ES2633985T3 - Sistema de supervisión de batería, disposición de batería con el sistema de supervisión de batería y procedimiento para el funcionamiento de la disposición de batería - Google Patents

Sistema de supervisión de batería, disposición de batería con el sistema de supervisión de batería y procedimiento para el funcionamiento de la disposición de batería Download PDF

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Abstract

Sistema de supervisión de batería con al menos una unidad central (ZE) y unidades de batería o de célula (BE) montadas en las baterías o células secundarias (SK), en el que cada unidad de batería o de célula presenta sensores para la detección de magnitudes físicas en o sobre la batería o célula secundaria (SK), y en el que la unidad central (ZE) y las unidades de batería o de célula (BE) presentan interfaces de comunicación (BT), a través de las que al menos la unidad central (ZE) se puede comunicar con las unidades de batería o de célula (BE) o a la inversa, en el que las unidades de batería o de célula (BE) son apropiadas y están establecidas para recibir una energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de la batería o célula secundaria (SK) a supervisar, en el que la potencia de emisión de los emisores de las unidades de batería o de célula (BE) se puede controlar por la unidad central (ZE), caracterizado por que la potencia de emisión de los emisores de las unidades de batería o de célula (BE) se puede controlar por la unidad central (ZE) con la finalidad de una igualación o compensación del estado de carga de las células secundarias o baterías de una disposición de baterías, por lo que se puede influir en la carga y descarga de las baterías o células secundarias (SK) para cargar más lentamente o descargar más rápidamente las baterías o células secundarias (SK), a las que están asociadas las unidades de batería o de célula, cuyos emisores consumen más energía que los emisores de otras unidades de batería o de célula (BE), que cuando no tiene lugar una influencia sobre la potencia de emisión de los emisores.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de supervision de batena, disposicion de batena con el sistema de supervision de batena y procedimiento para el funcionamiento de la disposicion de batena
La presente invencion se refiere a un sistema de supervision de batena segun el preambulo de la reivindicacion 1, una disposicion de batena con una multiplicidad de batenas con una o varias celulas secundarias alojadas en una carcasa y con este sistema de supervision de batena y un procedimiento para el funcionamiento de esta disposicion de batena.
Las disposiciones de batena con una multiplicidad de batenas, que presentan de nuevo una o varias celulas secundarias alojadas en una carcasa, se usan para diferentes finalidades. Con frecuencia se usan disposiciones de batena en una ubicacion. Pero tambien se conocen disposiciones de batena que se utilizan en vetuculos para posibilitar el suministro de corriente en los vetftculos.
Las disposiciones de batena, que se usan en una ubicacion fija, se encuentran con frecuencia en instalaciones para el sistema de alimentacion ininterrumpida (SAI). Las disposiciones de batena en las instalaciones para el sistema de alimentacion ininterrumpida sirven para el aseguramiento del suministro de corriente de un consumidor individual o de una red parcial, en el caso de que se caiga una red de alimentacion a la que esta conectado el consumidor individual o la red parcial. En tanto que la red de alimentacion no se cae, las batenas de las disposiciones de batena se cargan por las instalaciones de SAI o se mantienen en un estado cargado (carga de mantenimiento).
Un electrolito es componente de cada celula secundaria de una batena. Sin electrolito no funciona una celula galvanica. El electrolito puede estar presente en distintas formas en una celula secundaria.
Asf hay batenas con una solucion electrolftica ftquida, batenas de gel (tambien denominados acumuladores VRLA) y batenas de vellon. Para el funcionamiento de la batena con solucion electrolftica ftquida tiene una especial importancia la presencia de una cantidad suficiente de solucion electrolftica. Si falta una cantidad suficiente de la solucion electrolftica se tiene que rellenar la solucion electrolftica en la celula. Un deseo de la presente invencion es una supervision del nivel de llenado.
Cada celula secundaria de una disposicion de batena tambien tiene propiedades individuales en el caso de modo constructivo y fabricacion igual de todas las celulas secundarias de una disposicion de batena. Estas propiedades individuales conducen a un comportamiento diferente durante la carga y descarga, inclusive de la carga de mantenimiento y de la autodescarga. Este comportamiento diferente de las celulas secundarias conduce a que, a mas tardar despues de varios ciclos de carga, las celulas secundarias tienen diferentes estados de carga. Pero esto es desventajoso dado que luego esta limitada la capacidad util de la disposicion de batena. Entonces se debe parar una descarga de la disposicion de batena cuando el estado de carga de la celula secundaria mas debil ha alcanzado un umbral inferior, mientras que la carga de la disposicion de batena se debe parar entonces cuando la celula secundaria mas fuerte esta cargada.
Asimismo, es importante reconocer la perdida total de potencia de una celula secundaria en la disposicion de batena cuando, por ejemplo, una SAI hace funcionar la batena en el modo de mantenimiento de carga para que, en caso de necesidad (cafda de red), tambien se pueda usar la batena para el suministro de energfa. La avena de una unica celula secundaria conduce a saber a una avena completa de la disposicion de batena.
La invencion se dedica al problema de mantener las celulas secundarias de una disposicion de batena en un estado de carga igual, en particular cuando estan conectadas varias batenas en serie y solo se cargan o descargan por un equipo conversor.
No obstante, es mas relevante el problema de proponer un sistema de supervision de batena, que se pueda montar de forma sencilla en una disposicion de batena, presente una separacion galvanica entre una unidad central y unidades de batena o de celula colocadas en las batenas o celulas secundarias y posibilite una comunicacion sencilla entre la unidad central y las unidades de batena o de celula.
Por el documento DE 20 2007 011 399 U1 se conoce una disposicion, en la que una unidad central y las unidades de batena o de celula presentan interfaces de comunicacion, a traves de las que se pueden comunicar de forma inalambrica al menos la unidad central con las unidades de batena o de celula o a la inversa.
La unidad de batena descrita en el documento DE 20 2007 011 399 U1 presenta una rosca para el enroscado en una conexion de flotacion de una batena.
El documento WO 2001/117089 A1 da a conocer una electronica integrada que esta dispuesta en una celula de almacenamiento de energfa. Una unidad emisora / receptora esta dispuesta fuera de la celula de almacenamiento de energfa. La electronica es componente integral de la celula.
La presente invencion se refiere a un sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 1, una disposicion de batena segun la reivindicacion 12, asf como un procedimiento segun la reivindicacion 13. Realizaciones preferidas
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estan contenidas en las reivindicaciones dependientes.
En el caso de las interfaces de comunicacion de un sistema de supervision de batena segun la invencion se puede tratar de ZigBee, WLAN, Bluetooth, IrDa u otras interfaces de comunicacion para la comunicacion inalambrica.
Una comunicacion inalambrica entre la unidad central, por un lado, y las unidades de batena y/o de celula, por otro lado, simplifica claramente la instalacion de un sistema de supervision de batena, dado que se puede prescindir del tendido de cables. De este modo las unidades de celula solo necesitan la tension de aislamiento, que se corresponde con una celula de batena (p. ej. 2,4 V) y no la de toda la batena (p. ej. 800 V).
En particular en disposiciones de batena con un gran numero de celulas secundarias, por ejemplo 300 celulas secundarias, el cableado de las unidades es muy costoso e intensivo en material. Esto se puede remediar mediante la comunicacion inalambrica.
Ademas, mediante la interfaz para la comunicacion inalambrica se consigue una separacion galvanica de los componentes del sistema de supervision de batena.
Las unidades de batena o de celula se pueden fijar o enchufar de manera preferida en arrastre de forma sobre un borne de batena. Para ello las unidades de batena o de celula pueden presentar escotaduras, en las que se pueden introducir los bornes de batena. Como borne de batena en este sentido se puede considerar no solo el borne de conexion de una batena, sino tambien el borne de conexion de una celula secundaria guiado hacia fuera de una carcasa.
Segun la invencion, el sistema de supervision de batena puede presentar sensores para la medicion. Bajo ello puede estar un sensor para la medicion de un nivel de llenado de una solucion electrolftica en las batenas o las celulas secundarias. Otros sensores pueden ser sensores de tension y sensores de temperatura. Los sensores pueden ser total o parcialmente parte de las unidades de batena o de celula o se pueden conectar con las unidades de batena o de celula. Los sensores para la medicion del nivel de llenado pueden ser sensores capacitivos. Los sensores capacitivos pueden presentar un par de electrodos que se pueden montar a distancia uno respecto a otro sobre las carcasas de las batenas o de las celulas secundarias. Los electrodos pueden estar configurados similares a horquillas, similares a rastrillos o similares a peines. Los electrodos pueden ser electrodos de peine. Los electrodos estan dispuestos unos respecto a otros de modo que las puas de un electrodo de un par de electrodo engranan en los espacios intermedios entre puas de otro electrodo del par de electrodos.
Las unidades de batena o de celula pueden ser apropiadas y estar establecidas para recibir una energfa electrica necesaria para el funcionamiento desde la batena o celula secundaria a supervisar. Las unidades de batena o de celula pueden estar conectadas para ello con un borne de batena a traves de un cable o un puente, mientras que las unidades de batena o de celula estan montadas en el otro borne de batena. Asimismo, es posible que las unidades de batena o de celula esten conectadas con los dos bornes de batena de las batenas o celulas secundarias a traves de cables o puentes.
La electronica dada a conocer en el documento WO 2001/117089 A1, integrada en la batena presenta una resistencia de descarga conectable para la compensacion pasiva. A traves de un transistor se puede conectar la resistencia en paralelo a los electrodos de las celulas, para posibilitar una descarga controlada.
La invencion tiene el objetivo de controlar el estado de carga de una celula o de una batena.
Este objetivo se consigue segun la invencion mediante un sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 1, una disposicion de batena segun la reivindicacion 12, asf como segun el procedimiento de la reivindicacion 13. A este respecto, la potencia de los componentes individuales de las unidades de batena o de celula se controla por la unidad central. Esto posibilita influir en la descarga o carga de las batenas o celulas secundarias y coordinar el estado de carga de las batenas y celulas de una disposicion de batena por parte de la unidad central. Las batenas o celulas secundarias, a las que estan asociadas las unidades de batena o celula, cuyos componentes consumen mas que los componentes de otras unidades de batena o de celula, se cargan mas lentamente o descargan mas rapidamente que cuando no tiene lugar una influencia en la potencia de los componentes. De este modo se puede igualar o compensar el estado de carga de las celulas secundarias o batenas de una disposicion de batena.
La potencia de emision de los emisores de las unidades de batena o de celula se controla por la unidad central. Esto es una posibilidad especialmente sencilla de influir en el estado de carga de las batenas o celulas secundarias, dado que para ello no deben estar previstos componentes especiales consumidores de energfa en las unidades de batena o de celula.
Asimismo, es posible que la potencia de LEDs de las unidades de batena o de celula se controle por parte de la unidad central. En el caso de estos LEDs se trata de LEDs de estado, que indican un estado de las unidades de batena o de celula o el estado de los componentes de las unidades de batena o de celula. Estos tambien pueden estar presentes en las unidades de batena o de celula, de modo que no deben estar previstos componentes especiales solo para la descarga o carga retardada de las batenas o celulas secundarias.
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Segun la invencion es posible que en las unidades de batena o de celula estan previstas resistencias, a traves de las que se pueden descargar las batenas o celulas secundarias de forma controlada por la unidad central, a fin de influir de forma dirigida en el estado de carga de la batena o celula secundaria en la que estan previstas las unidades de batena o de celula con las resistencias.
Un sistema de supervision de batena segun la invencion puede ser una parte de una disposicion de batena segun la invencion comprendiendo una multiplicidad de batenas con una o varias celulas secundarias. En una disposicion de batena semejante, las unidades de batena o de celula estan montadas en las batenas o celulas secundarias.
Una disposicion de batena segun la invencion se puede hacer funcionar de modo que los valores de las magnitudes ffsicas de las batenas o celulas secundarias, que se miden mediante los sensores de las unidades de batena o de celula, se transmiten a la unidad central y mediante la unidad central se controla la potencia de componentes de las unidades de batena o celula, para conseguir un estado de carga igual de las batenas o celulas secundarias.
Otras caractensticas y ventajas de la presente invencion se clarifican mediante la descripcion siguiente de un ejemplo de realizacion en referencia a las figuras adjuntas. Aqu muestran en representacion esquematica:
Fig. 1 una disposicion de batena,
Fig. 2 electrodos de un sensor de nivel de llenado capacitivo, y
Fig. 3 una parte de una batena con los electrodos del sensor de nivel de llenado capacitivo en seccion.
La disposicion de batena representada esquematicamente en la figura 1 presenta un numero de celulas secundarias SZ, que estan conectadas en serie electricamente a traves de puentes B. Un final y un inicio del circuito en serie esta conectado con cables de carga LK, a traves de los que esta conectada la disposicion de batena con la carga L. La carga esta poco representada asimismo como un equipo de carga o un convertidor, mediante el que se cargan las celulas secundarias de la disposicion de batena.
En cada borne de batena de cada celula secundaria SK esta montada, preferentemente enchufada una unidad de batena o de celula BE. La unidad de batena o de celula BE esta conectada con el respectivo otro borne de batena de la celula secundaria a traves de un cable.
En las unidades de batena o de celula BE estan previstos diferentes sensores para la supervision del estado de las celulas secundarias SZ, en particular sensores de tension para la supervision de la tension en los bornes de batena de las celulas secundarias SZ, sensores de temperatura para la supervision de las temperaturas de las celulas secundarias SZ, sensores de nivel de llenado para la supervision del nivel de llenado de la solucion electrolttica en las celulas secundarias SZ.
El sensor previsto para la medicion de temperatura puede presentar un transformador de temperatura - tension o un transformador de temperatura - corriente, que tiene contacto directo con un borne de batena. Dado que los bornes de batena llegan en general al interior de la batena o celula secundaria, y los bornes de batena son buenos conductores termicos, mediante una disposicion semejante de los transformadores directamente en el borne de batena se puede detectar la temperatura en la batena o celula secundaria con buena exactitud.
Las unidades de batena o celula BE presentan interfaces de comunicacion para la comunicacion inalambrica con una unidad central ZE, que presenta igualmente una interfaz de comunicacion para la comunicacion inalambrica. En el caso de las interfaces de comunicacion se puede tratar de la interfaz ZigBee[KS1].
Las unidades de batena o de celula BE y la unidad central ZE conjuntamente forman un sistema de medicion de batena segun la invencion.
La primera y la ultima celula secundaria SZ del circuito en serie de las celulas secundarias SZ esta conectada con la unidad central ZE a traves de lmeas ML. Por consiguiente, es posible detectar la tension a traves del circuito en serie por parte de la unidad central ZE.
Asimismo, es posible que en uno de los cables de carga LK este dispuesta una resistencia secundaria N, para detectar la corriente que se entrega por el circuito en serie. La tension a traves de la resistencia secundaria N se detecta por la unidad central ZE y a partir de ella se calcula la corriente. Evidentemente tambien se puede usar cualquier otro tipo de medicion de corriente.
En el caso de los electrodos de un sensor de nivel de llenado capacitivo del sistema de supervision de batena segun la invencion se puede tratar de asf denominados electrodos de peine 1, 2. Estos presentan puas 11, 21, situandose las puas 11 de uno primero de los dos electrodos de un par de electrodos 1, 2 entre dos puas 21 del segundo de los dos electrodos. Los electrodos 1,2 estan fijados, preferentemente pegados, en el lado exterior de una carcasa 4 de la celula secundaria. A este respecto, los electrodos recubren preferentemente toda la zona en la que se puede mover el nivel de lfquido de la solucion electrolftica vertida en la celula secundaria. Las conexiones 12, 22 de los electrodos estan conectados con cada vez una unidad de batena o celula BE a traves de lmeas no representadas.
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Debido a la aplicacion de una tension entre las puas de los dos electrodos de uno de los pares de electrodos 1, 2 se establece un campo electrico. El campo electrico, establecido por el par de electrodos de peine 1, 2 se componen naturalmente sobre todo entre las puas 11, 21 (campo principal) y no se influye por el nivel de ftquido 3 en la celula secundaria SZ. Pero junto al campo principal tambien se establece un asf campo de dispersion, que tambien atraviesa una zona dentro de la celula secundaria SZ en la que se encuentra la solucion electrolftica. Las propiedades de material en una zona de la solucion electrolftica se desvfan fuertemente de las propiedades de la zona de la celula secundaria SZ no llena con la solucion electrolftica. Los parametros caractensticos de estas propiedades de material son la permitividad (conductividad dielectrica), es decir, la permeabilidad de un material por campos electricos y la conductividad electrica. Ambas propiedades, pero ante todo la permitividad, determinan la capacidad electrica util en el campo de dispersion, que se puede medir en la disposicion de electrodo.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de supervision de batena con al menos una unidad central (ZE) y unidades de batena o de
    celula (BE) montadas en las batenas o celulas secundarias (SK), en el que cada unidad de batena o de celula presenta sensores para la deteccion de magnitudes ffsicas en o sobre la batena o celula secundaria (SK), y en el que la unidad central (ZE) y las unidades de batena o de celula (BE) presentan interfaces de comunicacion (BT), a traves de las que al menos la unidad central (ZE) se puede comunicar con las unidades de batena o de celula (BE) o a la inversa,
    en el que las unidades de batena o de celula (BE) son apropiadas y estan establecidas para recibir una energfa electrica necesaria para el funcionamiento de la batena o celula secundaria (SK) a supervisar,
    en el que la potencia de emision de los emisores de las unidades de batena o de celula (BE) se puede controlar por la unidad central (ZE),
    caracterizado por que
    la potencia de emision de los emisores de las unidades de batena o de celula (BE) se puede controlar por la unidad central (ZE) con la finalidad de una igualacion o compensacion del estado de carga de las celulas secundarias o batenas de una disposicion de batenas, por lo que se puede influir en la carga y descarga de las batenas o celulas secundarias (SK) para cargar mas lentamente o descargar mas rapidamente las batenas o celulas secundarias (SK), a las que estan asociadas las unidades de batena o de celula, cuyos emisores consumen mas energfa que los emisores de otras unidades de batena o de celula (BE), que cuando no tiene lugar una influencia sobre la potencia de emision de los emisores.
  2. 2. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 1, caracterizado por que las interfaces de comunicacion (BT) son interfaces para una comunicacion inalambrica.
  3. 3. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que las unidades de batena o de celula (BE) presentan escotaduras en las que se pueden introducir los bornes de batena.
  4. 4. Sistema de supervision de batena segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el sistema de supervision de batena presenta sensores para la medicion de un nivel de llenado de una solucion electrolttica en las batenas o de las celulas secundarias (SK).
  5. 5. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 4, caracterizado por que los sensores para la medicion del nivel de llenado son parte de las unidades de batena o de celula (BE) o se pueden conectar con las unidades de batena o de celula (BE).
  6. 6. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 5, caracterizado por que los sensores para la medicion del nivel de llenado son sensores capacitivos.
  7. 7. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 6, caracterizado por que los sensores presentan un par de electrodos (1,2) que estan montados a distancia uno respecto a otro sobre las carcasas de las batenas o celulas secundarias (SK).
  8. 8. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 7, caracterizado por que los electrodos (1, 2) estan configurados similares a horquillas, similares a rastrillos o similares a peines.
  9. 9. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 8, caracterizado por que los electrodos (1, 2) estan dispuestos unos respecto a otros de modo que las puas (11) de un electrodo (1) de un par de electrodos (1, 2) engranan en los espacios intermedios entre puas (21) de otro electrodo (2) del par de electrodos (1, 2).
  10. 10. Sistema de supervision de batena segun una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que los LEDs de las unidades de batena o de celula (BE) se pueden controlar por la unidad central (ZE).
  11. 11. Sistema de supervision de batena segun la reivindicacion 10, caracterizado por que los LEDs son LEDs de estado que indican un estado de las unidades de batena o de celula (BE) o el estado de los componentes de las unidades de batena o de celula (BE).
  12. 12. Disposicion de batena que presenta una multiplicidad de batenas con una o varias celulas secundarias (SK) y un sistema de supervision de batena segun una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizada por que las unidades de batena o de celula (BE) estan montadas en los bornes de batena de las batenas o celulas secundarias (SK).
  13. 13. Procedimiento para el funcionamiento de esta disposicion de batena segun la reivindicacion 12,
    caracterizado por que los valores de magnitudes ffsicas de batenas o celulas secundarias (SK), medidos mediante los sensores de las unidades de batena o de celula (BE), se transmiten a la unidad central (ZE) y mediante la unidad central se controla la potencia de componentes de las unidades de batena o de celula (BE) para alcanzar un mismo 5 estado de carga de las batenas o celulas secundarias (SK).
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