ES2587019T3 - Método para recargar las baterías de una unidad de generación CC para suministrar cargas eléctricas aisladas y dispositivo correspondiente para implementar el método - Google Patents

Método para recargar las baterías de una unidad de generación CC para suministrar cargas eléctricas aisladas y dispositivo correspondiente para implementar el método Download PDF

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ES2587019T3 ES12425031.7T ES12425031T ES2587019T3 ES 2587019 T3 ES2587019 T3 ES 2587019T3 ES 12425031 T ES12425031 T ES 12425031T ES 2587019 T3 ES2587019 T3 ES 2587019T3
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Abstract

Método para recargar la batería o baterías (15) de una unidad de generación CC para suministrar al menos una carga eléctrica aislada (20) y en el que las baterías están asociadas con una estación de potencia eléctrica integrada que incorpora la unidad de generación CC con un generador (4) correspondiente para suministrar potencia eléctrica CC a la carga eléctrica (20), caracterizado por que se prevé la inserción desmontable en serie a la carga (20) de un dispositivo de limitación de tensión (5) justo durante la etapa de carga de las baterías (15); la inserción del dispositivo de limitación de tensión (5) ocurre automáticamente, a través de un conmutador de derivación (3), normalmente cerrado, conectado en paralelo al dispositivo de limitación de tensión (5), cuando se ha superado un umbral de absorción de corriente predeterminado por las baterías (15), indicando la necesidad de recarga.

Description

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DESCRIPCION
Metodo para recargar las batenas de una unidad de generacion CC para suministrar cargas electricas aisladas y dispositivo correspondiente para implementar el metodo
Campo de aplicacion
La presente invencion se refiere en su aspecto mas general a un metodo para recargar las batenas de una unidad de generacion CC para suministrar cargas electricas aisladas.
La invencion tambien se refiere a un dispositivo para implementar el metodo antes mencionado.
La invencion se refiere, en particular, pero no en exclusiva, a un metodo para recargar batenas asociado con una estacion integrada para suministrar energfa electrica en corriente CC a cargas electricas geograficamente aisladas. La estacion integrada comprende una lmea de generacion CC con un generador de corriente accionado mediante un motor de combustion interna.
Tecnica anterior
Tal como es bien conocido, espedficamente en el campo tecnico de las unidades de generacion CC destinadas a suministrar cargas electricas situadas en areas remotas o geograficamente aisladas, existe una necesidad primaria de ahorrar tanto combustible como sea posible para reducir los costes operativos de la unidad de generacion CC.
Asociado con este requisito primario existe un requisito adicional de minimizar las intervenciones de mantenimiento en la unidad de generacion CC, sin acortar sino mas bien alargar la vida util de la propia unidad de generacion CC.
El estado de la tecnica ya ofrece una solucion a estos requisitos combinados descritos en la solicitud de patente n.° EP 2 323 239 A1 del mismo solicitante y publicada el 18 de mayo de 2011.
La solucion descrita en tal solicitud es la de proporcionar un tipo de aparato “tubrido”, es decir, capaz de suministrar una carga electrica a traves de una corriente CC suministrada mediante un grupo de batenas asociadas con la estacion de suministro y la explotacion de la unidad de generacion incorporada en la propia estacion para cargar periodicamente el grupo de batenas, pero todavfa haciendo que el motor de combustion interna, que acciona el generador de la unidad CC, funcione de manera optima.
De tal manera, los costes de funcionamiento se reducen drasticamente para el mismo servicio obtenido, es decir, para la energfa o potencia electrica suministrada, y la vida util de la unidad de generacion CC incorporada en la propia estacion se alarga en gran medida.
La tension operativa suministrada mediante esta unidad tubrida puede variar en un intervalo de entre 47 y 58 voltios.
Aunque es ventajosa desde varios puntos de vista, y sustancialmente cumple sus fines, esta solucion tiene una limitacion que se ilustrara a continuacion.
Normalmente, las especificaciones preven que durante la etapa de recarga, las batenas se sometan a una tension de suministro que puede aumentar hasta aproximadamente un 10% mas que la tension nominal maxima suministrada a la carga, por ejemplo, una tension que puede alcanzar 63 voltios.
Esto hace posible cargar las batenas de manera optima y hasta el 100 % de su capacidad, lo que tambien reduce la frecuencia de recarga.
Sin embargo, esta sobretension puede provocar problemas para la carga electrica que sufre tensiones de suministro que superan el valor nominal de 58 voltios.
Con el tiempo esta diferencia entre la tension de recarga y la tension nominal operativa maxima puede conducir a serios inconvenientes para la carga y puede incluso comprometer la continuidad del suministro de potencia.
El documento US 2002/109952 A1 (vease el preambulo de las reivindicaciones 1 y 5) divulga un metodo para recargar la batena o batenas de una unidad de generacion CC para suministrar al menos una carga electrica aislada, en el que las batenas estan asociadas con una estacion de potencia electrica integrada que incorpora la unidad de generacion CC con un generador correspondiente para suministrar potencia electrica CC a la carga electrica, en el que se preve la insercion desmontable en serie en la carga de un dispositivo de limitacion de tension, justo durante la etapa de carga de las batenas. Sin embargo, esta solucion se proporciona para proteger el sistema electrico de un vetuculo a motor contra sobretensiones.
El documento US 6 392 387 B1 divulga un metodo similar al divulgado en el documento US 2002/109952 A1.
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El documento US 5 015 918 A divulga un dispositivo para recargar la batena o batenas de una unidad de generacion CC para suministrar al menos una carga electrica aislada, en el que las batenas estan asociadas con una estacion de potencia electrica integrada que incorpora la unidad de generacion CC con un generador correspondiente para suministrar potencia electrica cC a la carga electrica, en el que el dispositivo preve una lmea de suministro de potencia entre el generador y la carga, lmea de suministro de potencia en la que se inserta en serie un circuito paralelo entre un dispositivo de limitacion de tension y un conmutador de derivacion normalmente cerrado en la carga. Esta solucion se usa como el limitador actual para preservar la vida de las batenas.
El problema tecnico que forma la base de la presente invencion es el de concebir un metodo para recargar las batenas de una unidad de generacion CC, en particular, una unidad de generacion CC que se incorpora en una estacion hnbrida para suministrar cargas electricas aisladas, tal como un metodo que tiene caractensticas funcionales tales como asegurar la continuidad absoluta entre el suministro de potencia proporcionado mediante el motor y mediante las batenas a una carga sensible.
Otro fin de la presente invencion es el de proporcionar una proteccion para la carga electrica sensible mientras que las batenas se recargan.
Un fin adicional de la presente invencion es el de hacer que la unidad de generacion CC de la estacion de suministro integrada funcione siempre de manera optima, reduciendo el consumo de combustible y el requisito de mantenimiento periodico.
Sumario de la invencion
La idea detras de la presente invencion es la de prever una proteccion contra sobretension mientras se cargan las batenas mediante la insercion de manera desmontable de un limitador en serie con la carga cuando se detecta una corriente o una tension como un indicador de la necesidad de recarga de dichas batenas.
De acuerdo con la idea de solucion antes mencionada, el problema tecnico se resuelve con un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1.
La insercion del dispositivo de limitacion de tension ocurre automaticamente cuando un umbral de absorcion de corriente predeterminado se ha superado por parte de las batenas, indicativo de la necesidad de recarga.
El dispositivo de limitacion de tension puede ser una serie de diodos o un puente de diodos y la insercion automatica ocurre a traves de la abertura de un conmutador de derivacion en una lmea de suministro entre el generador y la carga.
Basicamente, el dispositivo de limitacion de tension esta en paralelo con dicho conmutador.
Para tal fin, se preve una unidad de control electronico que se incorpora en dicha estacion y que es adecuada para regular la carga de dichas batenas accionando un motor de combustion interna de dicho generador hasta un numero de revoluciones que pueden variar de acuerdo con las curvas de carga de las batenas y con la demanda de carga.
Ventajosamente, la etapa de recarga ocurre aplicando a las batenas una tension que es al menos un 10 % superior que la tension nominal operativa maxima suministrada a la carga.
La invencion se refiere ademas a un dispositivo para recargar la batena o batenas de una unidad de generacion de corriente CC de acuerdo con la reivindicacion 5. El dispositivo de limitacion de tension puede ser una serie de diodos, un puente de diodos pero tambien un resistor variable.
Las caractensticas y ventajas del metodo y del dispositivo de acuerdo con la invencion seran mas claras a partir de la descripcion, aportada a continuacion, de una realizacion espedfica de la misma proporcionada como una indicacion y no con fines limitativos en referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripcion de los dibujos
La Figura 1 representa una vista esquematica y parcial, en bloques funcionales, de una estacion integrada para suministrar potencia electrica a cargas electricas aisladas en corriente CC e incorporando un generador CC o unidad de generacion asf como estando provista de un grupo de batenas;
La Figura 2 representa una vista esquematica y parcial de la estacion integrada de la Figura 1 en una condicion operativa diferente, y en particular en la condicion para recargar batenas.
Descripcion detallada
En referencia a tales figuras esquematicas, el numero de referencia 1 indica parcial y esquematicamente la arquitectura de una estacion integrada para suministrar potencia electrica en corriente CC a cargas electricas
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sensibles, por ejemplo, cargas electricas que son geograficamente remotas con respecto a una red de distribucion electrica. Mas en particular, la figura es un diagrama de la arquitectura de las conexiones electricas de los diversos componentes de la estacion 1.
La carga electrica debena considerarse fuera de la estacion 1 y se muestra esquematicamente con el numero de referencia 20.
La estacion integrada 1 comprende un aparato equipado con una unidad de generacion CC 2 que incluye un generador CC 4 y que se acciona mediante un motor de combustion interna, que no se representa en las figuras ya que es convencional.
Ventajosamente, el generador 4 incorporado en la unidad CC de la estacion 1 comprende solo un alternador y un rectificador relativo, ya que la regulacion de la CC en el nivel requerido por el aparato, por ejemplo a 48 V, se lleva a cabo corriente arriba del rectificador tras la excitacion del alternador para tener la tension en corriente alterna siempre adecuada para asegurar el valor correcto de tension directa en la salida en cada condicion de carga instantanea. En otras palabras, el generador 4 no tiene una fase final de regulacion o conversion.
El alternador del generador 4 se acciona mediante el motor de combustion interna, por ejemplo, un motor diesel alimentado convencionalmente con nafta o combustible diesel.
La estacion integrada 1 se asocia ventajosamente con al menos un grupo de batenas 15 que pueden alojarse posiblemente a bordo de la estructura, pero esto no es estrictamente necesario. De hecho, ya existen soluciones en las que el grupo de batenas 15 ya esta disponible en el aparato y es externo o en cualquier caso estructuralmente independiente con respecto a la estacion 1.
Las unicas batenas del grupo 15 pueden conectarse electricamente en serie o en paralelo, de acuerdo con los requisitos de suministro de potencia de la carga en CC. Preferentemente. Las batenas son batenas recargables de plomo y acido, sin que esto imponga sin embargo ninguna limitacion en los derechos del solicitante.
La estacion integrada 1 comprende una unidad de control electronico 10 que se interconecta con los diversos componentes y supervisa y regula tanto el funcionamiento del motor, como las etapas de carga y descarga del grupo de batenas 15. La unidad electronica 10 lleva a cabo otras funciones de control de toda la estacion 1.
La unidad de control electronico 10 tiene una pluralidad de entradas de senal que reciben pulsos electricos desde diversos sensores de la estructura integrada 1.
Ademas, la misma unidad 10 tiene una pluralidad de salidas de control que se conectan con diversos dispositivos para accionar la estructura 1 tal como se vera mas claro a partir del resto de la descripcion.
Ventajosamente, el motor de combustion interna es un motor con una velocidad variable continua. Mas en particular, la velocidad de trabajo del motor se regula, en cada condicion de carga, para ser la de maxima eficacia del propio motor para esa condicion de carga.
El motor puede variar las revoluciones operativas controladas y ordenadas mediante la unidad electronica 10 para funcionar sustancialmente alrededor de una velocidad de maximo par de torsion o una maxima eficacia de acuerdo con los requisitos de suministro de la carga. Para este fin, la unidad electronica 10 detecta a traves de los sensores el numero de revoluciones del motor y la absorcion de corriente o la tension del grupo de batenas 15 regulando el suministro de combustible al motor para variar el numero de revoluciones de acuerdo con las necesidades de recarga.
La Figura 1 muestra por ejemplo un primer sensor de corriente 7 conectado a una entrada de la unidad electronica 10. Una entrada adicional de la unidad 10 recoge una senal de tension en un nodo A en el generador 4.
Ventajosamente, un segundo sensor de corriente 9 se inserta en una lmea de suministro 11 entre el generador 4 y las batenas 15. Ademas, este sensor de corriente se conecta con una entrada correspondiente de la unidad 10.
En la lmea 11, se preve un dispositivo 13 para proteger contra la sobrecorriente entre el segundo sensor de corriente 11 y las batenas 15.
Ademas, entre el primer 7 y el segundo sensor de corriente 9 se inserta un conmutador 8, es decir, un conmutador ordenado esclavizado a una salida de la unidad de control 10.
En la Figura 1, la lmea en negrita o con mayor espesor representa la lmea de potencia electrica que se implica mediante el paso de corriente electrica en las condiciones operativas ilustradas en la Figura 1 y que se corresponde con un suministro normal de la carga y de las batenas, pero no con la etapa espedfica de recarga de las batenas.
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Ventajosamente, de acuerdo con la invencion, en la arquitectura de las conexiones electricas de la estacion 1, se preve un limitador de tension 5 insertado entre un nodo de circuito B entre el primer sensor de corriente 7 y el conmutador 8 y un nodo adicional C de conexion con la carga 20.
Este nodo C tambien se conecta con una entrada relativa de la unidad de control 10 para hacer posible detectar la senal de tension en el propio nodo.
Sustancialmente, existe una lmea 2 para suministrar potencia electrica que esta en paralelo con la lmea de conexion 11 entre el generador 4 y las batenas 15. En tal lmea 2, un dispositivo 14 tambien se inserta para proteger contra una sobrecorriente dispuesto entre el nodo B y el limitador de tension 5.
Ademas, el limitador de tension 5 se conecta en la lmea 2 en paralelo a un conmutador de derivacion 3, normalmente cerrado, esclavizado a una salida de la unidad de control 10 y adecuado para cortocircuitar el limitador de tension 5 y para excluirlo en el funcionamiento normal de suministro a la carga 20. El conmutador 3 se abre al recibir ordenes por parte de la unidad 10 solo mientras las batenas 15 se estan cargando.
En particular, la intervencion de abertura del conmutador de derivacion 3 se muestra en la Figura 2, que resalta la lmea de suministro 2 que pasa a traves del limitador de tension 5.
Vale la pena mencionar que el limitador de tension 5 puede realizarse con una serie de diodos que se fabrican para funcionar en conduccion y no en interdiccion. Como alternativa, puede usarse un puente de diodos.
En cualquier caso, otras realizaciones alternativas son posibles; por ejemplo, a traves de una serie de transistor o a traves de un conversor CC/CC.
Tambien puede preverse el uso de un resistor variable.
Una serie de simples resistores no sena sin embargo una opcion optima debido a su gran consumo y a su falta de precision.
Todas estas alternativas no se ilustran en los dibujos ya que su indicacion es suficiente para permitir que un experto en la materia lleve a cabo una realizacion alternativa.
La Figura 2 muestra todos los mismos componentes de la Figura 1 pero muestra una condicion operativa diferente en la que la recarga de las batenas 15 se lleva a cabo, mientras se suministra todavfa la carga 20.
De acuerdo con el metodo de la presente invencion, durante la etapa de recarga de las batenas 15 se preve que allf se produzca la abertura automatica del conmutador de derivacion 3 en la lmea de suministro 2. La abertura del conmutador 3 depende de la deteccion de un umbral predeterminado de corriente absorbida por las batenas 15 que indican la necesidad de una etapa de recarga.
Con la abertura del conmutador 3, la corriente de carga es capaz de pasar a traves del limitador de tension 15 y hacer descender de la misma manera el valor de tension en el nodo C en un extremo de la carga 20.
La otra lmea de suministro 11 conectada a las batenas 15 permanece sin embargo en un nivel de tension de recarga que es mayor que el valor de tension nominal suministrado a la carga, estando normalmente dicha tension nominal entre 47 y 58 voltios.
La tension de recarga se selecciona con un valor de sobretension de aproximadamente un 10 % mayor con respecto al valor de tension maximo aplicado a la carga suministrada en cC, por ejemplo, la tension de recarga puede alcanzar 63 voltios. De tal manera se asegura que aim exista en un tiempo relativamente corto un 100 % de recarga de las batenas 15.
Ventajosamente, sin embargo, el limitador de tension 5 interviene precisamente en la etapa de recarga para mantener un fuerte suministro en la carga asegurando sin embargo en el nodo C un potencial que esta por debajo o es igual al valor de tension nominal maxima, por ejemplo de 58 voltios.
El limitador de tension 5 reduce de esta manera la sobretension producida mediante el generador 4 durante la recarga para retener en el la tension delta entre el valor de tension nominal maxima y la tension de recarga.
La unidad de control electronico 10 supervisa las operaciones de recarga de batenas de manera completamente automatica comenzando esta recarga de acuerdo con valores de tension y corriente que se monitorizan constantemente corriente abajo del generador, corriente arriba de las batenas y en la carga a traves de diversos sensores 7, 9 y los valores de tension en los nodos A y C.
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Cuando el grupo de batenas 15 absorbe la maxima corriente de recarga, tambien el motor de la unidad de generacion CC puede funcionar en la velocidad optima distribuyendo la maxima potencia electrica.
Por otro lado, cuando el grupo de batenas 15 ha alcanzado la carga maxima, el motor puede funcionar a una velocidad de rotacion que es menor obteniendo asf un ahorro en consumo de combustible.
El generador 4 de la unidad CC genera en la salida una potencia electrica que se suministra directamente al grupo de batenas 15 a traves del conmutador ordenado 8 y del dispositivo de proteccion automatico que protege la unidad CC contra posibles cortocircuitos de las batenas 15.
De acuerdo con el metodo de la presente invencion, la unidad de control electronico 10 activa periodicamente el generador 4 de la unidad CC para cargar las batenas 15.
Esta recarga periodica puede ocurrir a intervalos de tiempo predeterminados, por ejemplo cada seis horas, alternados o a intervalos con periodos de tiempo en los que el grupo de batenas 15 suministra directamente la carga 20 del aparato en CC sin recargarse mediante la unidad Cc 2.
Preferentemente, el periodo de descarga se ha seleccionado para que la carga residual de las batenas sea de al menos un 50 %, tanto para promover la etapa de recarga como para evitar descargas excesivas en el grupo de batenas 15, lo que reduce su vida util.
Debena mencionarse sin embargo que el mantenimiento de una carga residual igual a al menos el 50 % de la capacidad de acumulacion del grupo de batenas 15 tambien hace posible conferir a la estacion integrada 1 la capacidad de soportar el suministro a la carga durante un tiempo predeterminado. Por tanto, incluso en el caso de que exista un fallo serio del generador que requiere la intervencion de trabajadores de mantenimiento, la carga permanece suministrada durante un penodo de tiempo que es suficiente para disponer la intervencion.
La unidad electronica 10 no solo regula de una manera controlada en el tiempo los ciclos de carga y descarga del grupo de batenas, sino que tambien es capaz de interrumpir la carga cuando se detecta un nivel de carga que es mas que adecuado para los fines de suministro de la carga. Por tanto, la recarga o su interrupcion ocurren tanto de una manera controlada en el tiempo como con una senal de consentimiento detectada mediante los sensores del nivel de carga o de absorcion de corriente mediante el grupo de batenas 15.
El metodo y el dispositivo de acuerdo con la presente invencion solucionan eficazmente el problema tecnico y logran numerosas ventajas.
En primer lugar, la recarga de las batenas 15 ocurre en condiciones optimas asegurando una recarga 100 % eficaz en un tiempo relativamente corto. Al mismo tiempo, la carga se mantiene constantemente suministrada con un potencial maximo aplicado en sus extremos que no supera la tension nominal maxima aplicada a ella.
Ademas, con el metodo de la presente invencion, el consumo de combustible para la misma energfa suministrada a la carga con respecto al uso de una unidad CC normal se reduce drasticamente, incluso hasta un 50 %.
Ademas, el motor de la unidad CC funciona casi siempre a una maxima velocidad de par de torsion y esto hace posible duplicar su vida util.

Claims (8)

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    REIVINDICACIONES
    1. Metodo para recargar la batena o batenas (15) de una unidad de generacion CC para suministrar al menos una carga electrica aislada (20) y en el que las batenas estan asociadas con una estacion de potencia electrica integrada que incorpora la unidad de generacion CC con un generador (4) correspondiente para suministrar potencia electrica Cc a la carga electrica (20), caracterizado por que se preve la insercion desmontable en serie a la carga (20) de un dispositivo de limitacion de tension (5) justo durante la etapa de carga de las batenas (15);
    la insercion del dispositivo de limitacion de tension (5) ocurre automaticamente, a traves de un conmutador de derivacion (3), normalmente cerrado, conectado en paralelo al dispositivo de limitacion de tension (5), cuando se ha superado un umbral de absorcion de corriente predeterminado por las batenas (15), indicando la necesidad de recarga.
  2. 2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que dicho dispositivo de limitacion de tension (5) es una serie de diodos o un puente de diodos y por que la insercion automatica ocurre a traves de la abertura de dicho conmutador de derivacion (3) en una lmea de suministro (2) entre el generador (4) y la carga (20).
  3. 3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que una unidad de control electronico (10) incorporada en dicha estacion es adecuada para regular la carga de dichas batenas (15) mediante el accionamiento de un motor de combustion interna de dicho generador (4) hasta un numero variable de revoluciones del motor de acuerdo con la curva de carga de las batenas y con la solicitud de dicha carga (20).
  4. 4. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la etapa de recarga ocurre mediante la aplicacion, en las batenas, de una tension que es al menos un 10 % mayor que la tension nominal operativa maxima suministrada a la carga (20).
  5. 5. Dispositivo para recargar la batena o batenas (15) de una unidad de generacion CC para suministrar al menos una carga electrica aislada (20), en el que las batenas estan asociadas con una estacion de potencia electrica integrada que incorpora la unidad de generacion CC con un generador (4) correspondiente para suministrar potencia electrica a la carga electrica (20), en el que el dispositivo preve una lmea de suministro de potencia (2) entre el generador (4) y la carga, caracterizado por que en dicha lmea de suministro de potencia se inserta en serie un circuito paralelo entre un dispositivo de limitacion de tension (5) y un conmutador de derivacion (3), normalmente cerrado, en la carga (20) y se cierra cuando la batena no estan en la etapa de recarga, y por que dicho dispositivo comprende ademas una unidad de control electronico (10) que tiene senales de entrada que estan conectadas con sensores de corriente (7, 9) y/o tension (A, C) del generador (4), de las batenas (15) y de la carga (20) e incluye salidas de control para accionar la abertura de dicho conmutador de derivacion (3) al inicio de la etapa de recarga de las batenas.
  6. 6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que dicho dispositivo de limitacion de tension (5) es una serie de diodos o un puente de diodos y por que la abertura de dicho conmutador (3) ocurre automaticamente cuando se ha superado un umbral de absorcion de corriente predeterminado por las batenas (15), indicativo de la necesidad de recarga.
  7. 7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que dicho dispositivo de limitacion de tension (5) es un resistor variable.
  8. 8. Dispositivo de acuerdo con la reivindicacion 5, caracterizado por que la etapa de recarga ocurre mediante la aplicacion, en las batenas (15), de una tension que es al menos un 10 % mayor que la tension nominal operativa maxima suministrada a la carga (20).
ES12425031.7T 2012-02-14 2012-02-14 Método para recargar las baterías de una unidad de generación CC para suministrar cargas eléctricas aisladas y dispositivo correspondiente para implementar el método Active ES2587019T3 (es)

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