ES2694026T3 - Operación segura de un acumulador de energía eléctrico - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la operación segura de un acumulador de energía eléctrico (1), formado por un condensador CES con una resistencia interna RES, dentro de un rango de tensión predefinido con una tensión mínima y una máxima del acumulador de energía UES,min, UES,max, caracterizado porque - al aproximarse a la tensión mínima o máxima predefinida del acumulador de energía UES,min, UES,max del acumulador de energía eléctrico (1), una corriente nominal del acumulador de energía IES,soll es limitada, en función de una tensión real del acumulador de energía UES, por una corriente real mínima y una real máxima del acumulador de energía IES,min,akt, IES,max,akt, donde - para calcular la corriente real mínima del acumulador de energía IES,min,akt se forma una diferencia entre la tensión mínima del acumulador de energía UES,min y la tensión real del acumulador de energía UES, y/o para calcular la corriente real máxima del acumulador de energía IES,max,akt se forma una diferencia entre la tensión máxima del acumulador de energía UES,max y la tensión real del acumulador de energía UES, y donde - la corriente real mínima del acumulador de energía IES,min,akt se forma multiplicando el valor diferencial (UES,min - UES) por un factor constante k2 y restando una corriente de compensación constante IES,offset del producto, y la corriente máxima real del acumulador de energía IES,max,akt se forma multiplicando el valor diferencial (UES,max - UES) por un factor constante k1 y sumando la corriente de compensación constante IES,offset al producto.

Description

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DESCRIPCION
Operacion segura de un acumulador de energia electrico Ambito tecnico
La invencion se relaciona con un procedimiento para la operacion segura de un acumulador de energia electrico dentro de un rango de tension predefinido con una tension minima y una tension maxima del acumulador de energia.
Estado actual de la tecnica
Los acumuladores de energia electricos solo pueden utilizarse para una operacion segura y la preservacion de la vida util solo en determinados rangos de tension, por lo que al alcanzar los limites de tension han de tomarse diversas precauciones, para no quedar por debajo o por encima del intervalo de tension admisible, donde el acumulador de energia se controla con la ayuda de un convertidor reductor.
Los actuales procedimientos se basan en que, por medio de un control, la corriente del acumulador de energia, al alcanzar los limites de tension, por medio de una rampa temporal, pueden aproximarse a cero y/o poner la corriente del acumulador de energia inmediatamente a cero Amperios. Esto se asocia a veces con cambios bruscos de la corriente del acumulador de energia, por lo cual la tension Ud del circuito intermedio puede aumentar brevemente a altos valores, de forma que las precauciones existentes para proteger el circuito intermedio, como por ejemplo una proteccion de circuito intermedio activa (AZS), tengan que intervenir activamente. Estas precauciones para proteger el circuito intermedio se requieren tambien para, por ejemplo, poder controlar correspondientemente los saltos de la tension de red tension de red.
El documento US 2010/0259210A1 revela un procedimiento para cargar y descargar un acumulador de energia electrico, cuyo estado de carga deberia estar entre dos valores especificos.
Representacion de la Invencion
Es, por tanto, un objeto de la presente invencion producir un procedimiento, mediante el que dentro de un rango de tension predeterminado se obtenga una operacion segura de un acumulador de energia electrico con cambios menos bruscos de la corriente del acumulador de energia al acercarse a la tension minima o maxima predeterminadas del acumulador de energia.
Este objeto se resuelve con un procedimiento con las caracteristicas de la reivindicacion 1, en que, al acercarse a la tension minima o maxima predeterminadas del acumulador de energia UEs,min, UEs,max del acumulador de energia electrico, una corriente nominal del acumulador de energia - asignada al acumulador de energia - se ve limitada, en funcion de la tension real del acumulador de energia, por una corriente real minima y una real maxima del acumulador de energia.
Por consiguiente, al acercarse a los limites de tension del acumulador de energia electrico, la corriente nominal del acumulador de energia Ies.soii, se limita, en funcion de la tension del acumulador de energia, dinamicamente por medio de una regulacion.
Es decir, que con la ayuda de esta regulacion se limita la corriente nominal del acumulador de energia Ies,soii mediante la corriente real minima I Es,min,akt y/o maxima del acumulador de energia I Es,max,akt, de forma que segun la ecuacion Gl. 1 sea valido:
imagen1
Puede preverse que para calcular la corriente real minima del acumulador de energia IEs,min,akt se forme una diferencia entre la tension minima del acumulador de energia UEs,min y la tension real del acumulador de energia ues, y/o para calcular la corriente real maxima del acumulador de energia IEs,max,akt se forme una diferencia entre la tension maxima del acumulador de energia UEs,max y la tension real del acumulador de energia Ues.
Formando la diferencia, al acercarse la tension real del acumulador de energia a la tension maxima y/o minima del acumulador de energia, se logra una regulacion del asentamiento. Al alcanzar la tension minima UEs,min o la maxima del acumulador de energia UEs,max mediante la tension real del acumulador de energia Ues, entonces el valor diferencial UEs,min- Ues y/o U Es,max- Ues se aproxima a cero, por lo cual la corriente nominal I es,soii se limita a cero.
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La corriente real minima del acumulador de energia IES,min,akt puede formarse multiplicando el valor diferencial (UEs,min - Ues) por un factor constante k2 y restando una corriente de compensacion constante lEs,offset del producto; la corriente real maxima del acumulador de energia lEs,max,akt puede formarse multiplicando el valor diferencial (U Es,max - Ues) por un factor constante ki y sumando una corriente de compensacion constante lEs,offset al producto.
Para garantizar que la corriente minima real del acumulador de energia lEs,min,akt no sea menor que la corriente maxima negativa del acumulador de energia lEs,max y la corriente maxima real del acumulador de energia I Es,max,akt no sea mayor que la corriente positiva maxima del acumulador de energia l Es,max, las corrientes reales minima y/o maxima del acumulador de energia lEs,min,akt y/o l Es,max,akt se seleccionan segun las siguientes ecuaciones Gl. 2 y 3:
-^t,:■ ;lx-. — min {m311 T (Utj,:ii(=K CJk;;) + ,offset} j {2)
^i;7, :ni= niciX { — I[j-; r^ / k; * [U;;;7,:/iin _ — its, offset 1 J {3)
donde lEs,max representa la corriente maxima admisible del acumulador de energia y donde se utilizan los factores constantes ki y/o k2, mediante los que, cuando la tension del acumulador de energia Ues alcance el valor de tension minimo UEs,min o el valor de tension maximo UEs,max, se limita un termino
imagen2
y con este termino la corriente nominal del acumulador de energia Ies.soii a cero.
Ademas, la corriente de compensacion positiva lEs.otfset aplicada generalmente relativamente pequena con aproximadamente un 5% de lEs,max posibilita un asentamiento rapido en el valor de tension minimo y/o maximo admisible. En principio, la corriente de compensacion positiva lEs,offset podria estar en el rango del 2-8% de l Es,max.
A l Es,offset = 0A se limitaria la corriente nominal del acumulador de energia Ies,soii en cambio lentamente a cero y la tension del acumulador de energia alcanzaria segun una funcion exponencial el valor maximo o minimo admisibles, lo que, sin embargo, duraria en la teoria "eternamente".
Haciendo que la corriente de compensacion constante lEs,offset sea > 0A, se logra, que, a una tension minima y/o maxima admisible, todavia se cargue y/o descargue con la corriente de compensacion lEs,offset.
Por consiguiente, al alcanzar la tension minima o la tension maxima del acumulador de energia Ues ,min, U Es,max, el acumulador de energia se descarga o carga con la corriente de compensacion positiva constante lEs,offset.
Al aumentar y/o reducir adicionalmente al cargar y/o descargar el acumulador de energia puede emitirse desde la regulacion un bloqueo de impulsos, reduciendose la pequena corriente de compensacion lEs,offset a cero.
Este bloqueo de impulsos produce, por consiguiente, que, al descargar el acumulador de energia por debajo de la tension minima del acumulador de energia UEs,min o al sobrecargar el acumulador de energia por encima de la tension maxima del acumulador de energia UEs,max, la corriente de compensacion IEs,offset se reduzca a cero.
Mediante los factores constantes ki y/o k2 puede establecerse aquella tension del acumulador de energia Ues, a la que comienza la regulacion del asentamiento correspondientemente a los valores diferenciales (UEs,min- Ues) y/o (U Es,max- Ues).
Los valores positivos del factor ki > 0 y/o k2 > 0 determinan a partir de cuando comienza a actuar la regulacion del asentamiento. Al inicio de la regulacion del asentamiento, la limitacion mediante la corriente maxima del acumulador de energia I Es,max se sustituye por el termino
imagen3
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, siendo valido, segun la Ec. 6:
imagen4
Lo mismo es valido para la regulacion del asentamiento durante la descarga:
imagen5
La regulacion del asentamiento comienza, cuando la tension del acumulador de energfa Ues sea igual a una tension inicial del acumulador de energfa UEs,startBegi al inicio, calculandose el factor constante ki segun Gl. 10:
imagen6
y/o:
imagen7
lo mismo es valido para el factor k2:
imagen8
y/o:
imagen9
En general, ademas, UEs,startBegi se establece igual al 98% de UEs,max y/o UEs,startBeg2 se establece igual al 102% de UEs,min. UEs,startBegi podna, sin embargo, estar en un rango del 95-99% de UEs,max y/o UEs,startBeg2 podna estar en un rango del 101 -105% de UEs,min.
Breve descripcion de las Figuras
Para aclarar adicionalmente la invencion, en la siguiente parte de la descripcion se hace referencia a la Figura, de la que pueden extraerse otras configuraciones, detalles y perfeccionamientos favorables de la invencion. Aquf muestra:
Fig. 1 una construccion de conmutacion de un acumulador de energfa electrico con un reductor para la operacion segura del acumulador de energfa electrico dentro de d un rango de tension predeterminado.
Ejecucion de la invencion
En el circuito, representado a la izquierda en la Fig. 1, de un convertidor reductor para un acumulador de energfa electrico 1, hay por fuera una tension de red un, donde estan conectados en serie una bobina Ln con una resistencia interna Rn y un condensador del circuito intermedio Cd, donde die bobina Ln y la resistencia interna Rn forman una
inductancia de red. Paralelamente al condensador de circuito intermedio Cd esta la proteccion de circuito intermedio activa AZS para proteger el circuito intermedio frente a posibles sobretensiones, que consiste en la conexion en serie de un conmutador con una resistencia AZS.
Con la ayuda de un conmutador sincronizado S se carga el acumulador de energia electrico, donde la bobina Les 5 con la resistencia interna Rles forman una inductancia del acumulador de energia, asi como el condensador Ces con la resistencia interna Res forman el acumulador de energia electrico 1.
En este contexto, en el acumulador de energia 1 hay una tension del acumulador de energia ues, que no puede quedar por debajo de una tension minima UEs,min y/o superar una tension maxima del acumulador de energia UEs,max.
Mediante el tipo de limitacion dinamica conforme a la invencion se garantiza que se cumplan la tension minima 10 UEs,min y/o maxima admisible del acumulador de energia UEs,max y asi se asegura la proteccion del acumulador de
energia 1. La regulacion produce una limitacion dinamica de la corriente nominal de carga minima y/o maxima Ies,soii y evita, por consiguiente, una sobrecarga o una descarga excesiva del acumulador de energia 1.
Esta regulacion origina, en comparacion con el control, que el acumulador de energia se descargue y/o cargue en el rango de la tension minima UEs,min y/o de la maxima admisible del acumulador de energia UEs,max solo mas 15 moderadamente, evitandose cambios abruptos de corriente nominal, cuando se alcance la tension minima UEs,min o la maxima admisible del acumulador de energia UEs,max.
En concreto, en el procedimiento conforme a la invencion, la tension del acumulador de energia ues se mide continuamente con un dispositivo de medicion, aqui no representado, y a partir de ella se calculan segun las ecuaciones 2 y 3 los valores de lEs,max,akt e lEs,min,akt. La corriente 1 Ies suministrada al (y/o extraida del) acumulador 20 de energia se ajusta ademas de forma que se cumpla la ecuacion 1, o sea, la corriente Ies se mantiene mayor o igual que lEs,min,akt y menor o igual que lEs,max,akt. Para poder conducir la corriente nominal del acumulador de energia les,soii correspondientemente, se ajustara correspondientemente el ciclo de trabajo del conmutador sincronizado S. El ciclo de trabajo es la relacion entre la duracion de encendido del conmutador (posicion del conmutador S = 1) y la duracion del ciclo del conmutador. Las frecuencias de ciclo tipicas del conmutador S se hallan a 1 kHz.
25 Lista de simbolos de referencia:
1
AZS
un
ud
30 ues
Ln Rn Cd S
35 Les
Rles Ces Res Ues 40
acumulador de energia
Proteccion de circuito intermedio activa
tension de red
tension del circuito intermedio tension del acumulador de energia bobina de la inductancia de red resistencia interna de la inductancia de red condensador del circuito intermedio conmutador
inductividad de la inductancia del acumulador de energia resistencia interna de la inductancia del acumulador de energia capacidad de un acumulador de energia electrico 1 resistencia interna del acumulador de energia electrico 1 tension (real) del acumulador de energia
UES,min
tension minima admisible del acumulador de energia
UES,max
tension maxima admisible del acumulador de energia
lES,min
corriente minima admisible del acumulador de energia
lEs,max
corriente maxima admisible del acumulador de energia
5 I ES,soll
corriente nominal del acumulador de energia
I ES,offset
corriente de compensacion constante

Claims (9)

  1. 5
    10
    15
    20
    25
    30
    35
    REIVINDICACIONES
    1. Procedimiento para la operacion segura de un acumulador de energia electrico (1), formado por un condensador Ces con una resistencia interna Res, dentro de un rango de tension predefinido con una tension minima y una maxima del acumulador de energia UEs.min, UEs.max, caracterizado porque
    - al aproximarse a la tension minima o maxima predefinida del acumulador de energia UEs.min, UEs,max del acumulador de energia electrico (1), una corriente nominal del acumulador de energia Ies.soii es limitada, en funcion de una tension real del acumulador de energia Ues, por una corriente real minima y una real maxima del acumulador de energia I ES,min,akt, lES,max,akt, donde
    - para calcular la corriente real minima del acumulador de energia lEs,min,akt se forma una diferencia entre la tension minima del acumulador de energia UEs,min y la tension real del acumulador de energia Ues, y/o para calcular la corriente real maxima del acumulador de energia lEs,max,akt se forma una diferencia entre la tension maxima del acumulador de energia UEs,max y la tension real del acumulador de energia Ues, y donde
    - la corriente real minima del acumulador de energia lEs.min.akt se forma multiplicando el valor diferencial (UEs.min - Ues) por un factor constante k2 y restando una corriente de compensacion constante lEs.offset del producto, y la corriente maxima real del acumulador de energia lEs.max.akt se forma multiplicando el valor diferencial (UEs.max - Ues) por un factor constante ki y sumando la corriente de compensacion constante lEs.offset al producto.
  2. 2. Procedimiento segun la reivindicacion 1. caracterizado porque la corriente maxima real del acumulador de energia lES.max.akt y la corriente minima real del acumulador de energia (lEs.min.akt) se determinan como sigue:
    imagen1
    [nin
    ( r k: * (U =. y.,. r.=: U;.,) iji.:, :-f
    max
    11 E3,maxf k> * (Ur;;, jur. ~ Urs) “ ^E5, ffsc-.
    donde Ies.max representa la maxima corriente admisible del acumulador de energia.
  3. 3. Procedimiento segun la reivindicacion 2. caracterizado porque la corriente de compensacion constante lEs.offset asciende a un 2-8% de la maxima corriente admisible del acumulador de energia lEs.max.
  4. 4. Procedimiento segun la reivindicacion 2 o 3. caracterizado porque. al alcanzar la tension minima o maxima del acumulador de energia UEs.min, UEs.max, el acumulador de energia se descarga o carga con la corriente de compensacion positiva constante lEs.offset.
  5. 5. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 4. caracterizado porque al descargar el acumulador de energia (1) por debajo de la tension minima del acumulador de energia UEs.min o al sobrecargar el acumulador de energia (1) por encima de la tension maxima del acumulador de energia UEs.max, la corriente de compensacion lEs.offset se reduce a cero.
  6. 6. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 5. caracterizado porque mediante los factores constantes k1. k2 se establece aquella tension del acumulador de energia Ues para el comienzo de la regulacion del asentamiento correspondientemente a los valores diferenciales (UEs.min - Ues) y/o (UEs.max - Ues).
  7. 7. Procedimiento segun la reivindicacion 6. caracterizado porque la regulacion del asentamiento comienza. al aproximarse a la tension maxima del acumulador de energia UEs.max, cuando la tension del acumulador de energia Ues sea igual a una tension inicial del acumulador de energia UEs.startBeg1, donde el factor constante k1 se calcula como sigue:
    imagen2
  8. 8. Procedimiento segun la reivindicacion 6 o 7, caracterizado porque la regulacion del asentamiento minima del acumulador de energia UES,min, cuando la tension del acumulador de energia UES sea igual a una tension inicial del acumulador de energia UEs,startBeg2, k2 se calcula como sigue:
    j _ ^ ES,offset ^ ES,max
    K-, —
    - IT __IT ■
    i'S,min v ES,StartBegl
    5 9. Procedimiento segun la reivindicacion 8, caracterizado porque la tension inicial del acumulador de energia
    UEs,startBegi se iguala al 95-99% de la tension maxima del acumulador de energia UEs,max.
  9. 10. Procedimiento segun la reivindicacion 9, caracterizado porque la tension inicial del acumulador de energia UEs,startBeg2 se iguala al 101-105% de la tension minima del acumulador de energia UEs,min.
    10
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