ES2300542T3 - Sistema y metodo para controlar la carga electrica y el nivel de carga de una bateria en un vehiculo. - Google Patents
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Abstract
Un sistema para controlar la carga eléctrica de un vehículo y controlar el nivel de carga de la batería que comprende: un generador (14) acoplado eléctricamente con un sistema eléctrico del vehículo (10); una batería (16) acoplada eléctricamente con el sistema eléctrico del vehículo mediante un interruptor de desconexión de batería (18); y un circuito de control (12) en comunicación con el interruptor de desconexión de batería (18), en el que el circuito de control está configurado para controlar el interruptor de desconexión de batería (18) para desconectar la batería (16) del sistema eléctrico del vehículo cuando una salida de tensión del generador (14) está por debajo de un umbral deseado y en el que el circuito de control (12) está configurado para controlar el interruptor de desconexión de batería (18) para reconectar la batería (16) al sistema eléctrico del vehículo cuando una tensión de la batería (16) está por encima de un umbral de tensión de batería deseado, y en el que el circuito de control está configurado para regular una tensión de nivel de carga de la batería con un exceso de capacidad del generador, mientras que la batería se desconecta del sistema eléctrico del vehículo.
Description
Sistema y método para controlar la carga
eléctrica y el nivel de carga de una batería en un vehículo.
Esta solicitud se refiere a sistemas eléctricos
para vehículos a motor. Más específicamente, esta solicitud se
refiere a un dispositivo y método de control de carga eléctrica y
del nivel de carga de la batería.
Los sistemas eléctricos del automóvil
generalmente se diseñan para ajustar la capacidad del generador a
las cargas eléctricas de funcionamiento normales. Sin embargo,
debido a los numerosos dispositivos eléctricos que se usan ahora en
diversos tipos de vehículos y a la probabilidad de que al menos
parte de estos dispositivos se usen cuando el motor no está
funcionando y el generador no está produciendo energía, la
frecuencia de baterías descargadas se ha hecho habitual. Cualquier
vehículo que no se use durante unas cuantas semanas cuya la batería
permanezca conectada al sistema eléctrico, es probable que tenga las
baterías subcargadas o descargadas. Esto es cierto también para
camiones y vehículos recreativos que usan baterías auxiliares para
enchufar comodidades domesticas cuando se detiene el vehículo. Las
baterías auxiliares están aisladas de las baterías principales del
automóvil de manera que pueden descargarse independientemente.
Cuando el vehículo se pone en marcha, mediante un cebado
subordinado o usando las baterías aisladas que no se descargaron, la
alta acumulación de carga de la batería descargada, además de las
cargas eléctricas operativas normales, puede superar la capacidad
del generador. Cuando sucede esto, la tensión del sistema está
bastante por debajo de lo normal y hay pocas posibilidades de que
el generador recargue las baterías así como que mantenga la tensión
regulada.
Las bajas tensiones inducidas por la sobrecarga
eléctrica pueden afectar al funcionamiento de los dispositivos
electrónicos necesarios para el funcionamiento normal del vehículo.
Un cortocircuito en la batería o en su cableado puede inhibir
completamente que el generador produzca una señal de salida. Las
baterías descargadas tienen significativamente también menos
capacidad de filtrado para reducir la tensión ondulada del generador
que es el resultado de rectificar la salida de corriente alterna
del generador. La tensión ondulada de pico a pico cuando la batería
está desconectada en algunos casos puede ser igual a la tensión de
la batería de corriente continua. Una tensión ondulada excesiva
debido a baterías descargadas puede alterar diversos circuitos de
detección de fallos electrónicos y dar falsas alarmas respecto a la
integridad del alternador.
Por consiguiente, hay necesidad de un sistema de
control de carga y del nivel de carga de la batería del vehículo
que reduzca o elimine la alteración de la tensión regulada necesaria
para poner en marcha los dispositivos eléctricos conectados al
sistema eléctrico de un vehículo que puede ocurrir cuando las
baterías descargadas demandan altas cargas.
Para mantener una tensión regulada estable en un
sistema eléctrico de vehículo mientras que aún se recargan
adecuadamente las baterías asociadas con el sistema eléctrico, un
sistema y método para controlar la carga eléctrica y el nivel de
carga de la batería en los sistemas eléctricos del vehículo a motor
se describe en la reivindicación 1 y 13, respectivamente.
El documento US 4.218.717 describe un sistema de
control eléctrico para un vehículo a motor que desconecta
automáticamente las cargas eléctricas de la batería del vehículo
cuando el vehículo no se está usando.
Otras características y ventajas de la invención
resultarán evidentes para los especialistas habituales en la
técnica tras revisar los siguientes dibujos, la descripción
detallada y las reivindicaciones.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques de un
sistema eléctrico de vehículo de acuerdo con una realización
preferida.
La Figura 2 es un LBCD esquemático preferido
para usar en el sistema eléctrico del vehículo de la Figura 1.
La Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra
un método preferido para controlar la acumulación y carga de la
batería en el sistema eléctrico de la Figura 1.
La Figura 1 ilustra un diagrama de bloques de un
sistema eléctrico de vehículo 10 que incorpora una carga preferida
y un dispositivo de control de batería (LBCD) 12. Un alternador 14
genera energía eléctrica para el sistema 10 cuando el motor del
vehículo está funcionando, y una o más baterías 16 conectadas
mediante interruptores al sistema eléctrico 10 proporcionan energía
eléctrica cuando el motor del vehículo no está funcionando y cuando
el motor se vuelve a poner en marcha. El LBCD 12 está en
comunicación con un interruptor de desconexión de batería 18
mediante una línea de control de batería 20. El LBCD 12 está también
en comunicación eléctrica con la batería 16 mediante una línea de
carga lenta/transferencia 22 que permite al LBCD 12 recargar de
forma controlable la batería y proporciona información sobre el
estado actual del nivel de carga de la batería.
Otras conexiones al LBCD 12 incluyen una línea
de estado remota 24 y un AC en línea 26. La línea de estado remota
24 conecta preferiblemente con un indicador del sistema de carga,
tal como un diodo emisor de luz (LED) 28 u otro indicador, que
puede situarse en el campo de visión del conductor de un vehículo.
El LBCD puede enviar información del estado del nivel de carga al
conductor activando el LED 28. En una realización, el LED 28 puede
hacerse funcionar de la misma manera que una luz de aviso
convencional en automóviles donde se envía un aviso al conductor de
que la batería se está descargando o de otra manera simplemente
iluminando el LED 28. En otras realizaciones, el LED 28 puede
hacerse funcionar para lanzar destellos en ciertos patrones o puede
sustituirse con diversos tipos de indicador que proporcionan una
información más detallada al conductor del estado de la batería del
sistema eléctrico. El AC en línea 26 conecta el LBCD 12 con el
alternador 14 de manera que el LBCD 12 está siempre alerta del
estado operativo del alternador 14. La línea de salida del
alternador 25 proporciona un medio al LBCD para controlar la salida
de tensión del alternador 14. Otro LED 30 se localiza
preferiblemente en el LBCD 12 que es útil para proporcionar
información de diagnostico a los mecánicos que mantienen o reparan
el vehículo.
En una realización, como se muestra en la Figura
2, el LBCD 12 es un circuito 32 controlado por un módulo procesador
34. El módulo procesador 34 incluye preferiblemente un
microprocesador, un reloj procesador y un suministro de energía. En
una realización preferida, el microprocesador es un procesador 68C08
que tiene una memoria instantánea interna disponible en Motorola,
Inc. de Schaumburg, Illinois. El reloj interno puede ser un
oscilador de tipo cristal u otro mecanismo oscilador conocido por
los especialistas en la técnica, y el suministro de energía puede
ser un circuito discreto o integrado configurado para suministrar al
módulo procesador 34 las tensiones CC apropiadas. Se contempla que
el módulo procesador puede ser una combinación de circuitos
discretos o separados integrados individuales empaquetados en una
única carcasa o puede fabricarse en un único circuito integrado.
El módulo procesador 34 está configurado para
controlar la corriente de carga a la batería 16 desde el alternador
14 controlando de forma conectable la energía desde la entrada AC 26
a través del interruptor, de manera que un SCR (Rectificador
Controlado de Silicona) 27 que separa la línea de carga
lenta/transferencia 22 conectada eléctricamente con la batería 16
desde la AC en línea 26. Para proporcionar el SCR 27 con la señal de
puerta apropiada para conectar o desconectar el SCR, el módulo
procesador 34 usa un optoacoplador U4. El optoacoplador U4
proporciona también al módulo procesador 34 un aislamiento
significativo del SCR 27. Aunque el dispositivo de control de
puerta se muestra como un optoacoplador U4, pueden usarse otros
mecanismos interruptores y circuitos de control. Adicionalmente,
aunque se prefiere el SCR 27, pueden usarse otros dispositivos
controlables evidentes para aquellos especialistas habituales en la
técnica tales como transistores o convertidores AC a DC (de
corriente alterna a corriente continua). En la realización de las
Figura 1-2, el alternador 14 genera preferiblemente
una salida AC trifásica y el AC en línea 26 preferiblemente lleva
una sola fase de las tres fases de salida AC. En otras
realizaciones, el alternador puede generar otros números de fases de
salida AC (por ejemplo seis) o dos o más fases de la salida del
alternador pueden controlarse mediante el módulo procesador para
recargar la batería. En estas otras realizaciones, el tipo de
dispositivo controlable tal como un SCR usado por el módulo
procesador para gestionar la recarga de la batería puede
seleccionarse de acuerdo con la sensibilidad y requisitos de
potencia necesarios para el sistema eléctrico del vehículo
particular.
El módulo procesador 34 se acciona desde un
suministro de energía 36 que deriva su entrada desde el AC en línea
26. El suministro de energía 36 está formado por el diodo
rectificador D2, el condensador de filtro C5 y el resistor de
desplazamiento R1. El módulo procesador 34 está conectado también
eléctricamente al LED de diagnóstico 30. El funcionamiento del LED
de diagnóstico 30 se explicará con mayor detalle a continuación. El
módulo procesador 34 envía también señales sobre la línea de estado
remota 24 al LED 28 que proporciona un estado del sistema de carga.
Típicamente, el transistor U3 está encendido y, cuando el alternador
14 alcanza su salida de estado estacionario, el módulo procesador
34 enciende Q1 que a su vez apaga U3 de manera que el LED 28
observado por el conductor del vehículo está apagado.
El módulo procesador 34 controla el interruptor
de desconexión de la batería 18 a través del transistor U2 unido a
la línea de desconexión de la batería 20. Cuando el módulo
procesador detecta la necesidad de desconectar la batería 16,
activa U2. Cuando se activa U2, U2 a su vez activa el interruptor de
desconexión de batería 18 que desconecta completamente la batería
16 de la carga del sistema eléctrico de manera que la batería 16 se
aísla del sistema y solo puede cargarse a través de la línea de
carga lenta/transferencia 22. El módulo procesador del LBCD 12
detecta la tensión del sistema de salida del alternador 14 sobre una
línea de transferencia 38. La línea de transferencia 38 conecta con
la salida del alternador y controla el sistema eléctrico del
vehículo de tensión regulada mantenido por el regulador de tensión
del alternador 15.
En una realización, un circuito de protección de
polaridad inversa 40 se implementa también en el circuito 32. El
circuito de protección de polaridad inversa puede estar compuesto
por diodos D3, D4 dispuestos para proteger los componentes
enganchados al sistema eléctrico del vehículo de manera que las
cargas eléctricas del vehículo no se verán afectadas si por ejemplo
la batería 16 se conecta sin querer con los terminales invertidos.
En la realización de las Figuras 1-2, los diodos D3,
D4 pueden ser diodos accionados a 200 amperios o más. El circuito
32 incluye preferiblemente también un filtro ondulado 41 para
controlar la ondulación de pico a pico de la salida del alternador
cuando la batería se desconecta del sistema eléctrico del vehículo.
En la Figura 2, el filtro ondulado 41 está formado por los
condensadores C1-C4. Los condensadores C1 y C2 son
condensadores de 120.000 microfaradios (\muF) unidos en paralelo
entre la línea de 12 voltios y la línea de tierra y los
condensadores C3 y C4 son de 82.000 \muF conectados en paralelo
entre la línea de 24 voltios y la línea de 12 voltios.
Utilizando el sistema 10 descrito anteriormente,
se describa ahora una realización del funcionamiento del LBCD 12.
Cuando el vehículo se pone en marcha por primera vez, se cierra el
interruptor de desconexión de batería 18. Si se detecta un estado
de batería defectuoso o descargado, entonces el interruptor de
desconexión de batería 18 se abre mediante el LBCD 12 de manera que
la batería 16 se desconecta del alternador 14. Como es convencional
en sistemas eléctricos de vehículos a motor, el arranque del motor
comienza cuando el interruptor de ignición del vehículo activa el
circuito de transmisión del motor, el circuito de arranque y el DVR
15 (regulador de tensión digital que controla el funcionamiento del
alternador) con una señal desde la batería 16. Como en el caso de
reguladores de tensión convencional, el DVR atraviesa su
procedimiento de arranque típico que se completa cuando el motor se
pone en marcha y se comprueba la integridad del sistema
alternador.
En un sistema eléctrico de vehículo de tensión
única, por ejemplo de solo 28 voltios, el LBCD puede hacerse
funcionar junto con cualquier regulador de tensión incluyendo un
regulador de tensión analógico capaz de regular la tensión del
alternador cuando una batería está ausente del circuito. Un
regulador de tensión doble convencional que funciona con el LBCD
como se describe en este documento, puede requerir sensibilidad de
referencia y respuesta de tensión mejorada para mantener la
regulación de tensión pretendida durante el funcionamiento sin
batería. Esto puede conseguirse mediante diversas técnicas de
circuito de programación disponibles para los especialistas en la
técnica por ejemplo una velocidad de muestreo más rápida. Los
reguladores de tensión adecuados incluyen el regulador N3106 para
funcionamiento de atención única y el regulador de tensión doble
digital N3207 que están disponibles ambos en C.E. Niehoff & Co.
Eanston, Illinois. El regulador 15 excita el campo del alternador
para producir una potencia de salida. Cuando la tensión de salida
del alternador 14 sube al nivel regulado, por ejemplo 24,5 voltios
en la presente realización, el LBCD 12 se hace activo y cierra el
relé de la batería 18.
Como la batería en el sistema puede estar
subcargada, cerrar el relé 18 puede provocar que la tensión regulada
caiga, pero siempre y cuando el alternador 14 se accione y haya una
capacidad del alternador suficiente, la tensión volverá al ajuste
regulado. Con la tensión al nivel regulado, el regulador 15
desconecta la bobina de campo y la tensión de salida del alternador
comienza a caer. En este punto el funcionamiento normal continúa
con el regulador de tensión conectando y desconectando la bobina de
campo según se necesite para mantener la tensión regulada mientras
el relé controlado del LBCD 12 permanece cerrado. Esto representa el
funcionamiento normal.
Si el cierre del relé 18 provoca que la tensión
de salida del alternador caiga por debajo de un umbral programado,
por ejemplo por debajo de 20,5 voltios para un sistema que funciona
a 28 voltios, es evidente que la carga creada recargando la batería
supera la capacidad del generador y que LBCD 12 abrirá el relé. El
relé puede ser cualquier tipo de relé mecánico o interruptor
semiconductor de la tasa apropiada. Cuando el relé 18 desconecta la
batería 18 del alternador 14 y del resto del circuito, se espera que
la tensión del sistema vuelva a su ajuste regulado. El alternador
14 funciona ahora sin ninguna batería en el sistema o en
realizaciones en las que hay múltiples baterías en el sistema
eléctrico del vehículo funciona con una batería auxiliar que ahora
está aislada de la batería desconectada 16. En este modo, el LBCD 12
controla activamente la carga lenta a la batería desconectada
controlando el SCR 27 en el circuito 32 para proporcionar una carga
programada a la batería desconectada sobre la línea de carga
lenta/transferencia 22.
Haciendo referencia a la Figura 3, se ilustra un
ejemplo de un método para implementar el LBCD 12. Después de que el
vehículo se ponga en marcha el motor comienza a dirigir el
alternador, y el módulo procesador 34 del LBCD 12 comienza a
recibir potencia AC en el AC de la línea de transferencia 26. El LED
de diagnóstico 30 se activa entonces mediante el módulo procesador
34 de manera que se muestra una luz ámbar parpadeante (42). La luz
ámbar parpadeante proporciona una indicación de que la tensión del
sistema está por debajo del ajuste de tensión regulada, y esto es
normal en el modo de arranque. En una realización, el módulo
procesador 34 puede programarse para controlar la frecuencia AC de
la potencia que entra en la línea de transferencia AC 26 para
calcular el alternador RPM. El módulo procesador 34 esperará hasta
que el RPM alternador medido esté por encima del umbral programado
en este ejemplo 1500 RPM, de manera que el LBCD reconoce que el
vehículo ha conseguido su velocidad libre programada (en 46).
Tan pronto como el módulo procesador 34
determina que el alternador 14 ha alcanzado el ajuste RPM mínimo
necesario, que preferiblemente representa el estado estacionario
RPM del alternador mientras que el alternador del vehículo está en
reposo, el módulo procesador 34 activa el transistor Q1 de manera
que la luz indicadora del sistema de carga 28 observada por el
conductor de vehículo se apaga (48). El LBCD 12 lee entonces la
tensión del sistema detectando la tensión sobre la línea de
transferencia de tensión 38 conectada al módulo procesador 34 (50).
Suponiendo que la tensión a lo largo de la línea de transferencia de
tensión 38 está por encima de un umbral predeterminado, el LED de
diagnóstico 30 en el LBCD 12 parpadeará en verde para indicar que el
sistema eléctrico 10 se está comportando de forma normal y que la
batería 16 no está agotada de manera que una gran corriente de
carga que la tensión del sistema se vea afectada negativamente (52,
54). Sin embargo, si la tensión medida en la línea de transferencia
de tensión 38 es menor que el umbral predeterminado, entonces el
módulo procesador 34 provoca que el LED de diagnóstico parpadee en
rojo y active el transistor U2 para enviar una señal a lo largo de
la línea desconectada 20 de manera que el interruptor de desconexión
de batería 18 se abre y retira la batería 16 del circuito (55, 56).
En una realización, donde el sistema de tensión regulada se programa
para que sea de 28,0 voltios, la tensión umbral del sistema que
hace saltar el LBCD 12 para retirar la batería del sistema puede
ajustarse, por ejemplo, a 20,5 voltios. La tensión umbral que se
programa en el módulo procesador 34 puede ser cualquier tensión
umbral deseada y tanto la tensión programada como el umbral pueden
ajustarse para cualquier sistema deseado en otras
realizaciones.
Después de que el LBCD 12 haya desconectado la
batería 16 del sistema eléctrico del vehículo 10 abriendo el
interruptor de desconexión de la batería 18, el LBCD 12 comprueba si
la tensión del sistema vuelve al nivel de tensión programado y lee
el nivel de tensión de la batería (58). El módulo procesador 34 lee
la tensión del alternador en la línea de transferencia de tensión
38 y lee la tensión de la batería desde la línea de carga
lenta/transferencia 22. Siempre y cuando que la tensión del
alternador detectada en la línea de transferencia 38 esté a o por
encima del umbral del sistema programado, el módulo procesador
activa el SCR mediante el optoacoplador U4 para hacer pasar una
carga lenta a la batería 16 (60, 62). Como alternativa, si la
tensión del alternador está por debajo del umbral preestablecido,
el módulo procesador 34 mantiene el SCR cerrado de manera que no se
saca una carga lenta lejos del alternador para recargar la batería
(64). El ciclo de carga para la batería continuará hasta que la
batería alcance su nivel de carga óptimo como se determina mediante
la tensión medida en la línea 22 mediante el módulo procesador
34.
Una vez que el LBCD detecta que la batería 16 se
ha recargado, indicará al relé 18 reconectar la batería 16 al
sistema eléctrico del vehículo 10 y se hará que el LED 30 parpadee
en verde indicando que la batería está ahora conectada al sistema y
posee una carga aceptable (66, 68). En una realización, el LBCD
puede mantener un contador de bucle de instrucción en la
programación almacenada en la memoria del microprocesador en el
módulo procesador 34 de manera que el LBCD 12 puede reconocer si la
batería necesita cargarse más de una vez durante una operación dada
del vehículo desde el arranque hasta el apagado. Si el nivel de
tensión de la batería cae de manera que necesita desconectarse una
segunda vez del sistema 10 durante el funcionamiento del vehículo,
se deja permanentemente desconectada y la luz del indicador del
sistema de carga se ilumina para indicar un problema grave con la
batería que puede requerir sustitución. Esta característica se
determina mediante la aplicación y en algunos casos puede no
limitarse a un único caso permisible, sino que incluye múltiples
desconexiones de batería durante el transcurso de un ciclo
operativo.
En una realización preferida, la carga lenta
para la batería desconectada puede controlarse mediante el SCR 27.
El módulo procesador 34 puede instruir al optoacoplador U4 para
conectar y desconectar una puerta de tensión en el SCR 27 para
asegurar que la carga lenta no provoca que el alternador supere su
capacidad de potencia. Siempre y cuando esté disponible una
capacidad de alternador en exceso para cargar la batería
desconectada, el SCR 27 se conectará mediante el módulo procesador
34. La tasa de carga de la batería se determina mediante la tensión
de carga y esto significa que la batería desconectada se carga a una
tasa independiente de la tensión del sistema eléctrico del
vehículo. En una realización, el módulo procesador controla el ciclo
de trabajo de la bobina de campo en el alternador para determinar
cuando conectar o desconectar el SCR 27. En realizaciones
alternativas, el circuito de carga lenta puede tener componentes
añadidos para aumentar la tensión de carga de la batería por encima
de la tensión regulada aunque dicho circuito requeriría también una
mayor potencia del alternador. Una ventaja de dicho circuito sería
desacoplar totalmente la tensión de carga de la batería del sistema
eléctrico del vehículo de tensión regulada.
Como se ha descrito anteriormente, el LBCD puede
determinar si existe un estado de baja carga recuperable, un estado
de baja carga irrecuperable o un cortocircuito en el dispositivo de
almacenamiento de energía recargable o batería usada con este
sistema. Esta es una función de la carga extraída del alternador
frente a la tensión regulada y la tensión en la batería
desconectada. La incapacidad para mantener la tensión regulada es la
condición que provoca que la batería se desconecte del sistema
eléctrico del vehículo. Cuando la regulación de tensión se
reestablece después de que la batería se desconecte, la fuente de
sobrecarga se valida, y el circuito de carga lenta se convierte en
el medio para descargar la carga a la batería desconectada. La
tensión del alternador y la tensión de la batería se leen (Figuras
3 a 58). Si la tensión del alternador está por debajo de 24,0
voltios, el SCR 27 se desconecta (Figuras 3 a 64) porque el campo
alternador ya está lleno a esta tensión para un ajuste regulado a
28,0 voltios. Si la tensión del alternador está por encima de 24,0
voltios, hay algún exceso de capacidad disponible del alternador y
de esta manera el LSC 27 se conecta (Figuras 3 a 62) para recargar
la batería desconectada. Este proceso continúa hasta que la tensión
de la batería desconectada leída es mayor de 24,5 voltios (Figuras
3 a 66). Esta condición confirma que la batería desconectada está
recargada ahora a un estado que no alterará la capacidad del
alternador para mantener la tensión regulada cuando la batería se
reconecta al sistema eléctrico del vehículo. Reconectar la batería
recargada al sistema eléctrico del vehículo restaura el
funcionamiento normal y se hace que el LED 30 del LBCD parpadee en
verde (Figuras 3 a 68) lo que significa un estado operativo
normal.
En una realización, el LED 28 se emplea para
indicar que el alternador no está produciendo señal de salida. El
LED 28 está desconectado cuando el alternador está en su estado
operativo normal. Cuando no hay batería en el sistema eléctrico,
una luz del panel tal como el LED 28 puede parpadear para alertar al
operario de que la batería está desconectada porque el vehículo no
puede autoarrancarse y el motor se detiene durante este modo de
operación. Si la batería desconectada acepta la corriente de
recarga, la batería se recarga y el relé 18 se cierra para
restaurar la batería en el sistema eléctrico del vehículo, después
el LED 28 se desconecta y el vehículo reanuda el funcionamiento del
sistema eléctrico del vehículo normal. Si el LBCD determina que el
alternador no está produciendo señal de salida, la luz del panel LED
28 se ilumina y permanece iluminada para indicar que el alternador
14 debe repararse. En una realización preferida el LBCD 12, contiene
un programa con instrucciones para implementar el proceso mostrado
en la Figura 3. El programa puede ser un programa C, tal como el
mostrado en el apéndice CD-ROM adjunto que se
compila si fuera necesario en un código máquina apropiado para el
módulo procesador seleccionado y se almacena en la memoria local tal
como una memoria instantánea integral del procesador Motorota 68C08
mencionado anteriormente.
Si el sistema está funcionando de forma normal
con el relé de la batería cerrado y una sobrecarga en el circuito
de la batería posteriormente provoca que la tensión regulada caiga
por debajo del umbral programado, el LBCD 12 repite su ciclo de
apertura de relé 18 y ejecuta la secuencia de recarga de desvío de
la Figura 3 hasta que se reanuda el funcionamiento normal.
Aunque la realización de la Figura 1 ilustra un
sistema de dos baterías, se contempla que el sistema y el método
para controlar la carga y el nivel de carga de la batería puede
aplicarse a un sistema que usa una batería o cualquier
configuración de múltiples baterías. Adicionalmente, en los sistemas
que usan más de una batería, una o más de estas baterías puede
desconectarse de forma controlable y cargarse mediante un LBCD
simultáneamente o en una secuencia deseada. En otras realizaciones
más, el LBCD puede configurarse para mantener una carga de la
batería que es mayor que la salida del alternador añadiendo un
transformador u otro circuito de ajuste a la línea de carga
lenta/transferencia. Para sistemas de almacenamiento de energía que
emplean condensadores, el LBCD puede usarse para cargar
selectivamente conjuntos discretos de estos niveles programados
mediante el circuito de carga lenta.
A partir de lo anterior, se ha descrito un
método y sistema para controlar la carga y el nivel de carga de la
batería en un vehículo. El método y sistema descritos ayudan a
abordar el problema de baterías subcargadas en sistemas eléctricos
de vehículo que comprometen la capacidad para mantener una tensión
regulada debido a las demandas de recarga de la batería. Una
solución para esta situación es desconectar la batería del sistema
eléctrico usando un relé y cargar la batería independientemente de
la potencia eléctrica principal. El relé controlado del procesador
descrito y el circuito de carga controlado independientemente, tal
como un procesador controlado SCR, hace que la tensión del sistema
principal deje de ser el factor controlante en la recarga de la
batería. Utilizando este circuito de carga de circunvalación para
cargar la batería o baterías desconectadas, el sistema descrito
puede restablecer la carga a la batería usando solo un generador de
capacidad. El sistema descrito puede filtrar la tensión ondulada
del alternador a niveles proporcionales a la presencia de una
batería en el sistema. Cuando el nivel de carga de la batería
desconectada alcanza su nivel normal, el relé puede cerrarse para
asegurar el funcionamiento normal del sistema con la batería en el
circuito.
Una ventaja del método y sistema descritos es
que la batería puede permanecer conectada al sistema si tiene una
carga suficiente, pero si la batería del vehículo está descargada de
forma tan grave que afecta al funcionamiento normal del alternador
sobrecargando el sistema con su demanda de corriente de recarga, el
LBCD puede desacoplar enteramente la batería del sistema de carga
de manera que el vehículo funciona sin ninguna batería y aún
permanece una tensión ondulada baja en el sistema eléctrico. Otra
ventaja es que la batería desconectada puede recargarse de forma
controlable a una tasa ajustable que solo tiene un exceso de
capacidad del alternador para recargar la batería. Adicionalmente,
el sistema y método descritos permiten tener una tensión diferente
en la batería que la necesaria en la carga para el sistema de
manera que, por ejemplo, una batería puede mantenerse a una tensión
reducida durante un funcionamiento de alta temperatura de acuerdo
con las restricciones operativas del fabricante de la batería
mientras que se mantiene un nivel de tensión apropiado para el resto
de componentes eléctricos en el sistema eléctrico del vehículo.
Claims (28)
1. Un sistema para controlar la carga eléctrica
de un vehículo y controlar el nivel de carga de la batería que
comprende:
un generador (14) acoplado eléctricamente con un
sistema eléctrico del vehículo (10);
una batería (16) acoplada eléctricamente con el
sistema eléctrico del vehículo mediante un interruptor de
desconexión de batería (18); y
un circuito de control (12) en comunicación con
el interruptor de desconexión de batería (18), en el que el
circuito de control está configurado para controlar el interruptor
de desconexión de batería (18) para desconectar la batería (16) del
sistema eléctrico del vehículo cuando una salida de tensión del
generador (14) está por debajo de un umbral deseado y en el que el
circuito de control (12) está configurado para controlar el
interruptor de desconexión de batería (18) para reconectar la
batería (16) al sistema eléctrico del vehículo cuando una tensión
de la batería (16) está por encima de un umbral de tensión de
batería deseado, y en el que el circuito de control está
configurado para regular una tensión de nivel de carga de la batería
con un exceso de capacidad del generador, mientras que la batería
se desconecta del sistema eléctrico del vehículo.
2. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el circuito de control comprende adicionalmente un circuito de
carga de la batería.
3. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el generador comprende un alternador (14).
4. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el circuito de control comprende un filtro ondulado (41).
5. El sistema de la reivindicación 2, en el que
el circuito de carga de la batería comprende un rectificador
controlado de silicio (27).
6. El sistema de la reivindicación 2, en el que
el circuito de control está configurado para ajustar una tasa de
recarga de la batería mediante el circuito de carga de la
batería.
7. El sistema de la reivindicación 5, en el que
el circuito de control está configurado para ajustar automáticamente
un ciclo de trabajo del rectificador controlado de silicio (27)
para ajustar una tasa de la recarga de la batería.
8. El sistema de la reivindicación 7, en el que
el circuito de control comprende una entrada de transferencia de
tensión y en el que el circuito de control está configurado para
ajustar el ciclo de trabajo del rectificador controlado de silicio
en respuesta a una tensión del generador detectada en la entrada de
transferencia de tensión.
9. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el generador comprende un alternador y en el que el circuito de
control comprende:
un circuito de carga de la batería en
comunicación eléctrica con la batería (16) y el alternador (14);
un procesador (34) en comunicación con el
interruptor de desconexión de batería (18) y el circuito de carga
de la batería;
un código de programación que puede funcionar
sobre el procesador para desconectar la batería del sistema
eléctrico del vehículo con el interruptor de desconexión de batería
en respuesta a una señal de salida en el alternador por debajo de
un valor umbral, y para controlar una tasa de recarga para la
batería con el circuito de carga de la batería mientras que la
batería (16) se desconecta del sistema eléctrico del vehículo.
10. El circuito de control de la reivindicación
9, en el que el circuito de carga de la batería comprende un
rectificador controlado de silicio (27).
11. El circuito de control de la reivindicación
9, en el que el interruptor de desconexión de batería (18)
comprende un relé.
12. El sistema de la reivindicación 9, en el que
el circuito de control comprende adicionalmente un filtro ondulado
(41) que tiene una entrada acoplada a la salida de tensión del
alternador y una salida acoplada al sistema eléctrico del vehículo,
en el que una tensión ondulada de la salida de tensión del
alternador se reduce cuando la batería se desconecta del sistema
eléctrico del vehículo.
13. Un método para controlar la carga eléctrica
y el nivel de carga de la batería en un sistema eléctrico de
vehículo, comprendiendo el método:
\vskip1.000000\baselineskip
(a) desconectar una fuente recargable de energía
almacenada (16) del sistema eléctrico del vehículo si una tensión
en el sistema eléctrico del vehículo cae por debajo de un primer
umbral;
(b) cargar de forma controlable la fuente de
recargable de energía almacenada (16) con energía desde un generador
en el sistema eléctrico del vehículo de manera que una tensión
operativa del sistema eléctrico del vehículo permanece por encima
de un umbral de tensión operativa; y
(c) volver a conectar la fuente recargable de
energía almacenada (16) al sistema eléctrico del vehículo cuando
una tensión en la fuente recargable de energía almacenada está por
encima de un umbral de tensión deseado, en el que el sistema
eléctrico del vehículo funciona con energía del generador (14)
mientras que la fuente recargable de energía almacenada (16) se
desconecta y se recarga.
14. El método de la reivindicación 13, en el que
(a) comprende detectar una tensión de salida del generador (14),
comparar la tensión de salida del generador (14) con el primer
umbral y hacer funcionar un relé (18) para desconectar la fuente
recargable de energía almacenada (16) si la tensión de salida
detectada del generador (14) es menor que el primer umbral.
15. El método de la reivindicación 13, en el que
(b) comprende adicionalmente cargar de forma controlable la fuente
recargable de energía almacenada (16) ajustando un ciclo de trabajo
de un dispositivo conectable que conecta la fuente recargable de
energía almacenada al generador (14).
16. El método de la reivindicación 15, en el que
el dispositivo conectable comprende un rectificador controlado de
silicio (27).
17. El método de la reivindicación 13, en el que
la fuente recargable de energía almacenada (16) comprende una
batería.
18. El método de la reivindicación 13, en el que
(b) comprende adicionalmente señalizar un aviso para el operario de
un vehículo mientras que la fuente de energía almacenada (16) está
desconectada del sistema eléctrico del vehículo.
19. El método de la reivindicación 13, en el que
(c) comprende adicionalmente reconectar la fuente recargable de
energía almacenada (16) al sistema eléctrico del vehículo cuando una
tensión en la fuente recargable de energía almacenada (16) se
mantiene a un nivel de tensión diferente de la tensión operativa del
sistema eléctrico del vehículo por encima de un umbral de tensión
deseado.
20. El método de la reivindicación 13, en el que
el generador (14) comprende un alternador que tiene una salida AC
trifásica y (b) comprende adicionalmente cargar de forma controlable
de energía almacenada (16) con al menos una fase de la salida AC
trifásica del alternador.
21. El sistema de la reivindicación 2, en el que
el circuito de control está adaptado para conectar de forma
conectable una línea de carga lenta en comunicación con la batería
para la potencia producida por el generador mientras que la batería
se desconecta del sistema eléctrico del vehículo.
22. El sistema de la reivindicación 3, en el que
el alternador (14) comprende el alternador trifásico y el circuito
de control y comprende adicionalmente el circuito de carga de
control de batería conectado de forma conectable a una línea de
carga lenta en comunicación con la batería 16, a una salida
monofásica del alternador trifásico.
23. El sistema de la reivindicación 4, en el que
filtro ondulado comprende una entrada acoplada a la salida de
tensión del generador y una salida acoplada al sistema eléctrico del
vehículo, en el que una tensión ondulada de la salida de tensión se
controla cuando la batería (16) está desconectada del sistema
eléctrico del vehículo.
24. El sistema de la reivindicación 23, en el
que la tensión ondulada se reduce cuando la batería (16) está
desconectada del sistema eléctrico del vehículo.
25. El sistema de la reivindicación 1, en el que
el circuito de control comprende:
un circuito de carga de la batería en
comunicación eléctrica con la batería (16) y el generador (14);
un procesador (34) en comunicación con el
interruptor de desconexión de batería (18) y el circuito de carga
de la batería; y
un código de programación que puede funcionar
sobre el procesador para desconectar la batería del sistema
eléctrico del vehículo con el interruptor de desconexión de batería
(18) en respuesta a una salida de tensión del generador por debajo
de un valor umbral, para controlar una tasa de recarga para la
batería con el circuito de carga de la batería mientras que la
batería (16) se desconecta del sistema eléctrico del vehículo y para
reconectar la batería al sistema eléctrico del vehículo cuando la
salida de tensión del generador está por encima del valor
umbral.
26. El sistema de la reivindicación 25 en el que
el generador (14) comprende un alternador.
27. El sistema de la reivindicación 26 en el que
el circuito de control comprende adicionalmente un filtro ondulado
(41).
28. El sistema de la reivindicación 27, en el
que el filtro ondulado (41) comprende una entrada acoplada a la
salida de tensión del alternador y una salida acoplada al sistema
eléctrico del vehículo, en el que una tensión ondulada de la
tensión de salida del alternador está controlada cuando la batería
(16) está desconectada del sistema eléctrico del vehículo.
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