada para carregar a primeira e a segunda bateria 301, 302, respec-tivamente, para restaurar o equilíbrio entre baterias é determinado com base na amplitude das correntes de carregamento que foram usadas para a primeira e a segunda bateria 301, 302, respectivamente, durante o período de tempo durante o qual a primeira corrente de carregamento Ib1 era inferior à segunda corrente de carregamento Ib2. Mais especificamente, pelo menos uma da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2, a serem usadas para carregar a primeira e a segunda bateria 301, 302, respectivamente, a partir de um momento, é determinada com base em uma diferença em amplitude para a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 que foi usada durante um período de tempo antes daquele momen- to no tempo.

[059]De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma quantidade de carga elétrica Q a ser fornecida à bateria que tiver a menor corrente de carregamento durante este período de tempo é determinada calculando-se uma integral para o período de tempo para a diferença em amplitude entre a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib 1, Ib2, de acordo com:

[060]em que t1 e t2 são momentos no tempo para o início e o fim, respecti-vamente, do período de tempo durante o qual a corrente de saída do sistema de conversão de tensão é superior a aproximadamente a amplitude da corrente de saída de conversor máxima, isto durante o qual Isysout > a * Ic(max)out, em que α « 1. Com este modo de determinação da carga elétrica Q a ser transferida à primeira bateria, é rapidamente restaurado o equilíbrio entre as baterias.

[061]De acordo com uma modalidade da presente invenção, esta carga elétrica Q é transferida para a primeira bateria aplicando-se uma primeira corrente de carregamento essencialmente constante Ib1 a ela. Portanto é obtido um carregamento muito eficiente e previsível das baterias.

[062]Acima, em conexão com a modalidade da presente invenção ilustrada na Figura 3b, a modalidade foi exemplificada, por motivos de ilustração, com a primeira e a segunda bateria sendo baterias de 12 volts. No entanto, conforme foi dito acima, a presente invenção é também aplicável a sistemas de conversão de tensão usando baterias que tenham essencialmente qualquer tensão.

[063]Além disso, de acordo com uma outra modalidade da presente invenção, a saída do sistema de conversão de tensão 304 é conectado à segunda bateria 302. De acordo com esta modalidade, um desequilíbrio nos níveis de carregamento da primeira e da segunda bateria 301, 302 é causado pelo fato da corrente Ibattout ser conduzida da segunda bateria 302. De modo tal que a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 têm amplitudes diferentes. Assim, a saída do sistema de conversão de tensão 304 é neste caso conectada de modo tal que a corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout é composta pela corrente de saída de conversor Icout e por uma corrente Ibattout que corre da segunda bateria 302 quando uma amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão for superior a aproximadamente duas vezes a amplitude da corrente de saída de conversor máxima, par a configuração de conversor 12/12V, ou se for superior a aproximadamente a amplitude da corrente de saída de conversor máxima, para a configuração de conversor 24/12V. A primeira corrente de carregamento Ib1 é neste caso superior à segunda corrente de carregamento Ib2 durante o desequilíbrio, isto e, Ibattout = Ib 1 - Ib2.

[064]Para esta modalidade, a determinação do desequilíbrio de nível entre baterias, assim como a determinação da primeira e da segunda corrente de carregamento Ib1, Ib2 a serem usadas para a restauração do equilíbrio entre baterias, são conduzidas correspondendo ao que foi descrito acima para as modalidades mostradas na Figura 3a e 3b. No entanto, para esta modalidade, o equilíbrio é, neste caso, restaurado, aplicando-se uma segunda corrente de carregamento Ib2 à se- gunda bateria 302 que tem uma amplitude superior à da primeira corrente de carre-gamento Ib1 que estiver sendo aplicada à primeira bateria 301.

[065]A Figura 4 mostra um fluxograma par o método básico da presente invenção. em uma primeira etapa do método, é determinado se está presente um desequilíbrio entre baterias no sistema de conversão de tensão. Esta determinação é conduzida com base na corrente de saída do sistema de conversão de tensão Isysout. Se não houver nenhum desequilíbrio entre baterias presente, o método prossegue para a segunda etapa do método. Na segunda etapa, uma primeira corrente de carregamento Ib1 é aplicada à primeira bateria e uma segunda corrente de carregamento Ib2 é aplicada à segunda bateria, sendo a primeira e a segunda corrente de carregamento Ib 1, Ib2 diferentes entre si, isto é, Ib 1 + Ib2.

[066]Além disso, o método da presente invenção pode ser implementado por um programa de computador, tendo meios de codificação, que quando colocados em funcionamento em um computador fazem com que o computador execute as etapas do método. O programa de computado é incluído em uma mídia legível por computador de um produto de programa de computador. A mídia legível por computador pode consistir essencialmente em qualquer memória, tal como ROM (Memória de Leitura Somente), PROM (Memória de Leitura Somente Programável), EPROM (PROM deletável), Memória instantânea, EEPROM (PROM Eletricamente Deletável), ou um drive de disco rígido.

[067]Além disso, conforme será percebido pelos versados na técnica, os métodos e aparelhos da presente invenção são aplicáveis a essencialmente qualquer sistema de fornecimento de tensão que fornece diferentes níveis de tensão para cargas diferentes. Tais sistemas podem ser implementados, por exemplo, em qualquer tipo de veículos, naves (tais como barcos e navios) e semelhantes. A presente invenção não é limitada ao uso de duas baterias de 12 volts. A presente invenção pode, conforme é evidente aos versados na técnica, ser implementada, usando-se essencialmente qualquer número de baterias, podendo as baterias ter essencialmente qualquer tensão. Assim, o método e o aparelho de acordo com a presente invenção podem ser modificados pelos versados na técnica, ao compararem com as modalidades exemplares descritas acima.

Claims

1. Método para reduzir o desequilíbrio de bateria em um sistema de conversão de tensão, incluindo o sistema de conversão de tensão: - uma primeira (301) e uma segunda (302) bateria conectadas em série entre si, - um conversor (303) tendo uma entrada de conversor e uma saída de conversor, sendo a entrada de conversor conectada a pelo menos uma dentre a dita primeira (301) e a dita segunda (302) bateria de modo que a tensão na entrada de conversor é a tensão da primeira bateria ou a tensão da segunda bateria ou a soma de ambas as tensões da primeira e da segunda bateria, a dita saída de conversor fornecendo uma corrente de saída de conversor e uma tensão de saída de conversor, o dito conversor tendo uma corrente de saída de conversor máxima (lc (max)out), e - uma saída de sistema de conversão de tensão (304), sendo conectada a um ponto entre a dita primeira (301) e a dita segunda (302) bateria, e à saída do conversor, fornecendo uma corrente de saída do sistema de conversão de tensão (Isysout), o método compreendendo - detectar um desequilíbrio de bateria no dito sistema de conversão de tensão; - aplicar, quando um desequilíbrio de bateria é detectado, uma primeira corrente de carregamento (Ib1) à primeira bateria e uma segunda corrente de carregamento (Ib2) à segunda bateria para restaurar um equilíbrio de carregamento da primeira (301) e da segunda (302) bateria, o método sendo CARACTERIZADO pelo fato de que: - a dita detecção de desequilíbrio de bateria no dito sistema de conversão de tensão compreende a etapa de executar uma comparação da dita corrente de saída do sistema de conversão de tensão (lsysout) com a corrente de saída de conversor máxima (lc(max)out), - as ditas primeira e segunda correntes de carregamento para restaurar o equilíbrio de carregamento são determinadas baseado em um período de tempo durante a qual a bateria desequilibrada foi detectada a estar presente, e baseada na amplitude do primeiro (lb1) e segundo (lb2) correntes de carregamento o qual têm sido usadas para carregar a primeira e a segunda bateria durante um dito período de tempo, e - as ditas primeira e segunda correntes de carregamento (lb1), (lb2) sendo diferentes uma da outra, em que a uma das dita primeira (lb1) e dita segunda (lb2) correntes de carregamento sendo a mais alta é aplicada a uma da dita primeira e dita segunda bateria tendo tido a corrente de carregamento mais baixa durante o dito período de tempo.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conversor (303) é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão, tendo a primeira e a segunda tensão aproximadamente a mesma amplitude, e sendo a entrada de conversor conectada a uma entre a primeira (301) e a segunda (302) bateria, sendo o dito desequilíbrio de bateria determinado como estando presente se uma amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão (Isysout) for superior a aproximadamente duas vezes a amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima (Ic(max)out) para o conversor, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o conversor é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão, tendo a primeira tensão aproximadamente duas vezes a amplitude da segunda tensão, e sendo a entrada de conversor conectada à série conectada da primeira (301) e da segunda (302) bateria, sendo o desequilíbrio de bateria é determinado como estando presente se uma amplitude da corrente de saída de sistema de conversão de tensão (Isysout) for superior a aproximadamente a amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima (Ic(max)out) para o conversor, Isysout > α * Ic(max)out, em que α «1.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que uma amplitude de pelo menos uma da primeira e da segunda corrente de carregamento (Ib 1), (Ib 2), para ser usada para carregar a primeira (301) e a segunda (302) bateria, respectivamente, a partir de um instante no tempo, é determinada com base no fato de que uma amplitude da primeira e da segunda corrente de carregamento (Ib 1), (Ib 2) foi usada para carregar a primeira (301) e a segunda (302) bateria, respectivamente, durante um período de tempo antes do instante no tempo.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que é calculada uma integral durante o período de tempo para uma diferença de amplitude entre a primeira e a segunda corrente de carregamento (Ib 1), (Ib 2) que foi usada durante o período de tempo, sendo uma quantidade de carga elétrica Q a ser usada para carregar a uma dentre a primeira (301) e a segunda (302) bateria conectadas à saída do sistema de conversão de tensão (304) baseada no cálculo da integral.

6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 e 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o conversor (303) é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão tendo a primeira e a segunda tensão aproximadamente a mesma amplitude, e sendo a entrada do conversor conectada a uma da primeira (301) e da segunda (302) bateria, sendo o período de tempo baseado no tempo durante o qual uma amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão (Isysout) é superior a aproximadamente o dobro da amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima (Ic(max)out) para o conversor, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 4 e 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o conversor (303) é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão, tendo a primeira tensão aproximadamente duas vezes a amplitude da segunda tensão, e sendo a entrada de conversor conectada à série conectada da primeira (301) e a segunda (301) bateria, sendo o período de tempo baseado no tempo para o qual uma amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão (Isysout) é superior a aproximadamente a amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima (Ic(max)out) para o conversor, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 1.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 e 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira tensão é de 12 volts e a segunda tensão é de 12 volts.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 e 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira tensão é de 24 volts e a segunda tensão é de 12 volts.

10. Meio legível por computador, CARACTERIZADO por compreender instruções que, quando lidas por um computador, executam as etapas do método para reduzir o desequilíbrio de bateria em um sistema de conversão de tensão, como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.

11. Meio legível por computador, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio legível por computador consiste em um ou mais do grupo: ROM (Memória de Leitura Somente), PROM (Memória de Leitura Somente Programável), EPROM (PROM deletável), Memória instantânea, EEPROM (PROM Eletricamente Deletável).

12. Sistema de conversão de tensão, incluindo: - uma primeira (301) e uma segunda (302) bateria sendo conectadas em série entre si, - um conversor (303) tendo uma entrada de conversor e uma saída de conversor, sendo a dita entrada de conversor conectada a pelo menos uma dentre a dita primeira (301) e a dita segunda (302) bateria de forma que a tensão na entrada de conversor é a tensão da primeira bateria ou a tensão da segunda bateria ou a soma de ambas as tensões da primeira e da segunda bateria, a dita saída de conversor fornecendo uma corrente de saída de conversor e uma tensão de saída de conversor, o dito conversor tendo uma corrente de saída de conversor máxima (lc (max)out), e - uma saída de sistema de conversão de tensão (304) que é conectada a um ponto entre a dita primeira (301) e a dita segunda (302) bateria, e à dita saída de conversor, produzindo assim uma corrente de saída de sistema de conversão de tensão (Isysout), - uma entidade de determinação, que é disposta para aplicar, quando um desequilíbrio de bateria é detectado, uma primeira corrente de carregamento (Ib1) para a dita primeira bateria e uma segunda corrente de carregamento (Ib2) para a dita segunda bateria para restaurar um equilíbrio de carregamento da primeira e segunda baterias, CARACTERIZADO pelo fato de que a entidade de determinação é disposta para realizar a dita detecção de de-sequilíbrio de bateria no dito sistema de conversão de tensão por uma comparação da dita corrente de saída de sistema de conversão de tensão (lsysout) com a dita corrente de saída de conversor máxima (lc (max)out), - a entidade de determinação sendo disposta para determinar as ditas primeira e segunda correntes de carregamento para restaurar o equilíbrio de carregamento baseado em um período de tempo durante o qual um desequilíbrio de bateria foi detectado estar presente, e baseado na amplitude da primeira (lb1) e segunda (lb2) correntes de carregamento as quais foram usadas para carregar a primeira e a segunda bateria durante dito período de tempo, e - uma entidade de carregamento disposta para aplicar a dita primeira e a dita segunda correntes de carregamento (lb1), (lb2) sendo diferentes uma da outra, em que a uma dentre a dita primeira (lb1) e dita segunda (lb2) corrente de carregamento sendo a maior aplicada à uma dentre a dita primeira e dita segunda bateria tendo havido a menor corrente de carregamento durante dito período de tempo.

13. Sistema de conversão de tensão, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o conversor (303) é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão tendo a primeira e a segunda tensão aproximadamente a mesma amplitude e sendo a entrada do conversor conectada a uma da primeira (301) e da segunda (302) bateria, sendo o sistema de conversão de tensão projetado para determinar que está presente um desequilíbrio de bateria para a primeira (301) e para a segunda (302) bateria se uma amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão (Isysout) for superior a aproximadamente duas vezes a amplitude de uma corrente de saída de conversor máxima (Ic(max)out) para o conversor, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 2.

14. Sistema de conversão de tensão, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira tensão é de 12 volts e a segunda tensão é de 12 volts.

15. Sistema de conversão de tensão, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que o conversor (303) é projetado para converter uma primeira tensão em uma segunda tensão, tendo a primeira tensão aproximadamente duas vezes a amplitude da segunda tensão, e sendo a entrada do conversor conectada à série conectada da primeira (301) e segunda (302) bateria, sendo o sistema de conversão de tensão projetado para determinar que está presente um desequilíbrio de bateria para a primeira (301) e a segunda (302) bateria, se uma amplitude da corrente de saída do sistema de conversão de tensão (Isysout) for superior a aproximadamente a amplitude de uma corrente de saída do conversor máxima (Ic(max)out) para o conversor, Isysout > α * Ic(max)out, em que α « 1.

16. Sistema de conversão de tensão, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a primeira tensão é de 24 volts, e a segunda tensão é de 12 volts.

17. Sistema de conversão de tensão, de acordo com qualquer uma das rei-vindicações 12 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema de conversão de tensão é projetado para determinar uma amplitude de pelo menos uma da primeira e da segunda corrente de carregamento (Ib 1), (Ib 2) para ser usada para o carregamento da primeira (301) e da segunda (302) bateria, respectivamente, a partir de um instante no tempo, com base no fato de que uma amplitude da primeira e da segunda corrente de carregamento (Ib 1), (Ib 2) foi usada para carregar a primeira (301) e a segunda (302) bateria, respectivamente, durante um período de tempo antes do instante no tempo.

18. Veículo, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui um sistema de conversão de tensão como definido em qualquer uma das reivindicações 12 a 17.