ES2279595T3 - Procedimiento y disposicion para la determinacion de la tension de circuito abierto de una bateria. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para determinar la tensión en circuito abierto de una batería; implica la medida de las tensiones en determinados instantes de tiempo después de que se hayan encendido las corrientes de control y prueba. El procedimiento incluye la determinación de la tensión en circuito abierto (u1) de una tensión bajo carga. Un dispositivo de medida de tensión se conecta a la batería y se alimenta con una corriente de control (iB) a través de la batería. Se mide una primera tensión (u2) después de un primer instante de tiempo (t1) desde que se realiza la conexión. Después de un segundo instante de tiempo (t2), se mide una segunda tensión (u3), con la que se pasa una carga mayor a través de la corriente de prueba (iT). La diferencia de tensión entre la primera y la segunda tensión se usa para determinar la tensión en circuito abierto. Se incluye una petición independiente para un conjunto que implementa este procedimiento.
Description
Procedimiento y disposición para la
determinación de la tensión de circuito abierto de una batería.
La invención parte de un procedimiento para la
determinación de la tensión de circuito abierto de una batería de
acuerdo con el tipo definido en el preámbulo de la reivindicación 1,
así como de una disposición de acuerdo con el preámbulo de la
reivindicación 6.
Para la determinación de la tensión de circuito
abierto de una batería es habitual y se conoce, en general, utilizar
aparatos de medición de la tensión que tienen alta impedancia y que
son alimentados por una alimentación de tensión propia o
externa.
El cometido de la invención es la indicación de
un procedimiento para la determinación de la tensión de circuito
abierto de una batería así como para la indicación de una
disposición para la realización de este procedimiento, en el que se
recorre otro camino y en el que el aparato de medición no es
alimentado por una alimentación de tensión incorporada o por una
fuente de tensión externa, sino a partir de la batería a verificar
propiamente dicha. No obstante, en este caso se plantea el problema
de que a través de la carga, que aplica el aparato de medición sobre
la batería, se falsifica la medición de la tensión de circuito
abierto.
El procedimiento de acuerdo con la invención
para la determinación de la tensión de circuito abierto de una
batería con los rasgos característicos de la reivindicación 1 tiene,
en cambio, las ventajas de poder realizar la medición de la tensión
de circuito abierto de una manera sencilla, rápida y fiable,
pudiendo prescindirse de una alimentación externa o de una
alimentación propia del aparato de medición. De esta manera se
simplifica esencialmente la manipulación. El procedimiento de
acuerdo con la invención permite de una manera ventajosa que a
pesar de la alimentación del aparato de medición desde la batería a
verificar propiamente dicha, se determina la tensión de circuito
abierto de esta batería y se puede
representar.
representar.
En el procedimiento de acuerdo con la invención
se lleva a cabo a tal fin, en principio, la determinación a partir
de una tensión bajo carga, a cuyo fin se conecta un aparato de
medición de la tensión en la batería y se alimenta con corriente de
servicio a través de la batería, cuya tensión de circuito abierto
debe determinarse. Se lleva a cabo una primera medición de la
tensión después de la expiración de un cierto tiempo de conexión y
después de la expiración de otro intervalo de tiempo determinado se
lleva a cabo una segunda medición de la tensión a una carga elevada
a través de una corriente de prueba. A partir de la diferencia de la
tensión determinada de las dos de las dos mediciones de la tensión
bajo carga se determina la tensión de circuito abierto.
A través de las características presentadas en
las otras reivindicaciones son posibles desarrollos ventajosos y
mejoras del procedimiento indicado en la reivindicación 1.
De acuerdo con una configuración especialmente
conveniente y ventajosa del procedimiento de acuerdo con la
invención, el valor de la corriente de prueba se selecciona tan
grande que corresponde al valor de la corriente de
funcionamiento.
En otra configuración ventajosa del
procedimiento de acuerdo con la invención, los intervalos de tiempo,
después de los cuales se realiza la primera medición de la tensión y
después de los cuales se realiza la segunda medición de la tensión
después de la elevación de la carga a través de la corriente de
prueba, se seleccionan de la misma magnitud.
En otra configuración ventajosa y muy
conveniente del procedimiento de acuerdo con la invención, se
determina la tensión de circuito abierto como la suma del valor de
la tensión, que se determina en la primera medición de la tensión,
y la diferencia del valor de la tensión, que se determina en la
primera medición de la tensión, y del valor de la tensión, que se
determina en la segunda medición de la tensión.
En una configuración ventajosa del procedimiento
de acuerdo con la invención, éste se realiza de forma controlada por
medio de un microprocesador. De esta manera se da y es posible una
gran flexibilidad en la adaptación y realización.
Una disposición especialmente conveniente para
la realización del procedimiento de acuerdo con la invención o bien
sus configuraciones correspondientes consiste en que como aparato de
medición de la tensión está previsto un verificador de baterías,
que contiene un microprocesador, con el que se controla el ciclo de
prueba, y en que el verificador de la batería está configurado de
tal forma que recibe su corriente de funcionamiento desde la batería
a probar.
En otra configuración conveniente de esta
disposición, está previsto que el verificador de la batería contenga
una representación, que representa el valor calculado de la tensión
de circuito abierto de la batería verificada.
A continuación se explica en detalle la
invención con la ayuda de un ejemplo de realización y del dibujo,
en el que
La figura 1 muestra de forma esquemática la
curva de la corriente y de la tensión en el procedimiento de acuerdo
con la invención para la determinación de la tensión de circuito
abierto en una batería, y
La figura 2 muestra de forma esquemática en un
diagrama de bloques simplificado el diagrama de sustitución de una
batería y un verificador de baterías conectado en la misma.
Con la ayuda del diagrama de la figura 1, que
muestra de forma esquemática la curva de la corriente y de la
tensión durante la realización del procedimiento de acuerdo con la
invención para la determinación de la tensión de circuito abierto
de una batería, y con la ayuda de la figura 2, en la que se
representa la batería con un diagrama equivalente, en la que se
representa el verificador de la batería de la misma manera de forma
simplificada con un diagrama equivalente, se representa y se explica
el ciclo del procedimiento de acuerdo con la invención.
De acuerdo con el procedimiento según la
invención, cuyo desarrollo temporal se representa con la ayuda de la
corriente i y de la tensión u en la figura 1 en función temporal
sobre el eje de tiempo t, se lleva a cabo el ciclo de la siguiente
manera: después de la conexión del aparato de medición de la tensión
en el instante t_{0} fluye a través del aparato de medición de la
tensión una corriente de servicio i_{B}, con lo que el valor de
la tensión cae desde la tensión de circuito abierto u_{1} a lo
largo de la curva 13. Después de la expiración de un tiempo t_{1}
determinado después de la conexión del aparato de medición de la
tensión 20 se mide la tensión u_{2} alcanzada. Poco después de
esta medición de la tensión se conecta adicionalmente a la corriente
de servicio i_{B} una corriente de prueba i_{T}, de manera que
ahora se carga de forma intensificada la batería. Después de la
expiración de otro intervalo de tiempo t_{2} se mide entonces la
tensión u_{3} alcanzada. Después de esta medición de la tensión,
se puede llevar la corriente de prueba de nuevo a cero, de manera
que solamente se toma todavía la corriente de servicio i_{B} desde
el aparato de medición. La caída del valor de la tensión u_{2} al
valor de la tensión u_{3} se lleva a cabo a lo largo de la rama 14
de la curva de la tensión en la figura 1, que se extiende de una
manera similar a la rama de la tensión 13. Este desarrollo se puede
considerar esencialmente como
exponencial.
exponencial.
A partir de los valores de la tensión u_{2} y
u_{3} medidos en los instantes t_{1} determinados después de la
conexión t_{0} y t_{1} después de la elevación de la corriente
de servicio i_{B} a través de la corriente de prueba i_{T} se
determina la tensión de circuito abierto u_{1} de la batería 10.
La tensión de circuito abierto u_{1} se determina como la suma del
valor de la tensión u_{2}, que se determina en la primera
medición de la tensión, y la diferencia del valor de la tensión
u_{2}, que se determina en la primera medición de la tensión, y
del valor de la tensión u_{3}, que se determina en la segunda
medición de la tensión, siendo aplicable la ecuación u_{1} =
u_{2} + (u_{2} - u_{3}).
La determinación de la tensión de circuito
abierto u_{1} se ha revelado como especialmente sencilla cuando la
magnitud de la corriente de prueba i_{T} es igual al valor de la
corriente de servicio i_{B}, es decir, i_{T} = i_{B}, y
cuando los intervalos de tiempo, después de los cuales se mide en
cada caso, son iguales, es decir, t_{1} = t_{2}. O con otras
palabras, la primera medición se realiza después de la expiración
del mismo intervalo de tiempo que la segunda medición después de la
conexión adicional de la corriente de prueba.
El diagrama equivalente de una batería 10
representado en la figura 2 contiene la fuente de tensión u_{0} y
el circuito en serie de una inductividad L y de una resistencia
interna óhmica R_{i}, así como en serie con ello el circuito en
paralelo de una resistencia óhmica R_{D} y de un condensador
C_{D} así como en serie con ello otro circuito en paralelo de una
resistencia óhmica R_{K} y de un condensador C_{K}. En los
terminales 11 y 12 de la batería 10 se conecta el verificador de la
batería
20.
20.
Entre los terminales 11 y 12 se encuentra la
tensión de circuito abierto u_{1} de la batería 10 que interesa.
No obstante, solamente cuando el verificador de la batería 20 no
está conectando cargando. Las partes del verificador de la baterías
20, que son esenciales para el procedimiento de acuerdo con la
invención, se representan en el diagrama equivalente en la figura
2. El verificador de la batería 20 se representa como consumidor
propio de forma simbólica con el signo de referencia 22, que se
conecta a través del conmutador 21 en el instante t_{0} en los
terminales 11 y 12 de la batería 10. La carga adicional para la toma
de la corriente de prueba i_{T} se representa a través de un
consumidor de prueba 23, que se conecta adicionalmente a través de
un conmutador 24 cuando comienza a contar el segundo periodo de
prueba t_{2} y se forma la corriente de carga a través de la
corriente de la batería i_{B} y la corriente de prueba i_{T}.
Poco después de la terminación de la segunda medición para la
tensión u_{3}, se abre de nuevo el conmutador 24, de manera que
no se carga la batería 10 adicionalmente de forma innecesaria a
través del consumidor de prueba 23. No se representa en la figura 2
el microprocesador, que controla de una manera más ventajosa el
ciclo de acuerdo con la invención y que está alojado en el
verificador de la batería 20.
El diagrama equivalente de la batería 10, que se
representa en la figura 2, se aplica especialmente para la
aplicación especial del procedimiento de medición de acuerdo con la
invención en baterías de arranque de automóviles. En este caso, hay
que contar con las siguientes magnitudes: la corriente de servicio
i_{B} del verificador de la batería 20, que sirve como aparato de
medición de la tensión, tiene aproximadamente 0,4 A. De una manera
más conveniente, se selecciona la corriente de prueba i_{T} de la
misma manera con 0,4 A. Los intervalos de tiempo t_{1} y t_{2},
después de los cuales se realizan las mediciones después del flujo
de la corriente de servicio i_{B} o bien de la corriente elevada
i_{B} + i_{T}, es decir, los intervalos de tiempo t_{1} y
t_{2}, se seleccionan aproximadamente con 0,5 segundos. Para los
valores u_{1}, u_{2} y u_{3} resultan, de acuerdo con la
ecuación mencionada anteriormente, en este caso los siguientes
valores u_{1} = 12,1 V, u_{2} = 12,18 V y u_{3} = 12,16 V.
Para los componentes individuales del diagrama
equivalente de la batería 10 representado en la figura 2, que es uno
de muchos diagramas equivalentes posibles, resultan para una batería
de 36Ah aproximadamente los siguientes valores: la inductividad L
es aproximadamente 0,17 \muH, la resistencia interna óhmica Ri es
aproximadamente 10 m\Omega, la resistencia óhmica de doble capa RD
es aproximadamente 2,5 m\Omega, la capacidad de doble capa
C_{D} es aproximadamente 10 F, el elemento de concentración óhmica
R_{K} es aproximadamente 220 m\Omega y la capacidad C_{K}
respectiva es aproximadamente 20 \cdot 10^{3}F. Puesto que el
verificador de la batería 20 no conoce el estado de carga del
condensador C_{K}, porque no conoce, en efecto, los precedentes de
la batería, y la constante de tiempo \tauK es aproximadamente 1,22
h, permanece oculta la tensión interna u_{0}. Hay que contar con
más de 12 horas para registrar u_{0} con seguridad.
Los elementos R_{k}, C_{k} y la constante de
tiempo \tau_{K} que resulta de ello no son esenciales para el
proceso de prueba propiamente dicho para la determinación de la
tensión de circuito abierto u1. esto es debido a que el proceso de
prueba se desarrolla en menos de 10 segundos. Son esenciales los
elementos R_{D} y C_{D} con la constante de tiempo \tau_{D}
\approx 25 ms, porque a partir de esta constante de tiempo se
seleccionan los valores para los tiempos de medición t_{1} y
t_{2}, especialmente t_{1} = t_{2} tan grandes o bien de la
misma magnitud, para asegurar en este caso que el condensador
C_{D} está cargado. Cuando se selecciona 0,5 segundos en cada caso
y una \tau_{D} de aproximadamente 25 ms, esto se da
claramente.
Con el procedimiento de acuerdo con la invención
y la disposición para su realización se determina, por lo tanto, de
una manera muy sencilla y fácil de manejar la tensión de circuito
abierto u_{1} o con otras palabras la tensión de los terminales
de una batería, que ha sido colocada en el estado libre de carga. No
obstante, la determinación no se realiza en el estado libre de
carga, sino en el estado cargado de la batería. Es ventajoso que el
verificador de la batería propiamente dicho no necesite ninguna
alimentación de corriente propia, sino que sea alimentado a partir
de la batería a verificar. En una configuración ventajosa, el
verificador de la batería 20 contiene una representación, que
representa el valor determinado de acuerdo con la invención de la
tensión de circuito abierto de la batería verificada.
Claims (7)
1. Procedimiento para la determinación de la
tensión de circuito abierto de una batería, caracterizado
porque la determinación se realiza a partir de una tensión bajo
carga, a cuyo fin se conecta un aparato de medición de la tensión
(20) en la batería (10) y se alimenta con tensión de servicio
(i_{B}) a través de la batería (10), cuya tensión de circuito
abierto (u_{1}) debe determinarse, se lleva a cabo una primera
medición de la tensión para la medición de un primer valor de la
tensión (u_{2}) después de la expiración de un cierto primer
tiempo de conexión (t_{1}), después de la expiración de otro
intervalo de tiempo (t_{2}) determinado se realiza una segunda
medición de la tensión para la medición de un segundo valor de la
tensión (u_{3}) con una carga elevada a través de una corriente
de prueba (i_{T}) y a partir de la diferencia de la tensión
calculada de los valores de la tensión (u_{2}, u_{3}) medidos
bajo carga en las mediciones de la tensión, se determina la tensión
de circuito abierto (u_{1}).
2. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, caracterizado porque el valor de la
corriente de prueba (i_{T}) se selecciona de la misma magnitud que
corresponde al valor de la corriente de servicio (i_{B}) (i_{B}
= i_{T}).
3. Procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los intervalos de
tiempo (t_{1}, t_{2}), después de los cuales se realizan la
primera medición de la tensión para la medición del primer valor de
la tensión (u_{2}) y después de los cuales se realiza la segunda
medición de la tensión (u_{3}) para la medición del segundo valor
de la tensión después de la elevación de la carga a través de la
corriente de prueba (i_{B}), se seleccionan de la misma magnitud
(t_{1} = t_{2}).
4. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque se determina la
tensión de circuito abierto (u_{1}) como la suma del primer valor
de la tensión (u_{2}), que se determina en la primera medición de
la tensión, y la diferencia del primer valor de la tensión
(u_{2}), que se determina en la primera medición de la tensión, y
del valor de la tensión (u_{3}), que se determina en la segunda
medición de la tensión, de acuerdo con la ecuación u_{1} = u_{2}
+ (u_{2} - u_{3}).
5. Procedimiento de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque se lleva a cabo
de forma controlada por medio de un microprocesador.
6. Disposición para la realización del
procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 o una de las
reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque como aparato de
medición de la tensión está previsto un verificador de la batería
(20), que contiene un microprocesador, con el que se controla el
ciclo de prueba, y porque el verificador de la batería (20) está
configurado de tal forma que recibe su corriente de servicio
(i_{B}) desde la batería (10) a verificar.
7. Disposición de acuerdo con la reivindicación
6, caracterizada porque el verificador de la batería (20)
contiene una representación, que representa el valor determinado de
la tensión de circuito abierto (u_{1}) de la batería (10)
verificada.
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