ES2288943T3 - Aparato de medicion de corriente para bateria. - Google Patents
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Abstract
Un aparato para medir corriente eléctrica que pasa hacia y desde un borne (116) de batería, que comprende: - una resistencia (12) para proporcionar una conexión eléctrica a un borne (116) de la batería, teniendo la resistencia (12) una resistencia conocida y una primera superficie de conducción y una segunda superficie de conducción, en la que el flujo de corriente desde el borne (116) se desplaza a través de la resistencia (12) desde la primera superficie de conducción hacia la segunda superficie de conducción de la resistencia (12) y el flujo de corriente hacia el borne se desplaza a través de la resistencia (12) desde la segunda superficie de conducción hacia la primera superficie de conducción de la resistencia (12); - un primer conductor (18) conectado eléctricamente a la primera superficie (14) de conducción de la resistencia (12); y - un segundo conductor (20) conectado eléctricamente a la segunda superficie (16) de conducción de la resistencia (12); caracterizado porque la resistencia (12) tiene la forma de un manguito para recibirse coaxialmente sobre el borne (116) de la batería, en la que una superficie (14) de manguito interior forma la primera superficie y una superficie (16) de manguito exterior forma la segunda superficie, y porque la resistencia (12) está conectada directamente entre el borne (116) de la batería y un terminal (120) de la batería.
Description
Aparato de medición de corriente para
batería.
La presente solicitud reivindica prioridad de la
solicitud de patente estadounidense provisional con número de serie
60/194.435, presentada el 4 de abril de 2000, que está transferida
al cesionario de la presente invención e incorporada en el presente
documento por referencia.
La presente invención se refiere a baterías y,
más en particular, a un aparato para medir flujo de corriente hacia
y desde un borne terminal de una batería.
La presente invención se describe junto con una
batería de plomo-ácido del tipo utilizado para proporcionar
potencia de arranque en vehículos, tales como automóviles, camiones
y motocicletas. Este tipo de batería incluye en general una carcasa
de plástico que contiene placas de plomo positiva y negativa
sumergidas en un electrolito ácido. Las placas están separadas por
láminas no conductoras, y una banda de plomo positiva conecta las
placas positivas mientras que una banda de plomo negativa conecta
las placas negativas. Los bornes de plomo están conectados a cada
banda y se extienden a través de la carcasa, y los terminales de la
batería positivo y negativo de plomo están fijados a los extremos
de los bornes fuera de la carcasa para recibir conectores de
cable.
Actualmente, los medios para monitorizar el
estado de las baterías miden normalmente la tensión proporcionada
entre los terminales de la batería. Sin embargo, la tensión de la
batería en sí proporciona información limitada con respecto al
estado y comportamiento de la batería. Lo que se desea en su lugar
es un aparato para monitorizar el flujo de corriente hacia dentro y
fuera de la batería. El flujo de corriente puede entonces utilizarse
a lo largo del tiempo para calcular y monitorizar el nivel de carga
de la batería. Preferiblemente, el aparato será sencillo en diseño,
y se incorporará fácilmente en una batería. Se conocen diferentes
dispositivos de medición a partir de los documentos
US-A-4707795, CH 678469A,
US-A- 5 451 881, US -A- 5 841 284,
US-A-5 629 680, y
EP-A-0355 461.
Por tanto, es un objetivo de la presente
invención proporcionar un dispositivo conveniente y/o una batería
con un dispositivo de medición para obtener información de la
corriente que fluye hacia dentro y fuera de una batería. Este
objetivo puede conseguirse mediante las características según se
definen en las reivindicaciones independientes. Las mejoras
adicionales se definen en las reivindicaciones dependientes.
Como respuesta, la presente invención
proporciona un aparato para medir la energía eléctrica que pasa
hacia y desde un borne de la batería. El aparato incluye una
resistencia para proporcionar una conexión eléctrica a un borne de
la batería, y la resistencia tiene una resistencia conocida, una
primera superficie de conducción y una segunda superficie de
conducción. Las superficies de conducción están dispuestas de modo
que el flujo de corriente desde el borne se desplazará a través de
la resistencia desde la primera superficie de conducción hacia la
segunda superficie de conducción, y el flujo de corriente hacia el
borne se desplaza a través de la resistencia desde la segunda hacia
la primera superficie de conducción. El aparato de medición de
energía incluye además un primer conductor conectado eléctricamente
a la primera superficie de conducción de la resistencia, y un
segundo conductor conectado eléctricamente a la segunda superficie
de conducción de la resistencia.
Según un aspecto de la presente invención, el
aparato incluye además un voltímetro conectado entre el primer y el
segundo conductor para medir una caída de tensión a lo largo de la
resistencia.
Según otro aspecto, el aparato incluye además un
ordenador que tiene memoria para almacenar la resistencia conocida
de la resistencia, y un procesador programado para recibir la caída
de tensión medida del voltímetro, recuperar la resistencia conocida
de la memoria, y calcular el flujo de corriente a través de la
resistencia basándose en la caída de tensión medida y la
resistencia conocida.
La presente invención también proporciona una
batería que incluye el aparato de medición, y que incluye además
una caja, una celda de almacenamiento contenida dentro de la caja
para recibir y almacenar una carga eléctrica, y un borne
eléctricamente conductor conectado a la celda de almacenamiento y
que se extiende hacia fuera de la caja. La primera superficie de
conducción de la resistencia está situada en una parte del borne que
se extiende hacia fuera de la
caja.
caja.
Según un aspecto de la presente invención, la
celda de almacenamiento de la batería incluye placas de plomo y
óxido de plomo sumergidas en un electrolito ácido.
Estos y otros aspectos de la presente invención
se volverán evidentes para los expertos en la técnica después de
una lectura de la siguiente descripción de la realización preferida
cuando se considera con los dibujos.
La presente invención se describe con referencia
a los dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista en perspectiva de una
batería de plomo-ácido típica construida según la técnica anterior,
en la que una parte de una caja exterior de la batería está cortada
para dejar ver un interior de la batería;
la figura 2 es una vista en alzado lateral,
parcialmente cortada de un borne y terminal de la batería de la
figura 1;
la figura 3 es una vista en alzado lateral en
despiece ordenado del borne y el terminal de la batería de la
figura 1;
la figura 4 es una vista en alzado lateral en
despiece ordenado, parcialmente cortada, de un aparato construido
según la presente invención que incluye una resistencia parecida a
un manguito situada entre el borne y el terminal de la batería de
la figura 1;
la figura 5 es una vista en perspectiva de otra
resistencia para su utilización con el aparato de la presente
invención;
la figura 6 es una vista en perspectiva de una
resistencia adicional para su utilización con el aparato de la
presente invención;
la figura 7 es una vista en alzado lateral de
una resistencia adicional para su utilización con el aparato de la
presente invención;
la figura 8 es un vista en sección de la
resistencia tomada a lo largo de la línea 8-8 de la
figura 7;
la figura 9 es un vista en sección de la
resistencia tomada a lo largo de la línea 9-9 de la
figura 7;
la figura 10 es una vista en alzado lateral de
otra resistencia para su utilización con el aparato de la presente
invención;
la figura 11 es una vista en planta desde arriba
de la resistencia de la figura 10; y
la figura 12 es una vista en sección de la
resistencia tomada a lo largo de la línea 12-12 de
la figura 11.
Los caracteres de referencia iguales designan
componentes y unidades idénticos o correspondientes a lo largo de
todas las diversas vistas.
Haciendo referencia ahora a los dibujos en
general, se entenderá que las ilustraciones son para el fin de
describir realizaciones preferidas de la invención y no están
previstas para limitar la invención a las mismas. Como se muestra
en la figura 4, la presente invención proporciona un aparato 10 para
medir la energía eléctrica que pasa hacia y desde un borne 116 de
la batería. El aparato 10 puede utilizarse con muchos tipos
diferentes de baterías pero se describe en el presente documento
para una batería de plomo-ácido.
La figura 1 muestra una batería de plomo-ácido
típica, generalmente indicada por 100, para su utilización en
impulsar vehículos, tales como camiones, automóviles y motocicletas.
La batería 100 incluye en general una carcasa 102 de plástico que
contiene placas 104, 106 de plomo positiva y negativa sumergidas en
un electrolito 108 ácido. Las placas 104, 106 están separadas por
láminas 110 no conductoras, y una banda 112 de plomo positiva
conecta las placas 104 positivas mientras que una banda 114 de plomo
negativa conecta las placas 106 negativas. Un borne 116 de plomo
positivo está conectado a la banda 112 positiva, mientras que un
borne negativo (no mostrado) está conectado a la banda 114
negativa. Ambos bornes se extienden a través de una cubierta 118 que
sella una parte superior abierta de la carcasa 102. Como también se
muestra en las figuras 2 y 3, terminales 120 parecidos a un
manguito están fijados a los extremos de los bornes fuera de la
cubierta para recibir conectores de cable (no mostrados). Los
terminales 120 permiten que los conectores de cable estén apretados
sin provocar esfuerzo sobre los bornes 116 de plomo blandos. Los
bornes 116 pueden incluir un anillo 122 para acoplarse y
proporcionar una junta con la cubierta 118, y una cabeza 124 para
recibir los terminales 120.
Haciendo referencia a la figura 4, el aparato
construido según la presente invención es para medir la energía
eléctrica que pasa hacia y desde uno de los bornes 116 de la
batería. El aparato 10 incluye una resistencia 12 para proporcionar
una conexión eléctrica al borne 116 de la batería. La resistencia 12
tiene una resistencia "R" conocida, una primera superficie 14
de conducción y una segunda superficie 16 de conducción. Las
superficies 14, 16 de conducción están dispuestas de manera que el
flujo de corriente desde el borne 116 se desplazará a través de la
resistencia 12 desde la primera superficie 14 de conducción hacia la
segunda superficie 16 de conducción, y el flujo de corriente hacia
el borne 116 se desplaza a través de la resistencia 12 desde la
segunda hacia la primera superficies 14, 16 de conducción. El
aparato 10 de medición de energía incluye además un primer
conductor 18 conectado eléctricamente a la primera superficie 14 de
conducción de la resistencia 12, y un segundo conductor 20
conectado eléctricamente a la segunda superficie 16 de conducción de
la resistencia.
El aparato 10 incluye además un voltímetro 22
conectado entre los conductores 18, 20 primero y segundo para medir
una caída de tensión "v" a lo largo de la resistencia 12, y un
ordenador 24 que tiene memoria 26 para almacenar la resistencia
"R" conocida de la resistencia 12, un procesador 28, y un
conversor 30 analógico-digital para convertir una
señal analógica indicativa de la caída de tensión "v" del
voltímetro 22 a una señal digital para el procesador 28. El
procesador 28 está programado para recibir la señal digital
indicativa de la caída de tensión "v" desde el conversor 30,
recuperar la resistencia "R" conocida de la memoria 26, y
calcular el flujo de corriente "I" a través de la resistencia
12 basándose en la caída de tensión "v" medida y la resistencia
"R" conocida. El procesador 28 puede estar conectado a un
dispositivo externo, tal como una unidad central de procesamiento
de un automóvil, de modo que el dispositivo externo puede utilizar
el flujo de corriente "I" calculada. Aunque no se muestra, el
ordenador 24 puede estar dotado de un reloj y el procesador 28 puede
estar programado para calcular la carga total de la batería
basándose en el flujo de corriente y el tiempo de carga (cuando se
proporciona corriente a la batería) o el tiempo de drenaje (cuando
se toma corriente de la batería). Se prevé que el ordenador 24 y el
voltímetro 22 pueden estar unidos a la cubierta 118 de la batería
100.
En la realización de la figura 4, se proporciona
la resistencia 12 con la forma de un manguito para recibirse
coaxialmente entre el terminal 120 y la cabeza 124 del borne 116 de
la batería. La resistencia "R" de la resistencia 12 se calcula
multiplicando el volumen de material de la resistencia 12 por la
resistividad del material del que está hecha la resistencia 12.
El material del que está hecha la resistencia
puede ser plomo o un material que no sea plomo, mientras se conozca
la resistencia "R" de la resistencia 12 de manera precisa con
los fines de determinar el flujo de corriente "I". Como
alternativa pueden utilizarse otros materiales conductores, tales
como cobre, latón o bronce. La resistencia puede estar formada de
metal en polvo, estampado, mecanizado, moldeado, o forjado. Además,
la resistencia puede estar recubierta o revestida por inmersión en
plata, oro, platino o sus aleaciones para proporcionar una
superficie no corrosiva, y revestida por inmersión o bañada
adicionalmente con estaño para proporcionar mejor unión entre el
borne de plomo y la resistencia recubierta. La primera superficie 14
de conducción de la resistencia 12 está fijada a la cabeza 124 del
borne 116, con soldadura de plomo por ejemplo, mientras que el
terminal 120 está fijado a la segunda superficie 16 de conducción,
con soldadura de plomo por ejemplo.
Como un ejemplo, el aparato 10 está configurado
para su utilización con una batería de vehículos de plomo-ácido
típica para medir corrientes entre 0,5 amperios y 1000 amperios, con
la resistencia 12 que tiene una resistencia "R" conocida de
entre aproximadamente 50 microohmios y aproximadamente 200
microohmios. Preferiblemente, la resistencia 12 está dotada de una
resistencia "R" conocida de aproximadamente 150 microohmios. El
valor de resistencia, por supuesto, se determina basándose en un
equilibrio entre precisión de medición de corriente y disipación de
potencia a alta corriente.
Haciendo referencia a la figura 5, se muestra
otra resistencia 42 para su utilización con el aparato de la figura
4. La resistencia 42 de la figura 5 es similar a la resistencia 12
de la figura 4 de manera que elementos similares tienen los mismos
números de referencia. La segunda superficie 16 de conducción de la
resistencia 42 de la figura 5, sin embargo, incluye canales 44 para
disipar calor (se ha exagerado el espesor de pared de la
resistencia 42 para fines de ilustración de los canales). Como se
muestra, los canales 44 están formados circunferencialmente en la
resistencia 42. Sin embargo, los canales podrían extenderse
paralelos con respecto al eje "A" longitudinal de la
resistencia, o en espiral alrededor del eje.
Haciendo referencia a la figura 6, se muestra
otra resistencia 52 para su utilización con el aparato de la figura
4. La resistencia 52 de la figura 6 es similar a la resistencia 12
de la figura 4 de manera que elementos similares tienen los mismos
números de referencia. Como se muestra, la resistencia 52 está
formada de manera solidaria como parte del borne 116 de la batería
en el lugar de la cabeza del borne de la batería, de manera que el
terminal 120 de la batería puede estar fijado directamente a la
segunda superficie 16 de conducción de la resistencia 52. La
segunda superficie 16 de conducción de la resistencia 52 incluye
canales 44 para disipar calor que se extienden paralelos con
respecto al eje "A" longitudinal de la resistencia.
Haciendo referencia a las figuras 7, 8 y 9, se
muestra otra resistencia 62 para su utilización con el aparato de
la figura 4. La resistencia 62 de las figuras 7, 8 y 9 es similar a
la resistencia 52 de la figura 6 de manera que elementos similares
tienen los mismos números de referencia. Como se muestra, la
resistencia 62 está formada de manera solidaria como parte del
borne 116 de la batería en el lugar de la cabeza del borne de la
batería, de manera que el terminal 120 de la batería puede estar
fijado directamente a la segunda superficie 16 de conducción de la
resistencia 62. Sin embargo, la resistencia 62 incluye canales 64
entre la primera y segunda superficies 14, 16 de conducción. Los
canales 64 son para disipar calor y se extienden paralelos con
respecto al eje "A" longitudinal de la resistencia 62.
Haciendo referencia a las figuras 10, 11 y 12,
se muestra otra resistencia 72 para su utilización con el aparato
de la figura 4. La resistencia 72 de las figuras 10, 11 y 12 es
similar a la resistencia 52 de la figura 6 de manera que elementos
similares tienen los mismos números de referencia. Como se muestra,
la resistencia 72 está formada como un anillo y una cabeza del
borne de la batería, de manera que el terminal 120 de la batería
puede estar fijado directamente a la resistencia 72. La resistencia
72 incluye una parte 73 interior que tiene una primera superficie
14 de conducción de la resistencia para conexión al borne de la
batería (no mostrado) y una parte 75 exterior parecida a un
manguito, que se encaja sobre la parte 73 interior y tiene una
segunda superficie 16 de conducción de la resistencia. La parte 75
exterior está fijada a la parte 73 interior de una manera adecuada,
tal como con soldadura de plomo por ejemplo. La resistencia 72
también incluye un único canal 64 anular dentro de la parte 73
interior entre la primera y la segunda superficies 14, 16 de
conducción. El canal 64 es para disipar calor y se extiende
paralelo con respecto al eje "A" longitudinal de la resistencia
72. La parte 75 exterior de la resistencia 72 incluye un anillo 77
para acoplarse y proporcionar una junta con una cubierta de una
batería.
La resistencia 72 incluye además un primer
orificio 80 en la parte 73 interior y un segundo orificio 82 en la
parte 75 exterior. Los orificios 80, 82 son para recibir los
conductores 18, 20 para medir la caída de tensión entre la primera
superficie 14 de conducción y la segunda superficie 16 de conducción
de la resistencia 72.
En consecuencia, la presente invención
proporciona un aparato nuevo y mejorado para monitorizar el flujo de
corriente hacia dentro y fuera de una batería. Según se prefiere,
el aparato es sencillo en diseño, relativamente económico y puede
fabricarse en grandes volúmenes, e incorporarse fácilmente en
baterías nuevas. Además, el aparato dado a conocer actualmente
puede instalarse de manera retroactiva en baterías existentes.
A los expertos en la técnica se les ocurrirán
ciertas modificaciones y mejoras tras una lectura de la descripción
anterior. A modo de ejemplo, la resistencia puede proporcionarse en
el lugar del terminal de la batería, de manera que el conector de
cable podría conectarse directamente a la resistencia. También, la
primera superficie de conducción incluye canales para disipar
calor.
Claims (17)
1. Un aparato para medir corriente eléctrica que
pasa hacia y desde un borne (116) de batería, que comprende:
- una resistencia (12) para proporcionar una
conexión eléctrica a un borne (116) de la batería, teniendo la
resistencia (12) una resistencia conocida y una primera superficie
de conducción y una segunda superficie de conducción, en la que el
flujo de corriente desde el borne (116) se desplaza a través de la
resistencia (12) desde la primera superficie de conducción hacia la
segunda superficie de conducción de la resistencia (12) y el flujo
de corriente hacia el borne se desplaza a través de la resistencia
(12) desde la segunda superficie de conducción hacia la primera
superficie de conducción de la resistencia (12);
- un primer conductor (18) conectado
eléctricamente a la primera superficie (14) de conducción de la
resistencia (12); y
- un segundo conductor (20) conectado
eléctricamente a la segunda superficie (16) de conducción de la
resistencia (12);
caracterizado porque
la resistencia (12) tiene la forma de un
manguito para recibirse coaxialmente sobre el borne (116) de la
batería, en la que una superficie (14) de manguito interior forma
la primera superficie y una superficie (16) de manguito exterior
forma la segunda superficie, y porque la resistencia (12) está
conectada directamente entre el borne (116) de la batería y un
terminal (120) de la batería.
2. El aparato según la reivindicación 1, que
comprende además un voltímetro (22) conectado entre el primer y
segundo conductores (18, 20) para medir la caída de tensión a lo
largo de la resistencia (12).
3. El aparato según la reivindicación 2, que
comprende además un ordenador que incluye:
- memoria (26) para almacenar la resistencia
conocida de la resistencia (12); y
- un procesador (28) programado para,
recibir la caída de tensión medida del
voltímetro (22),
recuperar la resistencia conocida de la memoria
(26), y
calcular el flujo de corriente a través de la
resistencia (12) basándose en la caída de tensión medida y la
resistencia conocida.
4. El aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la resistencia conocida de la resistencia
(12) está entre aproximadamente 50 microohmios y aproximadamente 200
microohmios.
5. El aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la resistencia (12) está soldada al borne
(116) de la batería.
6. El aparato según la reivindicación 5, en el
que el terminal (120) de la batería está soldado a la resistencia
(12).
7. El aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la segunda superficie (16) de conducción de
la resistencia (12) incluye al menos un canal (44, 54).
8. El aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la resistencia incluye al menos un canal (64)
entre la primera y segunda superficies (14, 16) de conducción.
9. El aparato según una de las reivindicaciones
anteriores, en el que la resistencia (12) está hecha de un material
que incluye al menos plomo.
10. Una batería que incluye el aparato según una
de las reivindicaciones anteriores, que incluye además:
- una caja (102);
- una celda de almacenamiento contenida dentro
de la caja (102) para recibir y almacenar una carga eléctrica; y
- un borne (116) eléctricamente conductor
conectado a la celda de almacenamiento y que se extiende hacia fuera
de la caja (102); en la que la primera superficie (14) de
conducción de la resistencia (12) está situada sobre una parte
(124) del borne (116) que se extiende hacia fuera de la caja
(102).
11. La batería según la reivindicación 10, en la
que la celda de almacenamiento incluye placas (104, 106) de plomo y
óxido de plomo sumergidas en un electrolito (108) ácido.
12. Una batería que comprende:
- una caja (102);
- una celda de almacenamiento contenida dentro
de la caja para recibir y almacenar una carga eléctrica; y
- un borne eléctricamente conductor conectado a
la celda de almacenamiento y que se extiende hacia fuera de la caja
(102);
caracterizada por
- una resistencia (72) que tiene la forma de un
manguito y que se recibe coaxialmente sobre dicho borne, teniendo
la resistencia (72) una resistencia conocida y una primera
superficie (14) de conducción y una segunda superficie (16) de
conducción, en la que una superficie de manguito interior forma
dicha primera superficie (14) conductora y una superficie de
manguito exterior forma dicha segunda superficie (16) conductora y
en la que el flujo de corriente desde la batería se desplaza a
través de la resistencia (72) desde la primera superficie (14) de
conducción hacia la segunda superficie (16) de conducción de la
resistencia (72) y el flujo de corriente hacia el borne
eléctricamente conductor se desplaza a través de la resistencia (72)
desde la segunda superficie (16) de conducción hacia la primera
superficie (14) de conducción de la resistencia (72);
- un primer contacto (80) conectado a la primera
superficie (14) de conducción de la resistencia (72); y
- un segundo contacto (82) conectado
eléctricamente a la segunda superficie (16) de conducción de la
resistencia (72).
13. La batería según la reivindicación 12, que
comprende además un ordenador que incluye:
- memoria (26) para almacenar la resistencia
conocida de la resistencia (72); y
- un procesador (28) programado para,
recibir la caída de tensión medida de un
voltímetro (22) acoplado con el primer y segundo contactos (80,
82),
recuperar la resistencia conocida de la memoria
(26), y
calcular el flujo de corriente a través de la
resistencia (72) basándose en la caída de tensión medida y la
resistencia conocida.
14. La batería según una de las reivindicaciones
12-13 anteriores, en la que la resistencia conocida
de la resistencia (72) está entre aproximadamente 50 microohmios y
aproximadamente 200 microoh-
mios.
mios.
15. La batería según una de las reivindicaciones
12-14 anteriores, en la que el borne tiene un
terminal (75) parecido a un manguito integrado.
16. La batería según una de las reivindicaciones
12-15 anteriores, en la que la resistencia (72)
incluye al menos un canal (64) entre la primera y segunda
superficies de conducción.
17. La batería según una de las reivindicaciones
12-16 anteriores, en la que la resistencia (72) está
hecha de un material que incluye al menos plomo.
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