ES2318513T3 - Procedimiento para la carga de una bateria. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de carga de una batería por impulsos rectangulares de corriente, que toman alternativamente una primera amplitud (I1), durante un primer periodo (t1), y una segunda amplitud (I2), diferente de la primera (I1), durante un segundo periodo (t2), procedimiento que incluye la determinación de un primer valor de pendiente (P1), representativo de la variación de la tensión (U) en los bornes de la batería en función del tiempo, a partir de medidas sucesivas (U(t -DELTAt), U(t)) de dicha tensión (U) durante cada primer periodo (t1), procedimiento caracterizado porque la primera amplitud (I1) y la duración (t1) del primer periodo están determinadas previamente, el procedimiento incluye el control de al menos uno de los parámetros (I1, t1) de la corriente durante los primeros periodos ulteriores a dicho primer valor de pendiente (P1), calculado y comparado con un primer rango predeterminado al final de cada primer periodo (t1), modificándose la primera amplitud (I1) de corriente y/o la duración (t1) del primer periodo si el primer valor de pendiente (P1) sale del primer rango.
Description
Procedimiento de carga de una batería.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La invención se refiere a un procedimiento de
carga de una batería por impulsos rectangulares de corriente, que
toman alternativamente una primera amplitud, durante un primer
periodo, y una segunda amplitud, diferente de la primera, durante
un segundo periodo. Este procedimiento incluye la determinación de
un primer valor de pendiente, representativo de la variación de la
tensión en los bornes de la batería en función del tiempo, a partir
de medidas sucesivas de dicha tensión durante cada primer
periodo.
La carga o la recarga de una batería se realiza
clásicamente bajo el control de un regulador de carga. Los diversos
modos de gestión de carga de una batería usados actualmente están
fundados bien en la medida de la tensión en los bornes de la
batería o bien en la medida de la corriente de carga de la
batería.
Un primer modo de gestión conocido es de tipo
conexión/desconexión ("On/Off"), basado en la interrupción de
la carga cuando la tensión alcanza un umbral alto y su reanudación
cuando la tensión alcanza un umbral de tensión de reconexión. En
este modo de gestión, fácil de implementar, los umbrales de tensión
están a menudo mal ajustados y es difícil alcanzar la carga
completa de la batería.
Otro modo de gestión conocido consiste en
mantener constante la tensión de la batería, lo que permite
disminuir el valor de la corriente cuando se alcanza la tensión
deseada, usando en su caso entonces una modulación de tipo PWM
(modulación de anchura de impulso) de la corriente de carga. Sin
embargo, la disipación de potencia requerida es importante y los
umbrales de tensión están a menudo mal ajustados.
Los dos modos de gestión anteriores, fundados en
la medida de la tensión, no están optimizados para tener en cuenta
las diferentes tecnologías de baterías y de sus diferentes
aplicaciones.
Un modo de gestión basado en la medida de la
corriente usa el recuento de los amperios-horas que
entran y salen de la batería. Este modo de gestión está poco
extendido porque es impreciso en el tiempo y no tiene en cuenta
correctamente la desgasificación, sobre todo en el caso de baterías
de plomo-ácido abiertas de electrolito líquido.
Otro modo de gestión, desarrollado sobre todo
para las baterías de los vehículos eléctricos, usa una corriente de
carga de impulso. Esto permite sobre todo reducir el tiempo de
recarga de la batería, pero los parámetros de corriente están a
menudo mal ajustados.
La patente US-6.154.011 propone
modificar la corriente media de carga de la batería en función de la
sobretensión media, de manera que se mantenga un nivel de
hidrólisis aceptable. La corriente media de carga puede adaptarse
mediante una reducción de la amplitud de los impulsos de corriente,
mediante un aumento del intervalo entre dos impulsos de corriente
("OFF-time") y/o mediante una disminución de la
duración ("ON-time") de los impulsos de
corriente de carga.
La patente US-5.412.306 propone
disminuir la amplitud de un impulso de corriente en un factor
predeterminado, por ejemplo, dividirla por 2, de manera que
constituya un impulso en forma de escalera
("stepped-down pulse") cuando la pendiente de
la tensión en función del tiempo se anula después de haber alcanzado
un cierto valor (por ejemplo, 2,5 V/s). El fin de la carga de la
batería no se realiza, por tanto, mediante la corriente pulsada,
sino por una sucesión de impulsos en forma de escalera, cada uno de
los cuales tiene zonas horizontales de amplitud decreciente.
El documento
EP-A-1.341.286 describe un
procedimiento de carga de una batería que incluye una fase de carga
rápida, una fase de carga de igualación y una fase de carga de
mantenimiento. La fase de carga rápida se termina cuando la tensión
presenta dos puntos de inflexión de signos opuestos. Durante las
fases de carga de igualación y de mantenimiento, la corriente de
carga puede ser una corriente pulsada.
En el procedimiento de carga de una batería
según la patente US-5.710.506, la carga se termina
cuando la tensión en los bornes de la batería o el gradiente de la
tensión sobrepasan un valor de umbral. Durante una fase de
mantenimiento, la corriente puede ser nula hasta que la tensión
vuelva a descender por debajo de un umbral de tensión y tomar un
valor máximo predeterminado hasta que la tensión o su gradiente
alcancen un umbral predeterminado.
Los diversos procedimientos de carga mediante
corriente pulsada conocidos no están optimizados para los diferentes
tipos de baterías comercializadas.
La invención tiene por finalidad superar los
inconvenientes de los procedimientos de carga conocidos y, más en
particular, permitir determinar el conjunto de los parámetros de
carga, por corriente pulsada, de cualquier tipo de batería y para
cualquier tipo de aplicación.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Según la invención, este objetivo se alcanza
mediante un procedimiento de carga según las reivindicaciones
anexas y, más en particular, por el hecho de que, estando la primera
amplitud y la duración del primer periodo determinadas previamente,
el procedimiento incluye el control de al menos uno de los
parámetros de la corriente durante los primeros periodos ulteriores
a dicho primer valor de pendiente, calculado y comparado con un
primer rango predeterminado al final de cada primer periodo,
modificándose la primera amplitud de corriente y/o la duración del
primer periodo si el primer valor de pendiente sale del primer
rango.
Se deducirán más claramente otras ventajas y
características a partir de la descripción que sigue a continuación
de formas particulares de realización de la invención dadas a título
de ejemplos no limitativos y representadas en los dibujos anexos,
en los que:
la fig. 1 ilustra esquemáticamente las
variaciones, en función del tiempo, de la corriente de carga 1 de
una batería cargada por el procedimiento según la invención, así
como las variaciones correspondientes de la tensión U;
la fig. 2 ilustra las variaciones, en función
del tiempo, de la tensión U en los bornes de la batería cargada por
el procedimiento según la invención;
las fig. 3 a 6 ilustran las variaciones, en
función del tiempo, de la tensión U en los bornes de una batería,
respectivamente cuando la duración de un primer periodo t1 no está
adaptada (fig. 3 y 4) o cuando la duración t2 de un segundo periodo
no está adaptada (fig. 5 y 6);
las fig. 7 a 10 representan organigramas de una
primera forma de realización del procedimiento según la
invención;
las fig. 11 a 14 representan organigramas de una
segunda forma de realización del procedimiento según la
invención;
las fig. 15 y 16 representan los organigramas de
otras dos formas de realización de un procedimiento según la
invención;
las fig. 17 y 18 ilustran más en detalle las
variaciones de la tensión medida durante la carga de una batería,
cargada con impulsos de amplitud constante, respectivamente antes y
después de la adaptación de los parámetros temporales de los
impulsos de corriente de acuerdo con la invención;
las fig. 19 y 20 ilustran más en detalle las
variaciones de la tensión medida durante la carga de una batería,
cargada con una corriente pulsada de amplitud media constante,
respectivamente antes y después de la adaptación de los parámetros
de los impulsos de corriente de acuerdo con la invención.
En la fig. 1, la corriente de carga I de la
batería es una corriente pulsada entre los instantes A y B, después
de aplicación de una corriente de amplitud constante hasta el
instante A. Para favorecer el número de sitios de germinación con
respecto al crecimiento de cristales en el interior de la batería,
es preferible, sin embargo, que la corriente pulsada se aplique a
la batería desde el principio de la carga o de la recarga.
La corriente pulsada está constituida
clásicamente por impulsos rectangulares de corriente, que toman
alternativamente una primera amplitud I1, durante un primer periodo
t1, y una segunda amplitud I2, inferior a la primera, durante un
segundo periodo t2.
Como se ilustra en la fig. 2, se calcula un
primer valor de la pendiente P1 de la tensión U, medido en los
bornes de la batería para cargar, al menos al final del primer
periodo t1. Al menos uno de los parámetros (I1, t1) de la corriente
durante el primer periodo es suministrado automáticamente al primer
valor de pendiente P1 calculado. De manera análoga, un segundo
valor de la pendiente P2 de la tensión U, medido en los bornes de
la batería para cargar, se calcula al menos al final del segundo
periodo t2. Al menos uno de los parámetros (I2, t2) de la corriente
durante el segundo periodo se suministra automáticamente al segundo
valor de pendiente P2 calculado.
Los diferentes parámetros de la corriente de
carga pulsada se controlan así en continuo en la pendiente P de la
tensión U medida en los bornes de la batería. En la fig. 2, los
valores absolutos de los valores primero y segundo de pendiente P1
y P2, representativos de la variación de la tensión U en función del
tiempo, respectivamente al final de los periodos primero y segundo
(t1, t2), están comprendidos entre 1 mV/s y 6 mV/s. La evolución en
el tiempo de la tensión U así obtenida es entonces óptima.
Por el contrario, en ausencia de control
conforme a la invención, en las fig. 3 y 4, la duración del primer
periodo t1 no está adaptada, es respectivamente demasiado larga y
demasiado corta, y el primer valor de pendiente P1, al final del
primer periodo, es respectivamente inferior a 1 mV/s y superior a 6
mV/s. Asimismo, en las fig. 5 y 6, la duración del segundo periodo
t2 no está adaptada, es respectivamente demasiado corta y demasiado
larga, y el valor absoluto del segundo valor de pendiente P2, al
final del segundo periodo, es respectivamente superior a 6 mV/s e
inferior a
\hbox{1 mV/s.}
La carga de la batería con una corriente pulsada
controlada en la pendiente de la tensión, de acuerdo con la
invención, permite optimizar la carga en función del tipo de batería
y del ámbito de aplicación de esta batería. La carga se efectúa
entonces en un tiempo mínimo, regulando en todo momento la
hidrólisis de forma eficaz para las baterías de electrolito líquido
acuoso y aumentando la capacidad y la vida útil de la batería.
Las fig. 7 a 10 ilustran un ejemplo de
organigramas de una primera forma de realización de un procedimiento
según la invención, que puede implementarse mediante cualquier
regulador de carga de tipo conocido.
Como se ilustra en la fig. 7, en una primera
etapa F1, ilustrada más en detalle en la fig. 8, los parámetros de
carga se inicializan en función de las características técnicas de
la batería para cargar y del ámbito de aplicación planteado para
esta batería, que determinan sus condiciones de funcionamiento. A
modo de ejemplo, una batería de plomo-ácido de regulación por
válvula o batería de tipo VRLA ("valve regulated
lead-acid"), usada en una instalación
fotovoltaica, se cargará mediante una corriente pulsada cuyos
primeros y segundos valores I1 e I2 dependen directamente de la
energía producida por los paneles fotovoltaicos. La tensión U en
sus bornes deberá estar limitada para no sobrepasar un umbral, en
media del orden 2,4 V a 2,45 V por celda electroquímica, de manera
que se limiten las degradaciones susceptibles de ser inducidas por
una hidrólisis importante. En una forma de realización preferente,
la amplitud I2 puede ser nula.
En la fig. 7, después de la etapa de
inicialización F1, el regulador de carga pasa a una etapa F2 de
carga de la batería con una corriente que tiene una primera
amplitud I1 en tanto que el primer valor de pendiente P1 permanezca
fuera un primer rango, comprendido preferentemente entre 1 mV/s y 6
mV/s. La carga de la batería por el impulso de corriente de
amplitud I1 se interrumpe cuando la pendiente P1 de la tensión U en
los bornes de la batería entra en el rango correspondiente. La
duración del primer periodo t1 se controla así en el primer valor
de pendiente P1.
Cuando el primer periodo es interrumpido por la
entrada del primer valor de pendiente P1 en el rango
correspondiente, el regulador controla, en una etapa F3, la carga
de la batería con una corriente que tiene una segunda amplitud I2,
inferior a la primera amplitud I1, en tanto que el segundo valor de
pendiente P2 permanece fuera de un segundo rango, preferentemente
idéntico al primero, es decir, comprendido, en valor absoluto, entre
1 mV/s y 6 mV/s. La carga de la batería por el impulso de corriente
de amplitud I2 se interrumpe entonces cuando la pendiente P2 entra
en el rango correspondiente, controlando así la duración del segundo
periodo t2 en el segundo valor de pendiente P2.
Después de la etapa F3, el regulador verifica,
en una etapa F4 (¿Parada?), si la batería está cargada
suficientemente, es decir, si la carga debe o no ser interrumpida.
El criterio de decisión correspondiente a la parada de la carga
puede estar constituido por cualquier criterio usado clásicamente
durante la carga de una batería. Si este criterio se satisface
(salida Sí de F4), el regulador pasa a una etapa F5 de fin de carga.
En caso contrario (salida No de F4) reinicia el bucle en la entrada
de la etapa F2 y prosigue la carga de la batería mediante impulsos
que toman alternativamente la primera y la segunda amplitud I1 e I2,
durante los periodos primero y segundo t1 y t2, controlados
respectivamente en los valores primero y segundo de pendiente P1 y
P2.
Se ilustran más en detalle ejemplos de
realización de las etapas F1 a F3 respectivamente en las fig. 8 a
10.
Como se representa en la fig. 8, la etapa F1 de
inicialización incluye, en primer lugar, en una etapa F6, la
determinación de las amplitudes primera y segunda I1 e I2 de la
corriente de carga en función del tipo de batería para cargar y de
la aplicación planteada para esta batería. En la forma de
realización según las fig. 7 a 10, las amplitudes I1 e I2
permanecen inalteradas durante toda la carga, siendo los parámetros
controlados en la pendiente P de la tensión U los periodos primero
y segundo t1 y t2. La etapa F6 se sigue de una etapa F7, en la que
el valor de la tensión U(t) se pone inicialmente a cero.
La etapa F2 puede entonces, como se representa
en la fig. 9, comenzar por una etapa F8, en la que el regulador
fija en el valor I1 (previamente determinado durante la etapa F6) la
amplitud I de la corriente de carga (I = I1) y salvaguarda el valor
registrado anteriormente de la tensión: U(t - \Deltat) =
U(t). Posteriormente, en una etapa F9, se registra una nueva
medida de tensión U(t) antes del cálculo, en una etapa F10,
del primer valor de pendiente P1. El primer valor de pendiente P1
calculado se compara a continuación, en una etapa F11, con un
primer rango. En la fig. 9, por ejemplo, el regulador verifica si el
primer valor de pendiente P1 está comprendido entre 1 mV/s y 6
mV/s. Si no es el caso (salida No de F11), el regulador reinicia el
bucle en la etapa F8. Por tanto, continúa aplicando la corriente de
amplitud I1, inalterada, a la batería y salvaguarda el valor de la
tensión medido anteriormente, antes de calcular un nuevo valor de
P1. La sucesión de etapas F8 a F11 se repite en tanto que el primer
valor de pendiente P1 permanezca fuera del primer rango y, durante
todo este primer periodo, las medidas sucesivas de la tensión
U(t) se realizan en intervalos de tiempo predeterminados
\Deltat. Estos intervalos de tiempo \Deltat tienen,
preferentemente, una duración muy inferior al primer periodo t1. El
primer valor de pendiente puede calcularse entonces tomando el valor
absoluto de la relación entre la diferencia entre dos valores
sucesivos de la tensión medida y del tiempo \Deltat transcurrido
entre estas dos medidas:
P1 =
|(U(t) - U(t - \Delta t)) / \Delta
t
Cuando, en la etapa F11, el regulador constata
que el primer valor de pendiente P1 se introduce en el primer rango
(salida Sí de F11), la etapa F2 se termina y el regulador pasa
entonces a la etapa F3. Como se representa en la fig. 10, la etapa
F3 puede, de manera análoga a la etapa F2, comenzar por una etapa
F12, en la que la amplitud de la corriente de carga I se fija al
valor I2 (previamente determinado durante la etapa F6), estando el
valor registrado anteriormente de la tensión salvaguardado. Después
se mide y se registra un nuevo valor de la tensión U(t) en
una etapa F13, análoga a la etapa F9, para permitir a continuación
el cálculo, en una etapa F14, análoga a la etapa F10, del segundo
valor de pendiente P2 = |(U(t) - U(t -
\Deltat))/\Deltat| y su comparación con el segundo rango en
una etapa F15, análoga a la etapa F11.
Las fig. 11 a 14 ilustran un ejemplo de
organigramas de una segunda forma de realización de un procedimiento
según la invención.
Como se ilustra en la fig. 11, en una etapa F16,
ilustrada más en detalle en la fig. 12, los parámetros de carga se
inicializan en primer lugar en función de las características
técnicas de la batería para cargar y del ámbito de aplicación
planteado para esta batería. En la forma particular de realización
ilustrada en la fig. 12, se determinan valores iniciales de los
parámetros I1, I2, t1 y t2 en el curso de una etapa F27, seguida de
una etapa F7, en la que el valor de la tensión de la tensión
U(t) se pone inicialmente a cero.
En la fig. 11, después de la etapa de
inicialización F16, el regulador de carga pasa a una etapa F17 de
carga de la batería con una corriente que tiene una primera
amplitud I1 durante un primer periodo t1. Posteriormente, el
regulador pasa a una etapa F19 de carga de la batería con una
corriente que tiene una segunda amplitud I2 durante un segundo
periodo t2. Simultáneamente, al final de la etapa F17, el regulador
calcula el primer valor de pendiente P1, en una etapa F10, y
después compara el primer valor de pendiente calculada con el primer
rango en una etapa F11. Si el primer valor de pendiente P1 sale del
primer rango (salida No de F11), el regulador modifica algunos
parámetros en una etapa F18.
De manera análoga, al final de la etapa F19, el
regulador calcula el segundo valor de pendiente P2, en una etapa
F14, y después compara el segundo valor de pendiente calculada con
el segundo rango en una etapa F15. Si el segundo valor de pendiente
P2 sale del segundo rango (salida No de F15), el regulador modifica
algunos parámetros en una etapa F20. Simultáneamente, en la salida
de la etapa F19, como en la salida de la etapa F3 de la fig. 7, el
regulador verifica, en una etapa F4 (¿Parada?), si la batería está
suficientemente cargada. Si es el caso (salida Sí de F4), el
regulador pasa a una etapa F5 de fin de carga. En caso contrario
(salida No de F4) reinicia el bucle en la entrada de la etapa F17 y
prosigue la carga de la batería mediante impulsos que toman
alternativamente la primera y la segunda amplitud I1 e I2, en su
caso modificadas en F18 o F20, durante los periodos primero y
segundo t1 y t2, en su caso modificados en F18 o F20.
Se ilustran más en detalle ejemplos de
realización de las etapas F17 y F9 respectivamente en las fig. 13 y
14.
En la fig. 13, la etapa F17 comienza por una
etapa F28 en la que una magnitud t, representativa del tiempo, se
pone a cero (t = 0). Posteriormente pasa a una etapa F8 (I = I1 y
U(t - \Deltat) = U(t)), y después a una etapa F9 de
medida de la tensión U(t), seguida por una etapa F29 de
incremento del tiempo (t = t + \Deltat). El regulador verifica a
continuación, en una etapa F30, si el tiempo transcurrido desde el
inicio de la etapa F17 es o no igual al primer periodo t1. Si es el
caso (salida Sí de F30), la etapa F17 se termina. En caso contrario
(salida No de F30), el regulador reinicia el bucle en la etapa F8 y
continúa para cargar la batería con el impulso de amplitud I1 hasta
el final del primer periodo t1.
De manera análoga, en la fig. 14, la etapa F19
comienza por una etapa F31 en la que la magnitud t, representativa
del tiempo, se pone a cero (t = 0). Posteriormente pasa a una etapa
F12 (I = I2 y U(t - \Deltat) = U(t)), y después a
una etapa F13 de medida de la tensión U(t), seguida por una
etapa F32 de incremento del tiempo (t = t + \Deltat). El regulador
verifica a continuación, en una etapa F33, si el tiempo transcurrido
desde el inicio de la etapa F19 es o no igual al segundo periodo
t2. Si es el caso (salida Sí de F33), la etapa F19 se termina. En
caso contrario (salida No de F33), el regulador reinicia el bucle en
la etapa F12 y continúa para cargar la batería con el impulso de
amplitud I2 hasta el final del segundo periodo t2.
El cálculo de los nuevos parámetros en la etapa
F18 se destina a controlar la primera amplitud de corriente I1 y/o
la duración del primer periodo t1 para el primer valor de pendiente
P1 calculado al final del primer periodo t1.
Así, si el primer valor de pendiente P1 es, en
valor absoluto, superior al límite superior del primer rango, por
ejemplo superior a 6 mV/s, eso significa que el primer periodo t1 es
demasiado corto, como en la fig. 4, y/o que la primera amplitud I1
es demasiado elevada. El cálculo de los nuevos parámetros de la
etapa F18 consiste entonces en aumentar el primer periodo t1 y/o en
reducir la primera amplitud I1, en función del ámbito de aplicación
de la batería y de sus condiciones de funcionamiento. De manera
análoga, si el primer valor de pendiente P1 es, en valor absoluto,
inferior al límite inferior del primer rango, por ejemplo inferior
a 1 mV/s, eso significa que el primer periodo t1 es demasiado largo,
como en la fig. 3, y/o que la primera amplitud I1 es demasiado
baja. El cálculo de los nuevos parámetros de la etapa F18 consiste
entonces en reducir el primer periodo t1 y/o en aumentar la primera
amplitud I1, en función del ámbito de aplicación de la batería y de
sus condiciones de funcionamiento. En este último caso, para una
instalación fotovoltaica, por ejemplo, la corriente suministrada
por los paneles solares depende del soleamiento y, por tanto, es
preferible intervenir en la duración del periodo t1 más que en la
amplitud I1.
De manera análoga, el cálculo de los nuevos
parámetros en la etapa F20 permite controlar la segunda amplitud de
corriente I2 y/o la duración del segundo periodo t2 para el segundo
valor de pendiente P2, calculado al final del segundo periodo
t2.
En una variante de realización, los parámetros
de la corriente son modificados, en las etapas F18 y/o F20, de
manera que se mantenga constante el valor medio de la corriente de
carga, Imed = (I1t1 + I2t2)/(t1 + t2), durante un periodo de carga,
es decir, durante un primer periodo t1 y el segundo periodo t2
siguiente. El valor medio Imed de la corriente de carga se
determina entonces inicialmente, al mismo tiempo que los valores
I1, I2, t1 y t2, durante la fase de inicialización F16, en función
de las características técnicas de la batería para cargar y del
ámbito de aplicación planteado para esta batería.
En el caso en que la segunda amplitud I2 de la
corriente de carga se mantenga constantemente a cero, el cálculo de
los nuevos parámetros durante la fase F20 puede actuar
simultáneamente en el segundo periodo t2 y en la primera amplitud
I1, de manera que se mantenga constante el valor medio Imed. Así, si
el segundo valor de pendiente P2 es, en valor absoluto, superior al
límite superior del segundo rango, la segunda duración t2 se
aumenta, mientras que la primera amplitud I1 se reduce de manera que
se mantenga Imed constante. De manera análoga, si el segundo valor
de pendiente P2 es, en valor absoluto, inferior al límite inferior
del segundo rango, la segunda duración t2 se reduce, mientras que
la primera amplitud I1 se aumenta para mantener Imed constante.
Una tercera forma de realización, ilustrada en
la fig. 15, combina la etapa F2 de la primera forma de realización
(fig. 7) durante los primeros periodos de carga y las etapas F19,
F14, F15 y F20 de la segunda forma de realización (fig. 11) durante
los segundos periodos de carga. Así, en una etapa de inicialización
F34, se determinan los valores de I1, I2, t2 y, en su caso, Imed.
Posteriormente, en la etapa F2, el regulador carga la batería con
una corriente de amplitud I1 en tanto que el primer valor de
pendiente P1 permanezca fuera del primer rango. A continuación
carga, en la etapa F19, la batería con una corriente de amplitud I2
durante el segundo periodo t2, y después calcula P2 (etapa F14) y
lo compara con el segundo rango (etapa F15). Si P2 sale del segundo
rango (salida No de F15), el regulador modifica I2 y/o t2, en su
caso manteniendo constante el valor medio de la corriente Imed.
Como en la fig. 11, las etapas F4 y F5 siguen la etapa F19 y el
regulador reinicia el bucle en la etapa F2 si la carga no se
termina (salida No de F4)
En esta tercera forma de realización, la
duración del primer periodo (t1) se controla, por tanto, en el
primer valor de pendiente P1, calculada en continuo durante el
primer periodo t1. Este se interrumpe cuando el primer valor de
pendiente P1 entra en el primer rango. Por el contrario, el segundo
valor de pendiente P2 se calcula al final del segundo periodo t2 y
la segunda amplitud I2 y/o la duración del segundo periodo t2 se
controlan en este segundo valor de pendiente P2.
Una cuarta forma de realización, ilustrada en la
fig. 16, combina las etapas F17, F10, F11 y F18 de la segunda forma
de realización (fig. 11) durante los primeros periodos de carga y la
etapa F3 de la primera forma de realización (fig. 7) durante los
segundos periodos de carga. Así, en una etapa de inicialización F35,
se determinan los valores de I1, t1, I2 y, en su caso, Imed.
Posteriormente, el regulador carga, en la etapa F17, la batería con
una corriente de amplitud I1 durante el primer periodo t1, antes de
pasar a la etapa F3, en la que el regulador carga la batería con
una corriente de amplitud I2 en tanto que el segundo valor de
pendiente P2 permanezca fuera del segundo rango. Al final de la
etapa F17, el regulador calcula el primer valor de pendiente P1
(etapa F10) y lo compara con el primer rango (etapa F11). A
continuación, si P1 sale del primer rango (salida No de F11), el
regulador modifica I1 y/o t1, en su caso manteniendo constante el
valor medio Imed. Como en la fig. 7, las etapas F4 y F5 siguen la
etapa F3 y el regulador reinicia el bucle en la etapa F17 si la
carga no se termina (salida No de F4)
En esta cuarta forma de realización, el primer
valor de pendiente P1 se calcula al final del primer periodo t1 y
la primera amplitud I1 y/o la duración del primer periodo t1 se
controlan en este primer valor de pendiente P1. Por el contrario,
la duración del segundo periodo t2 se controla en el segundo valor
de pendiente P2, calculado en continuo durante el segundo periodo
t2. Éste se interrumpe cuando el segundo valor de pendiente P2
entra en el segundo rango.
Las fig. 17 y 18 ilustran más en detalle las
variaciones de la tensión medida durante la carga de una batería de
plomo-ácido de una capacidad inicial de 25 Ah.
La batería se carga con una corriente pulsada
que toma una primera amplitud I1 de 2,5 A durante un primer periodo
t1 de 10 s y una segunda amplitud I2 nula durante un segundo periodo
t2 de 10 s.
La fig. 17 ilustra las variaciones de tensión
sin adaptación de los parámetros temporales de los impulsos de
corriente de acuerdo con la invención, para un estado de carga del
90%. Los valores de pendiente P1 y P2 al final de los periodos
primero y segundo son respectivamente iguales a 0,9 mV/s y a 0,2
mV/s, en valor absoluto. Estos dos valores son, en valor absoluto,
inferiores al límite inferior de 1 mV/s de los rangos primero y
segundo correspondientes. Las duraciones de los periodos primero y
segundo, por tanto, no están adaptadas.
La fig. 18 ilustra las variaciones de tensión
obtenidas después de adaptación de los parámetros temporales t1 y
t2 de acuerdo con la invención. El control de t1 y t2 en los valores
de pendiente P1 y P2 conduce a una disminución de t1 y t2 para
llevar P1 y P2 a sus rangos respectivos al final de los periodos
primero y segundo. En la fig. 18, los parámetros óptimos obtenidos
son de 3 s para t1 y de 1,9 s para t2. Los valores primero y
segundo de pendiente P1 y P2, respectivamente al final de los
periodos primero y segundo, son entonces, en valor absoluto,
respectivamente iguales a 5 mV/s y 3 mV/s.
En el ejemplo ilustrado en las fig. 19 y 20, una
batería de plomo-ácido, de una capacidad inicial de 25 Ah se carga
con una corriente media Imed constante. Inicialmente, el primer
periodo t1 es de 15 s, para una corriente de carga que tiene una
primera amplitud I1 de 2,5 A, mientras que el segundo periodo t2 se
fija a 5 s con una corriente de carga que tiene una segunda
amplitud I2 nula.
En la fig. 19, sin adaptación de los parámetros
de la corriente, para un estado de carga del 95%, los valores
absolutos de los valores de pendiente P1 y P2 al final de los
periodos primero y segundo son respectivamente iguales a 0,6 mV/s y
a 1,3 mV/s. El primer valor de pendiente P1 es, por tanto, inferior
al límite inferior de 1 mV/s del primer rango, mientras que el
valor absoluto del segundo valor de pendiente P2 al final del
segundo periodo está en los límites del segundo rango. Los
parámetros de la corriente de carga no están, por tanto,
adaptados.
La fig. 20 ilustra las variaciones de tensión
obtenidas después de adaptación de los parámetros de la corriente
de acuerdo con la invención. El control de I1 y t1 en el primer
valor de pendiente P1 conduce a una disminución de t1 y a un
aumento de I1 para llevar P1 al primer rango al final del primer
periodo. En la fig. 20, los parámetros óptimos obtenidos son de 5,5
s para t1 y de 3,58 A para I1. El primer valor de pendiente P1 al
final del primer periodo es igual entonces a 2,4 mV/s, mientras que
el valor absoluto del segundo valor de pendiente P2 al final del
segundo periodo permanece inalterado en 1,3 mV/s.
El procedimiento de carga según la invención
permite, por tanto, adaptar en continuo el conjunto de los
parámetros de la corriente pulsada durante la carga o la recarga de
cualquier tipo de batería, por ejemplo, para diferentes tipos de
baterías de plomo-ácido, y para cualquier tipo de aplicación, sobre
todo para baterías usadas en vehículos eléctricos, en aplicaciones
fotovoltaicas, etc.
Se aplica tanto a la recarga de la batería en el
curso de su uso como a toda primera carga de la batería durante la
fabricación de ésta. En efecto, la primera carga de una batería de
plomo durante su fabricación permite formar dióxido de plomo
PbO_{2} en las placas positivas de la batería y plomo Pb en las
placas negativas de la batería. Ahora bien, el plomo y el dióxido
de plomo son las dos especies químicas producidas durante las
cargas de la batería, mientras que el sulfato de plomo PbSO_{4}
aparece durante la descarga de la batería. Actualmente, una
fabricación clásica de una batería sólo conduce a un uso parcial,
inferior al 50%, del material activo. Ahora bien, se ha demostrado,
en un artículo de Diniz y col., en "Journal of Power Sources",
vol. 109, pág. 184-188, de 2002, que el uso de
corriente pulsada durante la formación de las placas podía, en
algunos casos, conducir a un fuerte aumento, que puede ir hasta el
74%, del material activo útil y, en consecuencia, a aumentar la
eficacia farádica de la batería. La aplicación del procedimiento
según la invención a la primera carga de una batería en el curso de
su fabricación permite optimizar los parámetros de carga.
La invención no está limitada a las formas
particulares de realización descritas anteriormente. En particular,
el control de uno de los parámetros de la corriente en la pendiente
de la tensión U en función del tiempo puede limitarse a uno solo de
los periodos primero y segundo. Aunque el control de los dos valores
de pendientes P1 y P2 permite una mejor optimización, puede
plantearse el control de un solo valor de pendiente, P1 o P2, y
permite ya mejorar la carga de la batería con respecto a los
procedimientos de carga conocidos.
Como se representa en las fig. 2 a 6 y 17 a 20,
el valor de pendiente P2 es negativo, mientras que el valor de
pendiente P1 es positivo. El uso preferente del valor absoluto
durante el cálculo de los valores de pendiente permite liberarse de
los signos durante la comparación de los valores de pendiente en los
rangos, que pueden entonces definirse únicamente en valor
absoluto.
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- DINIZ y col. Journal of Power
Sources, 2002, vol. 109, 184-188
[0055]
Claims (8)
1. Procedimiento de carga de una batería por
impulsos rectangulares de corriente, que toman alternativamente una
primera amplitud (I1), durante un primer periodo (t1), y una segunda
amplitud (I2), diferente de la primera (I1), durante un segundo
periodo (t2), procedimiento que incluye la determinación de un
primer valor de pendiente (P1), representativo de la variación de
la tensión (U) en los bornes de la batería en función del tiempo, a
partir de medidas sucesivas (U(t - \Deltat), U(t))
de dicha tensión (U) durante cada primer periodo (t1),
procedimiento caracterizado porque la primera amplitud (I1) y
la duración (t1) del primer periodo están determinadas previamente,
el procedimiento incluye el control de al menos uno de los
parámetros (I1, t1) de la corriente durante los primeros periodos
ulteriores a dicho primer valor de pendiente (P1), calculado y
comparado con un primer rango predeterminado al final de cada
primer periodo (t1), modificándose la primera amplitud (I1) de
corriente y/o la duración (t1) del primer periodo si el primer valor
de pendiente (P1) sale del primer rango.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el primer rango está comprendido, en
valor absoluto, entre 1 mV/s y 6 mV/s.
3. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque incluye
- -
- al menos dos medidas sucesivas (U(t - \Deltat), U(t)) de la tensión (U) en los bornes de la batería durante cada segundo periodo (t2),
- -
- el cálculo, a partir de las medidas de tensión durante el segundo periodo, al menos al final de cada segundo periodo, de un segundo valor de pendiente (P2), representativo de la variación de la tensión en función del tiempo,
- -
- la comparación del segundo valor de pendiente (P2) con un segundo rango predeterminado,
- -
- el control de al menos uno de los parámetros (I2, t2) de la corriente durante el segundo periodo (t2) con el segundo valor de pendiente (P2).
4. Procedimiento según la reivindicación 3,
caracterizado porque el segundo rango está comprendido, en
valor absoluto, entre 1 mV/s y 6 mV/s.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque, durante cada
segundo periodo, las medidas sucesivas de la tensión se realizan en
intervalos de tiempo (\Deltat) predeterminados, muy inferiores al
segundo periodo (t2), siendo el segundo valor de pendiente (P2)
calculado y comparado con el segundo rango después de cada medida
de tensión, interrumpiéndose el segundo periodo (t2) cuando el
segundo valor de pendiente (P2) entra en el segundo rango.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque el segundo valor
de pendiente (P2) se calcula y compara con el segundo rango al
final del segundo periodo (t2), modificándose la segunda amplitud
(I2) de corriente y/o la duración (t2) del segundo periodo si el
segundo valor de pendiente (P2) sale del segundo rango.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque, al ser nula la segunda amplitud (I2) de
corriente, la duración (t2) del segundo periodo y la primera
amplitud (I1) de corriente se modifican si el segundo valor de
pendiente (P2) sale del segundo rango.
8. Procedimiento según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los parámetros
de la corriente se modifican de manera que se mantiene constante el
valor medio (Imed) de la amplitud de la corriente durante un
periodo de carga constituido por un primer periodo (t1) y el segundo
periodo (t2) siguiente.
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