ES2303349T3 - Dispositivo de alimentacion electrica con bateria de acumuladores y supercondensador. - Google Patents
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Abstract
LA INVENCION SE REFIERE A UN DISPOSITIVO DE ALIMENTACION ELECTRICA PARA VEHICULOS DOTADO DE UN SUPERCONDENSADOR ASOCIADO A UNA BATERIA DE ACUMULADORES. LA INVENCION RESIDE EN EL HECHO DE QUE UN SUPERCONDENSADOR (18) VA CONECTADO BIEN A LA RED ELECTRICA PARA SER CARGADO, BIEN A UNA O MAS RESISTENCIAS DE CALEFACCION (20) A TRAVES DE UN CONMUTADOR (24) DE DOS POSICIONES (CHA, DEC) O TRES (CHA, COM, DEC). EL CONTACTO MOVIL (22) DEL CONMUTADOR (24) ES ACCIONADO POR UN CIRCUITO LOGICO (26) EN FUNCION DE CIERTO NUMERO DE PARAMETROS. LA INVENCION ES APLICABLE A LOS VEHICULOS AUTOMOVILES.
Description
Dispositivo de alimentación eléctrica con
batería de acumuladores y supercondensador.
El invento se refiere a un dispositivo para
alimentar de energía eléctrica a los elementos de un vehículo por
medio de una batería de acumuladores y de un supercondensador.
Para hacer funcionar un motor térmico de un
vehículo, es necesario disponer de una fuente de energía eléctrica
que habitualmente está constituida por una batería de acumuladores
asociada a un dispositivo de carga, tal como un alternador, movido
por el motor térmico.
La energía eléctrica de la batería de
acumuladores es consumida principalmente para el arranque del motor
térmico por medio del motor de arranque, para el calentamiento de
algunos elementos del vehículo tales como el circuito de
refrigeración por medio de calentadores de inmersión y el
catalizador o además, en cualquier momento, de otros elementos
llamados de confort tales como el parabrisas térmico, la luneta
térmica trasera, los asientos calefactables, el aire del
habitáculo, etc... .
La alimentación eléctrica simultánea de todos
estos elementos o de algunos de ellos en el momento del arranque
del motor y de la circulación después del arranque, conduce a una
disminución substancial de la tensión de salida de la batería de
acumuladores. Esto es perjudicial para el buen funcionamiento del
motor y de los calculadores que lo gestionan. Además, con el fin de
respetar las futuras normas anticontaminación, es esencial que el
catalizador alcance rápidamente su temperatura normal de
funcionamiento, lo que implica disponer de una potencia eléctrica
elevada después del arranque.
Para solucionar este problema, en la patente
europea EP-A-0 533 037 se ha
propuesto utilizar un supercondensador como fuente complementaria
de potencia para alimentar a las resistencias de calentamiento del
catalizador, del parabrisas, de la luneta trasera, etc... .
En el montaje descrito en esa patente europea,
el supercondensador está conectado de forma permanente a la
batería a través de una resistencia y un diodo. Así pues, es
necesario utilizar un supercondensador que tenga pérdidas de carga
pequeñas ya que las corrientes de fuga descargarían la batería
durante una parada prolongada del vehículo.
Por otro lado, la batería colabora a través del
diodo con el supercondensador en la alimentación de los elementos
de calentamiento de modo que si el alternador ya no consigue
suministrar suficiente corriente para alimentar a las otras cargas
del vehículo, la tensión de la red eléctrica de a bordo corre el
riesgo de disminuir aún más, especialmente si el supercondensador
está insuficientemente cargado.
Por lo tanto, un objetivo del presente invento
es realizar un dispositivo de alimentación eléctrica con batería de
acumuladores y supercondensadores que no presente los inconvenientes
del dispositivo de la técnica anterior descrito antes
brevemente.
El objetivo del presente invento se consigue
alimentando de potencia todas o parte de las resistencias de
calentamiento sólo mediante la descarga del supercondensador y
cargando el supercondensador mediante la batería a través de todas
o parte de las resistencias de calentamiento, obteniéndose las
conmutaciones entre la descarga y la carga del supercondensador
mediante un conmutador controlado por un circuito lógico en función
de ciertos parámetros.
Por lo tanto, el invento se refiere a un
dispositivo de alimentación eléctrica de un vehículo automóvil que
comprende:
- -
- una batería de acumuladores,
- -
- medios para cargar dicha batería de acumuladores,
- -
- resistencias de calentamiento,
- -
- un dispositivo de control manual del tipo de cerradura mediante llave de contacto, y
- -
- un supercondensador,
\vskip1.000000\baselineskip
caracterizado porque:
- -
- un terminal del citado supercondensador está conectado a un terminal de al menos una resistencia de calentamiento,
- -
- un conmutador, con al menos dos posiciones, conecta el otro terminal del citado supercondensador a la batería de acumuladores o al otro terminal de la resistencia de calentamiento, y
- -
- un circuito lógico controla la posición de dicho conmutador en función de la posición del dispositivo de control manual y de los valores medidos de ciertos parámetros del citado dispositivo de alimentación eléctrica.
\global\parskip0.930000\baselineskip
En una realización, el conmutador comprende,
además de las dos primeras posiciones, una tercera posición en la
cual el supercondensador no está conectado a ningún elemento del
dispositivo.
El invento se comprenderá mejor con la ayuda de
la siguiente descripción de ejemplos particulares de realización,
haciéndose dicha descripción en relación con el dibujo adjunto, en
el cual:
- -
- la figura única es un esquema eléctrico que incorpora un dispositivo de alimentación eléctrica de acuerdo con el invento.
De forma esquemática, un dispositivo de
alimentación eléctrica de un vehículo con motor térmico comprende
principalmente una batería 10 de acumuladores, la cual es recargada
por un alternador 12 movido por el motor térmico (no representado).
La batería 10 alimenta a un motor 14 de arranque y a diferentes
cargas 16 tales como las resistencias de calentamiento del
parabrisas térmico, de la luneta térmica trasera, los faros, etc.
Estos diferentes elementos 12, 14 y 16 están conectados en paralelo
entre el terminal positivo de la batería 10 y su terminal negativo
que está conectado al potencial de masa.
Los interruptores 32, 34 y 36 indican
respectivamente que el alternador 12 puede estar parado o en marcha,
que el motor 14 de arranque está o no activado y que una u otra de
las cargas 16 está o no alimentada.
De acuerdo con el invento, un supercondensador
18 está conectado en serie con al menos una de las cargas 16 cuya
resistencia tiene un valor Rc, llevando esta resistencia la
referencia 20. Un terminal (a) de la resistencia 20 está conectado
al potencial de masa mientras que el otro terminal (b) está
conectado a un terminal del supercondensador 18. El otro terminal
(c) del supercondensador 18 está conectado, a través de un contacto
22 móvil de un conmutador 24 tal como un relé, al terminal positivo
de la batería 10 en la posición CHA (carga) o al punto (a) de la
resistencia 20 en la posición DEC (descarga).
El contacto 22 móvil del conmutador 24 puede
tener dos posiciones CHA y DEC indicadas anteriormente en relación
con la figura 1, o tres posiciones que incluyen, además de las
posiciones CHA y DEC, una posición COM intermedia en la cual el
punto (c) no está conectado.
La posición del conmutador 24 está controlada
por un dispositivo 26 electrónico de control que determina la
posición del contacto 22 móvil en función de varios parámetros.
Estos parámetros son, por ejemplo:
- -
- la posición de la llave en el tambor de una cerradura 28 y, más en concreto, la posición APC llamada "Después del Contacto" y la posición DEM llamada de "arranque del motor",
- -
- la información Wmot de que el motor gira,
- -
- el valor Uc de la tensión medida entre los terminales (b) y (c) del supercondensador 18,
- -
- una tensión Usl de umbral límite bajo, por debajo de la cual el supercondensador 18 se considera descargado,
- -
- una tensión Us de umbral límite alto, por encima de la cual el supercondensador se considera cargado,
- -
- una tensión Ush de umbral límite máximo, por encima de la cual el supercondensador se considera cargado al máximo
- -
- una tensión Usinter de umbral intermedio, por debajo de la cual el supercondensador se considera suficientemente cargado para que la siguiente descarga garantice la misión pretendida,
- -
- el valor Ures de la tensión medida entre los terminales de la red eléctrica del vehículo,
- -
- una tensión Udev de umbral límite (12,5 V por ejemplo), por debajo de la cual el supercondensador no debe ser recargado para no sobrecargar la red eléctrica en "inversión",
- -
- una tensión Ucharge de umbral límite de carga (13,5 V por ejemplo), por encima de la cual el supercondensador puede ser recargado ya que la red eléctrica no está en inversión,
- -
- la temperatura T del elemento 20 a calentar que está asociado al supercondensador, y
- -
- una temperatura Tcons de consigna a la cual es inútil continuar calentando el elemento 20 asociado al supercondensador,
- -
- las características del supercondensador.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Se pueden considerar otros parámetros sin salir
del alcance del presente invento, tales como una duración de
temporización de funcionamiento del elemento a calentar.
Debe destacarse que el tambor de la cerradura 28
comprende dos posiciones o contactos diferentes ACC para Accesorios
y ARR para Parada que no se utilizan como informaciones para el
dispositivo 26 de control y no están por tanto conectados a
terminales de entrada de este dispositivo.
Una lámpara 30 está conectada a los terminales
de la batería 10 de acumuladores por medio del dispositivo 26
electrónico de control.
El funcionamiento del dispositivo de acuerdo con
el invento que se acaba de describir es diferente dependiendo de si
el conmutador 24 es de dos posiciones (solución 1) o de tres
posiciones (solución 2) y a cada solución le corresponde un
dispositivo 26 electrónico de control particular.
Solución
1
La posición de partida es aquella en la que el
supercondensador 18 está descargado. El supercondensador se carga
entonces antes de la fase de arranque alimentándolo por medio de la
resistencia 20 (posición CHA). Durante la fase de arranque, el
supercondensador se descarga (posición DEC) en la resistencia 20 sin
participación de la batería. Esta descarga continúa durante la fase
de circulación. Si, una vez terminada esta descarga del
supercondensador, el calentamiento no es suficiente, se puede
realizar otro ciclo de carga y descarga teniendo cuidado de que la
última operación sea una descarga del supercondensador.
Para conseguir este tipo de funcionamiento, el
dispositivo 26 de control debe comprender circuitos lógicos, los
cuales realizan funciones lógicas cuyas tablas de verdad
simplificadas vienen dadas por las tablas I y II. Estas funciones
lógicas se pueden obtener también mediante un microprocesador
convenientemente programado utilizando esas tablas I y II de
verdad.
En esas tablas I y II de verdad, así como en las
siguientes, III, IV, V y VI para la Solución 2, la cifra 1
indica que se cumple la condición del título de la columna,
indicando entonces la cifra 0 que la condición no se cumple.
La letra X significa que la condición se puede cumplir o no mientras
que la letra Y significa que la condición no se tiene en cuenta,
por ejemplo, porque el cumplimiento de una condición diferente
implica que la condición señalada se cumple igualmente.
Cuando el vehículo está parado, la llave está en
la posición ARR ó ACC y la posición del conmutador está en DEC para
garantizar la descarga completa del supercondensador 18.
Con el vehículo parado, el conductor pone la
llave en la posición APC para preparar el sistema para una fase de
arranque. El dispositivo 26 pone el conmutador 24 en posición CHA,
la cual corresponde a la primera línea de la tabla I, si T <
Tcons. En cuanto sea T > Tcons ó Uc > Us (líneas 1 y 2 de la
tabla II), la lámpara 30 se enciende para advertir al conductor de
que el vehículo está listo para comenzar la fase de arranque.
Debe destacarse que se puede seleccionar un
funcionamiento inverso de la lámpara 30 para encender la lámpara 30
durante la fase APC y para apagarla en cuanto se cumpla la condición
T > Tcons ó Uc > Us.
En la posición CHA, el supercondensador 18 se
carga mediante una corriente I a través de la resistencia 20. En
cuanto Uc > Us (línea 1 de la tabla II), la lámpara 30 se
enciende, lo cual indica que el vehículo está listo para comenzar
la fase de arranque.
En cuanto la llave 28 está en posición DEM (DEM
= 1), el dispositivo 26 pone el conmutador 24 en posición DEC
(posición de reposo), lo que provoca la descarga del
supercondensador en la resistencia 20, e impone esta posición si
DEM = 1.
En cuanto gira el motor (Wmot = 1), la llave
vuelve a la posición APC. En el caso de que la fase de arranque
haya fracasado, el conductor vuelve a pasar obligatoriamente a la
posición ARR para reinicializar el sistema.
En el caso en que el arranque haya tenido éxito
(Wmot = 1), el conmutador 24 se pone en posición CHA cuando se
cumplen las condiciones de las líneas 2, 3 y 4 de la tabla I.
Las condiciones de la línea 2 de la tabla I se
cumplen si:
- -
- T < Tcons,
- -
- La posición anterior del conmutador era una carga (DEC = 0),
- -
- Ures > Udev,
- -
- Uc < Usinter, lo cual implica a fortiori que Uc < Us.
Las condiciones de la línea 3 de la tabla I se
cumplen si:
- -
- Uc < Us,
- -
- T < Tcons,
- -
- La posición anterior del conmutador era una carga (DEC = 0),
- -
- Ures > Ucharge, lo cual implica que la condición Ures < Udev no se tiene que comprobar,
- -
- Uc > Usinter, lo cual implica que la condición Uc < Usl se cumple y que, por lo tanto, no se tiene que comprobar.
Las condiciones de la línea 4 de la tabla I se
cumplen si:
- -
- T < Tcons,
- -
- La posición anterior del conmutador era una descarga (DEC = 1),
- -
- Ures > Ucharge, lo cual implica que la condición Ures < Udev no se tiene que comprobar,
- -
- Uc < Usinter, lo cual implica que la condición Uc < Us se cumple y que por tanto no se tiene que comprobar.
Solución
2
La posición de partida es aquella en la cual el
supercondensador 18 está cargado. El supercondensador se descarga
(posición DEC) entonces durante la fase de arranque en la
resistencia 20. Después de la fase de arranque, durante la cual se
ha utilizado una gran parte de la energía contenida en el
supercondensador 18, este último se recarga alimentándolo mediante
la batería de acumuladores a través de la resistencia 20, lo que
permite limitar la corriente de carga mientras que se sigue
alimentando la resistencia 20.
El ciclo de descarga/carga se puede repetir
tantas veces como sea necesario durante la fase de circulación. El
número de ciclos depende de la capacidad del supercondensador 18, de
la tensión Ures en los terminales de la red eléctrica de a bordo
para que no permanezca en carga cuando la red eléctrica de a bordo
esté en inversión, de la duración de la potencia necesaria para
calentar la resistencia 20 y de la temperatura T medida en la
resistencia 20 o cerca de ella.
En todos los casos, la última operación debe ser
una carga del supercondensador 18.
Si no se ha podido cargar el supercondensador 18
durante un funcionamiento exterior del vehículo o si se ha
descargado debido a una parada prolongada del vehículo, se deberá
completar la carga antes de la fase de arranque como en la Solución
1.
Cuando el vehículo está parado, la llave está en
la posición ARR ó ACC y el conmutador 24 está en la posición COM
para mantener al supercondensador 18 cargado a su valor máximo y
para no penalizar la red de a bordo de la corriente de fuga del
supercondensador.
Con el vehículo parado, el conductor pone la
llave en posición APC para preparar el sistema para una fase de
arranque.
El dispositivo 26 de control pondrá entonces el
conmutador en posición CHA si (línea 1 de la tabla IV):
- -
- T < Tcons,
- -
- Uc < Us,
- -
- Ures < Ucharge.
Debe destacarse que si T > Tcons (línea 2 de
la tabla VI) o si Uc > Us (línea 1 de la tabla VI), la lámpara 30
se enciende para advertir al conductor de que el vehículo está
preparado para comenzar la fase de arranque.
El conductor pone entonces la llave en posición
DEM (DEM = 1), lo que lleva a que el conmutador se ponga en
posición DEC si (líneas 1 y 2 de la tabla V):
- -
- T < Tcons,
- -
- Ures < Ucharge.
En cuanto el motor gira (Wmot = 1), la llave
está en posición ACC ó APC. Después de la fase de arranque, la
llave vuelve a la posición APC. En el caso de que el arranque haya
fracasado, el conductor pasa obligatoriamente la llave a la
posición ARR para reinicializar el sistema.
\vskip1.000000\baselineskip
El conmutador se pone en posición DEC si:
- -
- Uc > Usl y T < Tcons,
\vskip1.000000\baselineskip
Y si se cumplen las demás condiciones
alternativas siguientes:
- -
- Uc > Ush y Ures > Ucharge (línea 3 - tabla V),
- -
- ó Uc < Ush y Ures > Ucharge y que la posición anterior era DEC ó COM (línea 4 - tabla V),
- -
- ó Uc > Us, Ures > Udev y Ures < Ucharge (línea 5 - tabla V),
- -
- ó Uc < Us, Ures > Udev, Ures < Ucharge y la posición anterior era DEC ó COM (línea 6 - tabla V),
- -
- ó Uc > Ush y Ures < Udev (línea 7 - tabla V),
- -
- ó Uc < Ush y Ures < Udev (línea 8 - tabla V).
\vskip1.000000\baselineskip
El conmutador se pone en posición CHA si:
- -
- Uc < Ush, Ures > Ucharge y T > Tcons (línea 2 de la tabla IV),
- -
- ó Uc < Ush, Ures > Ucharge, T < Tcons y la posición anterior era CHA (línea 3 de la tabla IV),
- -
- ó Uc < Usl y Ures > Ucharge (línea 4 de la tabla IV),
- -
- ó Uc < Us, Ures > Udev, Ures < Ucharge y la posición anterior era CHA (línea 5 de la tabla IV),
\vskip1.000000\baselineskip
El conmutador se pone en posición COM si:
- -
- Uc > Ush y T > Tcons (línea 4 de la tabla III),
- -
- ó Uc < Ush, Ures > Udev, Ures < Ucharge, T > Tcons y la posición anterior era DEC ó COM (línea 5 de la tabla III),
- -
- ó Uc < Usl, Ures > Udev, Ures < Ucharge, T < Tcons y la posición anterior era DEC ó COM (línea 6 de la tabla III),
- -
- ó Uc < Ush, Ures < Udev y T > Tcons (línea 7 de la tabla III),
- -
- ó Uc < Usl y Ures < Udev (línea 8 de la tabla III).
\vskip1.000000\baselineskip
Los dos sistemas o dispositivos que se acaban de
describir presentan las siguientes ventajas:
- -
- la alimentación de la resistencia 20 durante la carga o la recarga del supercondensador 18,
- -
- la limitación de las corrientes de recarga del supercondensador, lo cual preserva la tensión Ures de la red de a bordo,
- -
- la disminución del volumen del supercondensador 18 debido a los ciclos carga/descarga sucesivos,
- -
- la alimentación de la resistencia 20 durante la fase de arranque sin participación de la batería.
\newpage
Solución
1
Tabla de verdad simplificada del
control del
conmutador
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Solución
1
Tabla de verdad simplificada del
control de la lámpara
30
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Solución
2
Tabla de verdad simplificada
para la posición
COM
\newpage
Solución
2
Tabla de verdad simplificada
para la posición de carga
CHA
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Solución
2
Tabla de verdad simplificada
para la posición de descarga
DEC
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Solución
2
Tabla de verdad simplificada del
control de la lámpara
30
Claims (3)
1. Dispositivo de alimentación eléctrica de un
vehículo automóvil que comprende:
- -
- una batería (10) de acumuladores,
- -
- medios (12) para cargar dicha batería (10) de acumuladores,
- -
- resistencias (16, 20) de calentamiento,
- -
- un dispositivo (28) de control manual del tipo de cerradura mediante llave de contacto, y
- -
- un supercondensador (18),
caracterizado porque:
- -
- un terminal (b) de dicho supercondensador (18) está conectado a un terminal de al menos una resistencia (20) de calentamiento,
- -
- un conmutador (24), con al menos dos posiciones (CHA, DEC), conecta el otro terminal (c) del citado supercondensador (18) a la batería (10) de acumuladores o al otro terminal de la resistencia (20) de calentamiento, y
- -
- un circuito (26) lógico controla la posición del citado conmutador (24) en función de la posición del dispositivo (28) de control manual y de los valores medidos de ciertos parámetros eléctricos del dispositivo de alimentación eléctrica.
2. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1, caracterizado porque el citado conmutador (24) es de tres
posiciones,
- -
- una primera posición (CHA) para conectar el otro terminal (c) del supercondensador (18) a la batería (10) de acumuladores,
- -
- una segunda posición (DEC) para conectar el otro terminal (c) del supercondensador (18) al otro terminal de la resistencia (20) de calentamiento, y
- -
- una tercera posición (COM) intermedia, en la cual el otro terminal (c) del supercondensador (18) no está conectado a ningún elemento del dispositivo.
3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación
1 ó 2, caracterizado porque el circuito (26) lógico es un
microprocesador convenientemente programado.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9703019 | 1997-03-13 | ||
| FR9703019A FR2760911B1 (fr) | 1997-03-13 | 1997-03-13 | Dispositif d'alimentation electrique avec batterie d'accumulateurs et supercondensateur |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2303349T3 true ES2303349T3 (es) | 2008-08-01 |
Family
ID=9504723
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES98400196T Expired - Lifetime ES2303349T3 (es) | 1997-03-13 | 1998-01-30 | Dispositivo de alimentacion electrica con bateria de acumuladores y supercondensador. |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
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| DE (1) | DE69839504D1 (es) |
| ES (1) | ES2303349T3 (es) |
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