ES2287704T3 - Dispositivo y procedimiento para vigilar al menos un condensador de reserva de energia en un sistema de retencion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para vigilar al menos un condensador de reserva de energía (ER) en un sistema de retención, en donde el dispositivo está configurado para vigilar la resistencia interna óhmica (ESR) de al menos un condensador de reserva de energía (ER), y en donde el dispositivo está configurado para vigilar la capacidad de al menos un condensador de reserva de energía (ER), caracterizado porque el dispositivo para vigilar la resistencia interna (ESR) presenta un convertidor de tensión (400), que carga al menos un condensador de reserva de energía a un primer valor de tensión (u1) a través de la tensión de batería de automóvil, en donde el convertidor de tensión (400) está unido de tal modo a un micro-controlador (µC), que desde el convertidor de tensión (400) y en dependencia de una señal del micro-controlador (µC) puede cargarse al menos un condensador de reserva de energía (ER), de forma sincronizada, a un segundo valor de tensión (u3), en donde está previsto un rectificador de valores de pico que detecta el segundo valor de tensión, en donde la tensión en el rectificador de valores de pico después de la carga sincronizada desciende al tercer valor de tensión (u5) y porque mediante el micro-controlador (µC) puede determinarse la resistencia interna en dependencia de una diferencia de tensión del segundo y del tercer valor de tensión (u3, u5).
Description
Dispositivo y procedimiento para vigilar al
menos un condensador de reserva de energía en un sistema de
retención.
La invención se basa en un procedimiento o un
dispositivo para vigilar al menos un condensador de reserva de
energía en un sistema de retención, según el género de las
reivindicaciones independientes.
Del documento DE 197 15 571 A1 se conoce por
ejemplo vigilar la capacidad de un condensador, que se utiliza como
reserva de energía para un sistema de retención.
Del documento DE 101 18 299 A1 se conoce un
procedimiento para vigilar la resistencia interna de un condensador
de reserva de energía. Con ello se utiliza la diferencia de tensión
entre una subida repentina de la tensión en el condensador de
reserva de energía al principio de la fase de carga y de la tensión
al final de la fase de carga así como de la corriente de carga. Del
documento DE 200 05 783 U1 se conoce determinar la resistencia
interna de un condensador de reserva de energía mediante la carga de
un condensador de reserva de energía cargado por medio de una
corriente de prueba. Esta carga conduce a una caída de la tensión,
de tal modo que a partir de la caída de la tensión y de la
corriente de prueba puede determinarse la resistencia interna del
condensador de reserva de energía.
Conforme a las particularidades de las
reivindicaciones independientes se obtienen las ventajas del
procedimiento conforme a la invención o del dispositivo conforme a
la invención para vigilar un condensador de reserva de energía.
Con el envejecimiento de los condensadores
electrolíticos de aluminio, que se utilizan casi siempre como
condensadores de reserva de energía, se produce una modificación de
la capacidad y de la resistencia interna. Conforme aumenta el
número de circuitos de encendido, que tienen que encenderse cada vez
con más frecuencia en paralelo y con una corriente elevada, pierden
las soluciones actuales de tensión de reserva de energía y tensión
de batería del vehículo en eficacia, ya que a través de una
conexión cableada con una resistencia interna de entre 0,5 y 1
ohmios no puede ponerse a disposición suficiente corriente sin una
caída de tensión notable. Por este motivo es cada vez más
importante, aparte de la capacidad de los condensadores de reserva
de energía vigilar también de forma específica su resistencia
interna. Sólo por medio de esto puede garantizarse en el peor de
los casos que pueda producirse un encendido paralelo simultáneo con
elevada velocidad de encendido y elevada corriente de encendido. En
especial en el caso de circuitos de encendido con una mayor
resistencia de circuito, por ejemplo 6,5 ohmios. Aparte de esto se
garantiza con ello que, con una utilización simultánea del
acumulador de energía para abastecer aparatos de control, a causa
de la elevada toma de corriente durante el encendido de hasta 20
amperios, no se llegue a una caída temporal de la tensión de reserva
de energía por debajo del umbral de reset del suministro de
tensión, lo que conduciría a un fallo de todo el sistema en caso de
comportamiento crash. Si de detecta un error, es decir, una
resistencia interna demasiado elevada, esto se indica para que el
aparato de control puede intercambiarse con esta reserva de energía.
Esto se debe a que sólo es necesario para garantizar el
funcionamiento seguro de medios de retención en caso de
desconexión.
Actualmente se utiliza en la electrónica para
sistemas de retención, en especial en el aparato de control, para
encender el medio de retención una reserva de energía para la que se
usan uno o más condensadores. De este modo el encendido de los
medios de retención es independiente de oscilaciones y del estado de
la tensión de batería en el vehículo. El dispositivo conforme a la
invención o el procedimiento conforme a la invención puede
aplicarse tanto con un condensador de reserva de energía como con
varios condensadores de reserva de energía.
El procedimiento para determinar la resistencia
interna del condensador de reserva de energía puede desarrollarse
de la manera siguiente:
En un primer paso se carga el condensador
mediante el convertidor de tensión hasta un primer valor de tensión,
que es superior a la tensión de batería. Esto es necesario para
llevar a cabo la medición por encima de la tensión de batería, ya
que puede ser que la tensión de batería como batería esté acoplada
directamente al condensador de reserva de energía y, de este modo,
la medición podría dado el caso falsearse. Sin embargo, si el
condensador de reserva de energía se carga por encima de la tensión
de batería, la medición es independiente del comportamiento de la
tensión de batería. Para crear condiciones iniciales definidas se
desconecta el convertidor y se produce una bajada abrupta de la
tensión a través de la resistencia interna del condensador
electrolítico. Esta tensión debe caer después sin embargo a través
de otro elemento constructivo en el circuito de corriente. Para
esto se utiliza por un lado el condensador del rectificador de
valores de pico y el divisor de tensión, que está postconectado al
rectificador de valores de pico. Este comportamiento no se produce
sin embargo instantáneamente, sino con un determinado retraso de
tiempo, de tal modo que durante un tiempo determinado se espera que
se ajuste oscilando un valor estático. Este tiempo se determina
fundamentalmente mediante la reducción de la energía en la bobina
del convertidor de conexión, de las constantes de tiempo del
rectificador de valores de pico, del paso bajo de medición así como
corrientes de carga disponibles a la salida del rectificador de
valores de pico. El valor de la tensión, que cae a través de la
resistencia interna del condensador de reserva de energía en el
momento de la desconexión, se obtiene del valor de la resistencia
interna y de la corriente de carga en ese momento, en donde la
corriente de carga se ha entregado al condensador. Después de este
tiempo de espera hasta que se haya ajustado oscilando el valor
estático, se carga de nuevo el condensador de reserva de energía
mediante el convertidor. Mediante la consideración temporal
modificada el estado de carga del condensador de reserva de energía
permanece casi invariable, mientras que la tensión a través del
condensador de reserva de energía es pulsatoria a la cadencia del
convertidor de conexión. La tensión ux a la salida del rectificador
de valores de pico asume el valor de pico de la tensión pulsatoria.
Después de esto se desconecta de nuevo el convertidor, hasta que se
haya formado un valor estático. Como se ha representado
anteriormente, de la diferencia entre el valor cargado y el valor
estático que ha bajado del rectificador de valores de pico puede
establecerse la resistencia interna del condensador de reserva de
energía.
El tiempo durante el cual se desconecta el
convertidor se elige dependiendo de la energía residual de bobina,
de las constantes de tiempo del rectificador de valores de pico, del
paso bajo de medición y de las corrientes de carga disponibles a la
salida del rectificador de valores de pico. El tiempo de carga
durante la segunda carga se elige de tal modo que la capacidad del
rectificador de valores de pico se eleva hasta el valor de pico, de
la segunda tensión causada por la corriente de carga sincronizada en
la resistencia interna del condensador de reserva de energía con
relación a la tensión en la verdadera capacidad. El procedimiento
conforme a la invención se lleva a cabo con preferencia durante el
arranque en frío, ya que con relación al condensador electrolítico
el vehículo se encuentra en el estado más frío.
El convertidor de tensión carga el condensador
de reserva de energía de forma sincronizada. Para determinar la
resistencia interna del condensador de reserva de energía se
necesita un funcionamiento de convertidor de conexión con amplitud
de corriente pulsatoria conocida, para determinar, de la diferencia
de tensión observada entre el valor de pico cuando el convertidor
está activado y el valor que ha descendido, cuando el convertidor
está desactivado, la resistencia interna del condensador de reserva
de energía. El funcionamiento del convertidor de conexión es
necesario debido a que la tensión en la reserva de energía y con
ello todo el proceso de medición están situados por encima de la
tensión de batería del vehículo. El convertidor ascendente
sincronizado aquí utilizado determina el valor de pico de la
corriente de bobina en el ramal transversal del convertidor.
Mediante las medidas y los perfeccionamientos
citados en las reivindicaciones subordinadas son posibles mejoras
ventajosas del dispositivo o procedimiento, indicado en las
reivindicaciones independientes, para vigilar al menos un
condensador de reserva de energía.
Es especialmente ventajoso que el dispositivo
determine, mediante una secuencia temporal de al menos un proceso
de carga y una interrupción de este proceso, la resistencia interna
del condensador de reserva de energía. De este modo pueden
establecerse precisamente parámetros eléctricos definidos, que son
influenciados por la resistencia interna. De este modo es después
posible consecuentemente determinar la resistencia interna mediante
el micro-controlador en el aparato de control. Si se
utilizan varios procesos de carga y descarga, la medición es más
robusta.
Asimismo es ventajoso que para vigilar la
resistencia interna estén previstos un convertidor de tensión, un
rectificador y un divisor de tensión. Con ello el convertidor de
tensión sirve para cargar al menos un condensador de reserva de
energía y el rectificador postconectado al condensador de reserva de
energía y el divisor de tensión para medir los parámetros
eléctricos, que sirven para determinar la resistencia interna del
condensador de reserva de energía. El rectificador tiene que ser un
rectificador de valores de pico, mientras que el divisor de tensión
está configurado adicionalmente como paso bajo. De este modo se
impide que picos de tensión de corta duración influyan en la
medición. El convertidor de tensión presenta con preferencia una
regulación para su tensión inicial para, después de una fase de
carga del condensador de reserva de energía, mantener la tensión de
salida en una banda de regulación definida.
En un perfeccionamiento está previsto que esté
previsto un transistor longitudinal en el convertidor de tensión.
Este transistor longitudinal hace posible un control del acceso de
la tensión de batería al condensador de reserva de energía. Esto
rebaja la potencia de pérdidas durante la medición, ya que puede
medirse a una tensión menor.
Asimismo puede eliminarse, mediante el bloqueo
del transistor longitudinal durante la medición, la influencia de
la tensión de batería en la medición.
En el dibujo se han representado ejemplos de
ejecución de la invención, que se explican con más detalle en la
siguiente descripción.
Aquí muestran
la figura 1 un primer esquema de conexiones del
dispositivo conforme a la invención,
la figura 2 un diagrama
tensión-tiempo del proceso de carga y descarga del
condensador de reserva de energía,
la figura 3 un diagrama de flujo del
procedimiento conforme ala invención,
la figura 4 un esquema de conexiones en bloques
del dispositivo conforme a la invención y
la figura 5 un segundo esquema de conexiones del
dispositivo conforme a la invención.
A continuación se describe cómo conforme aumenta
la resistencia interna del condensador de reserva de energía el
sistema de retención reacciona correctamente, por medio de que en el
caso de una resistencia interna peligrosamente alta lo indica para
conseguir una sustitución de la electrónica. La señal puede
facilitarse visualmente al conductor por ejemplo en el tablero de
instrumentos mediante una indicación, puede producirse una emisión
acústica o también adicionalmente puede tener lugar una toma de
contacto a través de una estación de
emisión-recepción, por ejemplo un teléfono móvil,
para contactar con un taller o con otra instalación de servicio.
Esta podría informar después al conductor de que ahora hace falta
una sustitución.
Para llevar acabo o materializar el dispositivo
conforme a la invención deben cumplirse las siguientes premisas:
Es necesario prever un convertidor ascendente
sincronizado con frecuencia de convertidor de conexión fija o
variable. La tensión de carga del condensador de reserva de energía
debe ser en último término superior a la tensión máxima de
abastecimiento del sistema de airbag. De este modo la medición se
lleva a cabo en un margen que no puede verse afectado por otras
magnitudes. A continuación se muestra un convertidor con una
bobina. El convertidor debe presentar una detección de la corriente
de bobina en el ramal transversal, para conmutar al ramal
longitudinal tras alcanzar la corriente de bobina máxima autorizada.
La corriente de bobina máxima en funcionamiento de carga
sincronizado debería ser de entre 0,4 y 1,2 A. Este margen de
valores es normal para cargar, en sistemas de airbag entre medianos
y grandes, incluso grandes reservas de energía de hasta 20 mF en
tiempos < 10 segundos a 33\pm2 voltios. Si es éste el caso,
pueden analizarse resistencias internas del condensador de reserva
de energía con una resolución de entre 32 y 96 m\Omega. Como es
natural, también son posibles mayores corrientes de bobina con una
resolución todavía mejor de la medición de la resistencia
interna.
El convertidor debe poder conectarse y
desconectarse mediante un procesador o
micro-controlador del aparato de control de airbag.
A la reserva de energía debe postconectarse un rectificador de
valores de pico compuesto de un diodo y por ejemplo de un
condensador cerámico. El diodo y el condensador cerámico no
representan ninguna pieza en sistemas de airbag diseñados de forma
óptima, sino que casi siempre ya están disponibles para unir las
etapas finales de sistemas de retención con la reserva de energía.
Es decir, este rectificador de valores de pico está disponible de
todas formas. La tensión del rectificador de valores de pico del
condensador de reserva de energía debe dividirse a través de un
divisor de tensión que, o bien está dispuesto discretamente entre
el diodo y masa o se ha integrado en un circuito integrado, por
ejemplo integrado en el IC de etapa final y se ha conectado como
filtro de paso bajo. El filtro de paso bajo se obtiene mediante una
cerámica discreta entre las dos resistencias parciales y masa, o el
filtro de paso bajo se obtiene mediante un conexionado
correspondiente de un amplificador operativo para detectar la
tensión de divisor, por ejemplo integrado en el IC de etapa final.
La tensión del rectificador de valores de pico debe poder detectarse
asimismo por un convertidor analógico-digital, que
esté unido en serie o paralelo al micro-controlador
a través de una conexión de comunicación digital, o forma parte del
IC de etapa final y está unido en serie o paralelo al
micro-controlador a través de una conexión de
comunicación digital.
En la figura 4 se ha representado un esquema de
conexiones en bloques como un resumen del dispositivo conforme a la
invención. Un convertidor de tensión 400 convierte la tensión de
batería U_{Bat} a un valor mayor, con el que se carga un
condensador de reserva de energía ER postconectado. Este condensador
de reserva de energía presenta una resistencia interna ESR a través
del cual circula la corriente de carga del convertidor de tensión
400. Al condensador de reserva de energía ER está postconectado un
rectificador 401. Este rectificador impide un encendido inadvertido
a causa de un impulso de tensión positivo indeseado en el
dispositivo de encendido 403 postconectado o las conexiones del
elemento de encendido, ya que sin este rectificador 401 el elemento
de encendido estaría unido a través de los diodos traseros de los
transistores de etapa final a la reserva de energía y, por ello, en
el caso de una diferencia de potencial conduce corriente. Entre el
rectificador 401 y el dispositivo de encendido 403 se ha conectado
en paralelo un divisor de tensión 402, que también está configurado
como paso bajo. Este divisor de tensión 402 sirve para medir la
resistencia interna ESR, como se describe a continuación. La
tensión medida en el divisor de tensión 402 se alimenta al
micro-controlador \muC, y precisamente de forma
directa a su convertidor analógico-digital.
Dependiendo del valor con ello determinado de la resistencia
interna ESR del condensador de reserva de energía ER el
micro-controlador \muC activa una indicación 404,
que indica si la resistencia interna ESR tiene un valor tan elevado
que es necesario una sustitución del aparato de control de airbag,
en el que se encuentra el condensador de reserva de energía ER.
Esta indicación 404 puede ser una lámpara en el tablero de
instrumentos, una indicación sobre una pantalla, una declaración
hablada o una información transmitida por radio a una empresa de
servicios.
La figura 1 muestra en un esquema de conexiones
el dispositivo conforme a la invención en detalle. En el bloque 100
se ha representado el convertidor de tensión. Una bobina 117 se ha
dispuesto en el exterior del bloqueo 100, ya que todos los
componentes en el bloque 100 están integrados en un IC. La bobina
117, que está configurada como bobina de copa, no puede integrarse
en el IC. La bobina 117 está unida por un lado a la tensión de
batería U_{Bat} o a la tensión de batería VZP protegida contra
polarización y, por el otro lado, al ánodo de un diodo 109 y por
ejemplo a la conexión de drenaje de un transistor 118. La puerta del
transistor 118 se activa mediante un activador de conmutador 116. A
la conexión de fuente del transistor 118 está conectada una primera
entrada de un comparador 113 y una resistencia 112. En el otro lado
la resistencia 112 está unida a masa y a la segunda entrada del
comparador 113. El cátodo del diodo 109 está unido por un lado a la
resistencia 110, y por otro lado por fuera del IC 100 a la
resistencia interna del condensador de reserva de energía ESR y al
ánodo del diodo D de un rectificador de valores de pico 101. La
resistencia 101 está unida por su otro lado a una primera entrada
de un amplificador operativo 114 y a una resistencia 111. La
resistencia 111 está unida a masa por el otro lado. De este modo
las resistencias 110 y 111 forman un divisor de tensión. La segunda
entrada del amplificador operativo 114 recibe una tensión de
referencia, de tal modo que se produce una comparación de la
tensión recogida por los divisores de tensión 110 y 111 y esta
tensión de referencia mediante el amplificador operativo 114. La
salida del amplificador operativo 114 se convierte en una primera
entrada de un comparador 115. Con la segunda entrada del comparador
115 hace contacto una señal en diente de sierra. La salida del
comparador 115 se convierte en una primera entrada del activador de
conmutador 116. A una segunda entrada del activador de conmutador
116 está conectada la salida del comparador 113. A una tercera
entrada del activador de conmutador 116 está conectada una línea de
señal del micro-controlador \muC o la línea de
control, que a causa de comunicación en serie o paralelo entre el
micro-controlador y el convertidor de conexión IC
transmite al activador de conmutador la orden lógica convertidor de
conexión activado o desactivado.
La resistencia interna ESR está unida por su
otro lado a la capacidad ER del condensador de reserva de energía.
La capacidad ER está unida a masa por el otro lado. La resistencia
interna del condensador electrolítico no es un elemento
constructivo, sino la descripción modelada para las pérdidas
óhmicas. El cátodo del diodo D está unido por un lado a la
capacidad C_{peak\_D} y a la resistencia R1 así como al circuito
en paralelo formado por el transistor 104 y el cátodo del diodo
106. El transistor 104 y el diodo 106 están unidos precisamente por
su otro lado al elemento de encendido 108. El transistor 104 está
integrado exclusivamente con su fuente y su drenaje en el circuito.
Aquí actúa como conmutador High-Side. El conexionado
de su puerta no se ha representado aquí para mayor sencillez. El
elemento de encendido 108 está unido por el otro lado al
Low-Side del ASIC de etapa final 103, y
precisamente con ello al drenaje de un transistor 105 y al cátodo
del diodo 107, que está conectado al ánodo de masa y al drenaje del
transistor 105. La resistencia R1 pertenece al divisor de tensión
102, en donde la resistencia R1 está conectada por su otro lado a la
resistencia R2 y al condensador 109. Tanto el condensador 109 como
la resistencia R2 están conectados a masa por el otro lado.
El convertidor de tensión 100 convierte la
tensión de batería VZP a un valor superior, para cargar la capacidad
ER hasta un valor situado por encima de la tensión de batería. Con
ello el convertidor de tensión 100 funciona en estado sincronizado,
es decir, en estado de carga se genera energía en la bobina mediante
la corriente de bobina creciente hasta Isp_{max} en el ramal
transversal mediante el transistor de conexión 118 del convertidor,
para eliminarse de nuevo en la fase de bloqueo del transistor de
conexión 118 como impulso de corriente de carga sobre el
condensador de reserva de energía ER. De este modo se dispone de un
llamado convertidor de bloqueo.
La sincronización del convertidor de tensión 100
se produce a través de la señal de oscilador OSC, que se alimenta
al comparador 115. Esta se modula con relación a la anchura de
impulso mediante el bucle de retroacoplamiento procedente del
divisor de tensión 110 y 111 y del amplificador operativo 114, que
compara la tensión recogida por el divisor de tensión 110 y 111 con
un valor de referencia REF. De este modo se consigue una modulación
de anchura de impulso. El retroacoplamiento a través del comparador
113 sirve para limitar la corriente de bobina en la fase de carga
del convertidor de bloqueo a un valor máximo. El diodo 109 sirve de
protección contra polarización. La corriente de carga I_{SP}
fluye según esto, por un lado, a través de la resistencia interna
ESR y del condensador ER y, por otro lado, a través del diodo D y de
este modo carga la pequeña capacidad C_{peak\_D} hasta un valor
de pico de tensión, que puede recogerse a través de las resistencias
R1 y R2.
El dimensionado de las resistencias R1 y R2 y
del condensador 109 y del condensador C_{peak\_D} se produce de
tal modo, que la corriente de carga se alimenta sobre todo al
condensador ER. El High-Side 104 está bloqueado y
el diodo 106 está conectado de tal modo, que bloquea la corriente de
carga respecto al convertidor 100. Si se desconecta el convertidor
de tensión 100 y U_{ER} > VZP, después de una bajada muy breve
de la corriente de bobina ya no fluye corriente de carga hasta el
condensador ER y ya no es necesaria la caída de tensión a través de
la resistencia interna ESR. Esta caída presenta también la tensión
201 en la figura 2, tramo 202 del rectificador de valores de pico
postconectado.
La tensión 201 = ux del rectificador de valores
de pico se divide de tal modo a través del divisor de tensión 102
compuesto por R1 y R2 y se filtra de tal modo mediante 109, que
puede alimentarse a un convertidor analógico-digital
de un micro-controlador \muC para medir la
tensión.
El micro-controlador puede
calcular, a partir de la caída observada de la tensión en el
rectificador de valores de pico y del conocimiento de la corriente
de bobina máxima de la resistencia interna (ESR) del condensador de
reserva de energía, cuándo el micro-controlador
puede influir por otro lado en el funcionamiento del convertidor de
bloqueo y tiene un conocimiento preciso sobre la magnitud de la
tensión de batería U_{B}, (VZP) así como de la tensión de energía
de reserva.
La figura 2 visualiza el método de medición en
un diagrama de tensión-tiempo. Sobre la ordenada se
ha plasmado la tensión 200 = U_{ER} (tensión en el condensador de
reserva de energía incluyendo la resistencia interna respecto a
masa) y 201 = ux (tensión de salida del rectificador de valores de
pico respecto a masa) y sobre la abscisa el tiempo. En un primer
tramo 203 el convertidor de tensión 400 está conectado mediante el
micro-controlador \muC, de tal modo que se
produce una carga del condensador ER a través de la tensión de
batería U_{B} o VZP. En el tramo de tiempo 202 se desconecta
después mediante el micro-controlador \muC el
convertidor de tensión 400. A causa del pequeño aumento de tensión
y para aclarar desarrollos de tiempo rápidos se ha aumentado la
escala en la dirección de tensión y de tiempo (zoom). De aquí en
adelante, ya que no fluye corriente de carga a través de la
resistencia ESR, puede prescindirse de la caída de tensión a través
de esta resistencia. Sin embargo, esto no se produce de inmediato,
sino con un determinado retardo a causa de la reducción de la
corriente de bobina con relación a 200 = U_{ER} y del filtrado
adicional de paso bajo en el convertidor de valores de pico con
relación a 201 = ux. Por ello se espera un tiempo Toff, hasta que se
centra un valor estático. Este valor se designa aquí con relación a
20 1 =ux con u2. Como tiempo Toff se ha calculado aquí un tiempo de
\pm2 \cdot 0,5 ms.
Después viene una fase 204, en la que el
convertidor de tensión se conecta en el marco de la medición ESR de
la reserva de energía. De aquí en adelante se ha representado
claramente la carga sincronizada del condensador ER. Este tiempo en
el tramo de tiempo 204 tiene aquí una duración de 0,5 ms. Tiene como
consecuencia que se produce una carga del rectificador de valores
de pico al valor u3, mientras que UER supera este valor sólo de
forma sincronizada en una tensión de diodo así como en un pequeño
aumento del valor base de tensión de la capacidad de reserva de
energía. En la figura 2 se trata de 201 ó 200 en el tramo 204.
Después del tramo de tiempo 204 viene el tramo
de tiempo 205, en el que se desconecta a su vez el convertidor de
tensión y se ajusta la tensión u5 respecto a masa, a la salida del
rectificador de valores de pico, después de un tiempo de espera de
2 \cdot 0,5 ms después de reducirse todas las constantes de
tiempo.
Las tensiones divididas linealmente de forma
correspondiente a la salida del divisor de tensión 102, marcadas
con U mayúscula (u2\rightarrowU2, u3\rightarrowU3,
u5\rightarrowU5), se reproducen para calcular la resistencia
interna (ESR) de la reserva de energía en el ADC del
micro-controlador.
La tensión de la reserva de energía se eleva
primero mediante la carga hasta un valor en el que no debe influirse
mediante U_{Bat} (VZP), por ejemplo 23 voltios, para ser
independiente de la batería. Después de esto se desconecta el
convertidor de tensión 400 y, después de un tiempo de espera Toff,
se mide la tensión en el rectificador de valores de pico 401. El
tiempo de espera Toff se elige de tal modo, que la energía en la
bobina de convertidor se reduce y se reduce la tensión de pico
indefinida del rectificador de valores de pico, mediante la
corriente inicial definida de las etapas finales conectadas y/o
mediante la carga óhmica del divisor de tensión, hasta la tensión
estática UER-UD, y además han transcurrido 4\tau
de un filtro de paso bajo postconectado, siendo \tau la constante
de tiempo del filtro de paso bajo. Toff se ha elegido por ejemplo
con 1 ms, que se corresponde por ejemplo con dos retículos de
tiempo real del micro-controlador.
Un cálculo de Toff se obtiene de Toff \approx
dt1 +dt2 + dt3: bobina de convertidor Lsp * Isp^{2} = C_{ER} *
(u_{ER}^{2} - u_{ER0}^{2}), de donde se obtiene du_{ER} =
3.1 mV con C_{ER}=2.2 mF, con lo que dt1 = 5.7 \mus
Rectificador de valores de pico: ESR_{max} *
Isp_{max} * C_{peak\_D} / IL = dt2 = 800 \mus filtro de paso
bajo (formado por 102 y 109 en la figura 1): 4\tau = dt3 = 100
\mus
Toff>=dt1+dt2+dt3= 905,6
\mus, eligiéndose Toff= 2*0,5
ms
Parámetros de cálculo: IL = 1,2 mA para el
abastecimiento del IC de etapas finales en el ER y el divisor así
como ESR_{max} = 4 \Omega, Isp_{max} = 1,2 A, C_{peak\_D} =
200 nF, u_{ER0} = 18 voltios, C_{ER} = 2,2 mF, Lsp = 220
\muH.
Después de produce un análisis de la pérdida de
tensión de la reserva de energía en el tiempo Toff mediante
corrientes de carga de reserva de energía estáticas habituales. Para
una reserva de energía de la capacidad C_{ER} se obtiene para una
corriente de carga IL en el tiempo Toff la siguiente modificación
de tensión:
du_{ERoff} =
1L *
Tw/C_{ER}.
Con C_{ER} = 2,2 mFm, IL = 1,2 mA, Tw = 1 ms,
se obtiene du_{ERoff}= 1,2 mA * 1 ms/2,2 mF = 0,55 mV.
Esto muestra que para reservas de energía
habituales de entre 2,2 y 20 mF du_{ERoff} es tan pequeña que
puede despreciarse.
A continuación se indica la ecuación (Glg.) para
U2:
Glg.1U2=Ux(t=Toff)=Ux(t=2*500
\mus)= Rdiv*[u_{ER}(t=Toff)-U_{D}]=1449
mV;
parámetros de
cálculo:
Rdiv=R1/R1+R2=0.0833; U_{D}= 0.8V; zB.
u_{ER}(t=Toff)=U_{ER}(t=0)-Isp_{max}*ESR=18.2V
si U_{ER}(t=0)=23V con Isp=
Isp_{max}, Isp_{max}=1.2A y ESR=ESR_{max}=4\Omega
Isp_{max}, Isp_{max}=1.2A y ESR=ESR_{max}=4\Omega
Después se conecta en convertidor y se inicia un
tiempo Ton. Ton se ha elegido aquí con 500 \mus. Ton se elige con
ello de tal modo, que la tensión de reserva de energía permanece
casi invariable, pero el rectificador de valores de pico se eleva
hasta el valor a causa de una caída de tensión a través de la
resistencia de reserva de energía.
\newpage
A continuación se indica la ecuación para
U3:
Glg.2U3 =
Ux(t=Toff+Ton)=Ux(3*500 \mus)=Rdiv *
[u_{ER}(t=Toff+Ton)+Isp_{max}*ESR-U_{D}]
\vskip1.000000\baselineskip
Glg.4ESR =
(U3-U2)/(Rdiv *
Isp_{max}),
\vskip1.000000\baselineskip
con la siguiente simplificación
u_{ER}(t=Toff+Ton)\approx
u_{ER}(t=Toff).
La imprecisión de esta simplificación puede
mejorarse mediante los siguientes métodos: la ulterior carga de la
reserva de energía en el tiempo Ton se calcula primero du_{ERon}
\approx [(Isp_{max}/3) *500 \mus)]/C_{Ern}, con por ejemplo
Isp_{max}= 1.2, C_{Ern} = 2.200 \muF, y se obtiene du_{ERon}
= 90 mV.
Esto conduce a una mejor determinación de la
resistencia interna ESR. En consecuencia la ecuación 4 debe
modificarse de la manera siguiente:
Glg.5ESR =
(U3-d_{UERon}-U1)(Rdiv*Isp_{max})
\hskip0,2cm \abreexcla{1}en donde U1 es
desconocida!,
La medición se amplía mediante la adición del
valor de medición u5.
Después de la medición de U3 se desconecta el
convertidor. De nuevo se espera el tiempo de espera Toff hasta que
el medidor de valores de pico indica de nuevo la tensión
cuasiestática UER-UD, después se mide, y
precisamente u5 o U5. Por medio de esto puede expresarse la
ecuación 5 de la siguiente manera sin la incógnita:
Glg.6ESR =
(U3-(U5-U1)-U1)/(Rdiv * Isp_{max})
= (U3-U5)/(Rdiv *
Isp_{max})
Como tolerancia para determinar la resistencia
interna permanecen
aa) la tolerancia de la medición de tensión, que
fundamentalmente se obtiene sólo mediante el divisor de tensión. La
tensión de referencia del convertidor
analógico-digital no se incluye a causa de la rápida
secuencia de medición, siempre que ésta se filtre lo
suficiente.
bb) un tolerancia de \pm1 bit del convertidor
analógico-digital se corresponde, en el caso de un
convertidor analógico-digital de 10 bits con una
tensión de referencia de 3,3 V con relación a la tensión de medición
Ux, con un valor de 3 8,76 mV
cc) la tolerancia de la corriente de bobina
máxima ISP_{max}. Esta puede mantenerse a \pm 33% mediante un
diseño adecuado del regulador de conexión o llevarse a una precisión
máxima, por ejemplo del 3%, mediante el ajuste por ejemplo a través
de una resistencia de referencia.
El rectificador de valores de pico compuesto del
diodo D y de la capacidad C_{peak\_D} son elementos constructivos
necesarios para determinar la resistencia interna de la reserva de
energía según el procedimiento anteriormente descrito. Sin embargo,
los elementos constructivos ya forman parte normalmente de un
aparato de control de airbag, para hacer posible la protección
contra polarización de los circuitos de encendido, en el caso de
cortocircuito según U_{Bat}, con respecto a la reserva de
energía.
La figura 3 muestra en un diagrama de flujo el
procedimiento conforme a la invención. En el paso de procedimiento
300 se produce la carga hasta el valor antes citado de por ejemplo:
U_{ER}=23 voltios (\approxu_{ER} si ESR\approx0). Se elige
u_{ER}> U_{Bmax}. En el ADC del
micro-controlador ux alcanza el valor U1. En el
paso de procedimiento 301 se desconecta el convertidor y la
corriente cae a cero, de tal modo que la tensión desciende a U2. En
el paso de procedimiento 302 se produce después a su vez el
funcionamiento de carga de ER, en donde la tensión en el
rectificador de valores de pico 101, 401 se carga a u3 o U3 a la
entrada del ADC, para a su vez en el paso de procedimiento 303
desconectar el convertidor, de tal modo que de nuevo se produce un
descenso a U5. De las diferencias de tensión y teniendo en cuenta
los restantes parámetros eléctricos puede determinarse después en
el paso de procedimiento 304 la resistencia interna del condensador
de reserva de energía.
En la figura 5 se ha representado otro ejemplo
de ejecución de una ESR combinada y la medición de capacidad de una
reserva de energía central.
La figura 1 se ha ampliado con ello primero en
un transistor longitudinal 119 adicional. El transistor longitudinal
119 está unido, con un electrodo exterior, a la tensión de batería
VZP, y con el otro electrodo exterior a la bobina 117. El electrodo
central está unido a un activador de conmutador 120. El activador de
conmutador 120 se controla mediante el
micro-controlador \muC. El transistor longitudinal
119 está insertado de este modo, en comparación con la figura 1, en
le línea de conexión entre el VZP y la bobina 117. Por lo demás
todos los elementos constructivos y las conexiones son iguales.
Mediante este transistor 119 puede controlarse
el acceso de la tensión de batería a la reserva de energía del
\muC.
Si el transistor 119 está desconectado, la
reserva de energía tampoco puede precargarse mediante UB (VZP).
Si el transistor 119 está conectado, el ER se
carga a UB (VZP).
Después de esto puede descargarse algo la
reserva de energía mediante la fuente de corriente aumentada, sin
ser perturbada por la UB con una menor tensión de ER, para medir la
capacidad. A partir de Icap_test, del tiempo de descarga elegido y
del aumento de tensión observado en el ER puede calcularse la
capacidad del ER.
Las ventajas de este ejemplo de ejecución son la
carga previa controlada del \muC a UB (VZP). Una prueba de
capacidad del ER con menor tensión de ER conduce a la reducción de
la potencia de pérdidas en la fuente de corriente de medición para
la medición de capacidad. La medición de capacidad del ER y la
medición de la ESR pueden realizarse, en el caso de un transistor
longitudinal bloqueado, sin perturbaciones debidas a corrientes
transitorias en la línea de abastecimiento, ya que el acceso de la
UB (VZP) durante las mediciones está eliminado.
Las líneas de control de \muC
\muC-ON/OFF, \muC-ON/OFF_2,
\muC-ON/OFF_3 pueden controlarse, aparte de
mediante la conexión directa a \muC, también con una lógica
disponible en el ASIC, en donde ésta se comunica con el \muC a
través de un interfaz serie o paralelo, para recibir las órdenes o
confirmar su ejecución.
Claims (11)
1. Dispositivo para vigilar al menos un
condensador de reserva de energía (ER) en un sistema de retención,
en donde el dispositivo está configurado para vigilar la resistencia
interna óhmica (ESR) de al menos un condensador de reserva de
energía (ER), y en donde el dispositivo está configurado para
vigilar la capacidad de al menos un condensador de reserva de
energía (ER), caracterizado porque el dispositivo para
vigilar la resistencia interna (ESR) presenta un convertidor de
tensión (400), que carga al menos un condensador de reserva de
energía a un primer valor de tensión (u1) a través de la tensión de
batería de automóvil, en donde el convertidor de tensión (400) está
unido de tal modo a un micro-controlador (\muC),
que desde el convertidor de tensión (400) y en dependencia de una
señal del micro-controlador (\muC) puede cargarse
al menos un condensador de reserva de energía (ER), de forma
sincronizada, a un segundo valor de tensión (u3), en donde está
previsto un rectificador de valores de pico que detecta el segundo
valor de tensión, en donde la tensión en el rectificador de valores
de pico después de la carga sincronizada desciende al tercer valor
de tensión (u5) y porque mediante el
micro-controlador (\muC) puede determinarse la
resistencia interna en dependencia de una diferencia de tensión del
segundo y del tercer valor de tensión (u3, u5).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo está configurado de tal
modo que el dispositivo determina, mediante una secuencia temporal
de al menos un proceso de carga (204) y una interrupción del
proceso de carga (205) del condensador de reserva de energía (ER),
la resistencia interna (ESR).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque para vigilar la resistencia interna
(ESR) está previsto un divisor de tensión (402, 102) unido al
convertidor de tensión (100, 400).
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el convertidor de tensión (100, 400)
presenta una regulación para su tensión de salida.
5. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque el divisor de tensión (102, 402) está
configurado como paso bajo.
6. Dispositivo según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el
convertidor de tensión (100, 400) está previsto un transistor
longitudinal (119), que controla un control del acceso de la tensión
de batería (VZP) al condensador de reserva de energía (ER).
7. Procedimiento para vigilar al menos un
condensador de reserva de energía (ER) en un sistema de retención,
en donde se vigila la resistencia interna (ESR) de al menos un
condensador de reserva de energía (ER), y en donde se vigila la
capacidad (ER) de al menos un condensador de reserva de energía,
caracterizado porque la resistencia interna (ESR) se vigila
por medio de que en un primer paso el condensador de reserva de
energía (ER) se carga a un primer valor de tensión (23 voltios) por
encima de la tensión de batería del automóvil, porque en un segundo
paso la carga se interrumpe durante un primer tiempo (Toff), porque
en un tercer paso durante un segundo tiempo (Ton) el condensador de
reserva de energía (ER) se carga de nuevo de forma sincronizada
durante el segundo tiempo (Ton) a un segundo valor de tensión (u3),
en donde un rectificador de valores de pico (101, 401) detecta el
segundo valor de tensión (u3), porque en un cuarto paso la carga se
interrumpe durante un tercer tiempo (Toff), de tal modo que la
tensión en el rectificador de valores de pico desciende a un tercer
valor de tensión (u5), y porque en un quinto paso se determina la
resistencia interna (ESR) a partir de la diferencia de tensión
entre el segundo y el tercer valor de tensión (u5, u3).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado porque la resistencia interna se determina
mediante una secuencia temporal de al menos un proceso de carga y
una interrupción del proceso de carga.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 u 8, caracterizado porque el primer tiempo
se elige en dependencia de una constante de tiempo de un paso bajo
(103, 402), postconectado al condensador de reserva de energía
(ER), y de una reducción de tensión de un rectificador (101, 401)
postconectado a un condensador de reserva de energía (ER).
10. Procedimiento según la reivindicación 9,
caracterizado porque el segundo tiempo se elige de tal modo,
que el rectificador de valores de pico (101, 401) se eleva hasta el
segundo valor de tensión (u3).
11. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 7 a 10, caracterizado porque el tercer
tiempo (Toff) se elige igual al primer tiempo.
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