ES2708681T3 - Procedimiento de carga de una batería de acumuladores electroquímicos y dispositivo de regulación de la carga - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de carga de una batería de acumuladores electroquímicos (1), concretamente una batería de litio, con la ayuda de una fuente de alimentación (2), que comprende: una etapa (E13) de carga de la batería (1) mediante conexión a la fuente de alimentación (2) durante un intervalo de tiempo fijado de duración superior o igual a 1 minuto; al final de dicho intervalo de tiempo, una primera etapa (E15) de medición de una tensión (Vbat) de la batería (1) que está cargándose; una primera prueba (E16) que permite detectar si la tensión medida (Vbat) de la batería (1) que está cargándose durante la primera etapa de medición es igual o superior a una tensión objetivo (V0) que es igual a una tensión en circuito abierto de la batería a un estado de carga objetivo deseado (SOC0); si la primera prueba es negativa, la reanudación del procedimiento de carga a partir de la etapa de carga (E13); si la primera prueba es positiva, una etapa de pausa (E17), que tiene una duración predefinida (dpausa), durante la cual se desconecta la batería (1) de la fuente de alimentación (2) y está en reposo; una segunda etapa (E18) de medición de la tensión (Vbat) de la batería (1) al final de la pausa; una segunda prueba (E19) que consiste en verificar si la tensión (Vbat) de la batería (1) medida al final de la pausa satisface un criterio de fin de carga con respecto a la tensión objetivo; si la segunda prueba (E19) es positiva, la detención del procedimiento de carga (E20); y si la segunda prueba (E7; E19) es negativa, la reanudación del procedimiento de carga a partir de la etapa de carga (E13), en el que la etapa de pausa comprende: una primera pausa (E170), seguida de una etapa de medición (E171) de la tensión de la batería (Vbat) y de una etapa de prueba intermedia (E172) para verificar si la tensión medida tras la primera pausa es superior o igual a la tensión objetivo, y una segunda pausa (E173) puesta en práctica únicamente si la prueba intermedia es positiva, y en el que la duración de la primera pausa es inferior a la duración de la segunda pausa.
Description
DESCRIPCION
Procedimiento de carga de una batena de acumuladores electroqmmicos y dispositivo de regulacion de la carga Campo tecnico de la invencion
La invencion se refiere a un procedimiento de carga de una batena de acumuladores electroqmmicos, concretamente una batena de litio, y a un dispositivo de regulacion de la carga de la batena. Tambien se refiere a una aplicacion particular de un dispositivo de regulacion de la carga de este tipo a un sistema de control de un elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla.
Estado de la tecnica
El envejecimiento de una batena de litio, o mas generalmente de una batena de acumuladores electroqmmicos, se ve fuertemente acelerado cuando la batena esta total o casi totalmente cargada, incluso sin ningun uso de la batena. Con el fin de ralentizar este envejecimiento y por tanto de aumentar la vida util de la batena, una solucion consiste en no cargar completamente la batena y en detener la carga cuando la batena ha alcanzado un estado de carga, o SOC (“State of Charge"), objetivo estrictamente inferior al 100%.
Existen diferentes metodos conocidos para detener la carga de una batena a un estado de carga objetivo o deseado.
Un primer metodo, descrito en el documento WO2011051575, consiste en detener la carga cuando la tension de la batena alcanza una tension umbral de fin de carga predefinida que depende de la corriente y de la temperatura de carga. Usa cartograffas de la tension de la batena en funcion de la corriente y de la temperatura, almacenadas en memoria, y necesita mediciones de temperaturas y de corrientes. Un metodo de este tipo presenta varios inconvenientes:
- requiere una capacidad de almacenamiento importante y medios de tratamiento;
- necesita una adaptacion regular de las cartograffas para tener en cuenta el envejecimiento de la batena.
Un segundo metodo conocido se basa en el recuento coulombimetrico. La corriente de carga de la batena se mide y se integra en el tiempo con la ayuda de medios informaticos y/o materiales. Dado que la temperatura y el regimen de carga tienen una influencia sobre el tratamiento y el estado de carga procedente del recuento de coulombios, este metodo tambien usa cartograffas para tener en cuenta estas influencias. Una solucion de este tipo es costosa en cuanto al material y ubicacion de memoria. En cambio, no necesita modificar a lo largo de la vida de la batena las cartograffas que son independientes del envejecimiento de la misma.
Por otro lado, el documento US5945805 describe un metodo de control de la carga de una batena, el documento DE19913627 describe un procedimiento de carga de un acumulador con la ayuda de una fuente de alimentacion que puede ser un modulo solar, y el documento WO2013/186319 describe un sistema domotico de manipulacion de una pantalla movil que comprende un acumulador recargado con la ayuda de un panel fotovoltaico.
Los metodos conocidos necesitan numerosas mediciones (corriente, temperatura) e importantes recursos de memoria y de tratamiento y/o calculo. Ahora bien, para determinadas aplicaciones, puede desearse poner en practica un metodo mas sencillo y mas economico en cuanto a capacidad de almacenamiento, potencia de calculo y/o mediciones.
La presente invencion mejora la situacion.
Objeto de la invencion
Para ello, la invencion segun la reivindicacion se refiere a un procedimiento de carga de una batena de acumuladores electroqmmicos, concretamente una batena de litio, con la ayuda de una fuente de alimentacion, que comprende
- una etapa de carga de la batena mediante conexion a la fuente de alimentacion;
- una primera etapa de medicion de una tension de la batena que esta cargandose;
- una primera prueba que permite detectar si la tension medida de la batena que esta cargandose es igual o superior a una tension objetivo que es igual a una tension en circuito abierto de la batena a un estado de carga objetivo deseado;
- si la primera prueba es positiva, una etapa de pausa, que tiene una duracion predefinida, durante la cual se
desconecta la batena de la fuente de alimentacion y esta en reposo;
- una segunda etapa de medicion de la tension de la batena al final de la pausa;
- una segunda prueba que consiste en verificar si la tension de la batena medida al final de la pausa satisface un criterio de fin de carga con respecto a la tension objetivo;
- si la segunda prueba es positiva, se detiene el procedimiento de carga;
- si la segunda prueba es negativa, se repite la etapa de carga.
Ventajosamente, mientras que la primera prueba es negativa, dicho de otro modo mientras que la tension de la batena que esta cargandose es estrictamente inferior a la tension objetivo, se ejecutan las etapas de carga y de medicion.
La invencion permite cargar la batena hasta un estado de carga igual o sustancialmente igual a un estado de carga objetivo deseado, procediendo unicamente a mediciones de la tension de la batena. No necesita recursos de tratamiento y de calculo importantes. Generalmente, el criterio de fin de carga con respecto a la tension objetivo se alcanza de manera progresiva mediante una sucesion de cargas y de pausas alternadas, aproximandose la tension de la batena tras la pausa, y por tanto tras la relajacion, poco a poco a la tension objetivo.
En un primer modo de realizacion, que no forma parte de la invencion, durante la primera prueba, se detecta cuando dicha tension de la batena que esta cargandose alcanza dicha tension objetivo, y en el que el criterio de fin de carga es que la diferencia entre la tension objetivo y la tension medida de la batena al final de la pausa debe ser inferior o igual a una diferencia lfmite predefinida.
En este primer modo de realizacion, en cuanto se detecta durante la carga que la tension de la batena ha alcanzado la tension objetivo, se activa una pausa y, tras la pausa, se somete de nuevo a prueba la tension de la batena, reducida debido al fenomeno de relajacion. Si la diferencia entre la tension de la batena tras la pausa y la tension objetivo es suficientemente baja (es decir inferior a la diferencia lfmite fijada), se detiene la carga ya que se estima que el estado de carga de la batena es entonces igual o muy proximo (por ejemplo, con una precision del 10%) al estado de carga objetivo deseado. Si la diferencia entre la tension de la batena tras la pausa y la tension objetivo es demasiado importante (es decir superior a la diferencia lfmite fijada), se reanuda la carga de la misma manera que anteriormente, es decir con una interrupcion temporal de la carga para realizar una pausa en cuanto la tension de la batena alcanza de nuevo la tension objetivo y despues, tras la pausa, la realizacion de una prueba para verificar si la diferencia lfmite entre la tension de la batena tras la pausa y la tension objetivo es suficientemente baja.
Ventajosamente, la primera etapa de medicion comprende una sucesion de medidas realizadas de manera simultanea a la etapa de carga, con una frecuencia de muestreo de al menos una muestra por minuto. Gracias a ello, se detecta con una precision deseada el momento en el que la tension de la batena alcanza la tension objetivo (o una tension sustancialmente igual a la tension objetivo).
Dicha diferencia lfmite es ventajosamente inferior o igual al 10% de la tension objetivo, mas ventajosamente inferior o igual al 5%.
La duracion de la etapa de pausa es ventajosamente:
- superior a tres minutos, ventajosamente igual o superior a cinco minutos;
- inferior o igual a 20 minutos, preferiblemente inferior o igual a 15 minutos y mas ventajosamente inferior o igual a 10 minutos.
En un segundo modo de realizacion, la primera etapa de medicion de la tension de la batena que esta cargandose realiza mediciones espaciadas, separadas por un intervalo de tiempo fijado superior o igual a 1 minuto, ventajosamente superior o igual a 3 minutos, mas ventajosamente superior o igual a 5 minutos, y la primera prueba esta destinada a detectar cuando la tension medida de la batena que esta cargandose supera por primera vez dicha tension objetivo.
Ventajosamente, la etapa de pausa comprende:
- una primera pausa, seguida de una etapa de medicion de la tension de la batena y de una etapa de prueba intermedia para verificar si la tension medida tras la primera pausa es superior o igual a la tension objetivo, y - una segunda pausa puesta en practica unicamente si la prueba intermedia es positiva, y la duracion de la primera pausa es inferior a la duracion de la segunda pausa.
Mas ventajosamente, si la prueba intermedia es negativa, se repite la etapa de carga directamente tras la primera pausa.
Tras la primera pausa, si la tension de la batena pasa por debajo de la tension objetivo, se reanuda la carga. La carga solo se detiene una vez que la tension de la batena tras la pausa permanece superior o igual a la tension objetivo.
La duracion de la primera pausa es ventajosamente inferior o igual a 2 minutos, mas ventajosamente inferior o igual a 1 minuto.
El estado de carga objetivo de la batena puede estar comprendido entre el 30% y el 85%, ventajosamente entre el 50% y el 80%, mas ventajosamente entre el 65% y el 75%. Gracias a ello, se ralentiza el envejecimiento de la batena y por tanto se aumenta su vida util.
Mas ventajosamente, el procedimiento comprende una etapa previa de configuracion durante la cual se determinan datos de correlacion entre el estado de carga de la batena y la tension en circuito abierto de la batena. Esta etapa de configuracion puede realizarse en el laboratorio o en la fabrica, con la propia batena o con una batena de referencia identica.
La fuente de alimentacion esta ventajosamente dispuesta para suministrar una corriente variable. Puede comprender un dispositivo de produccion de energfa electrica intermitente.
La fuente de alimentacion puede estar dispuesta para generar una corriente electrica de carga a partir de una fuente de energfa renovable. Puede comprender un modulo fotovoltaico.
La invencion tambien se refiere a un dispositivo de regulacion de la carga de una batena de acumuladores electroqmmicos, concretamente una batena de litio, con la ayuda de una fuente de alimentacion, destinado a cargar dicha batena hasta un estado de carga objetivo predefinido, caracterizado porque comprende:
- un elemento regulable de conexion y de desconexion de la batena a la fuente de alimentacion;
- un sensor de medicion de la tension de la batena;
- un modulo de prueba de la tension medida conectado a una memoria de almacenamiento de una tension objetivo igual a la tension en circuito abierto de la batena a un estado de carga objetivo deseado;
- un modulo de control destinado a controlar el elemento regulable de conexion y de desconexion, el sensor de medicion de la tension y el modulo de prueba, estando el modulo de control configurado para poner en practica el procedimiento tal como se definio anteriormente.
La invencion tambien se refiere a un sistema que comprende un elemento que va a alimentarse con energfa electrica, a una batena de acumuladores electroqmmicos, concretamente una batena de litio, destinada a cargarse mediante conexion a una fuente de alimentacion externa y a alimentar con energfa electrica dicho elemento, y a un dispositivo de regulacion de la carga de la batena tal como se definio anteriormente.
En un modo de realizacion particular, el elemento que va a alimentarse con energfa electrica es un motor de accionamiento de un elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla.
La invencion se refiere finalmente a una instalacion que comprende un elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla y el sistema definido anteriormente. En una forma de realizacion particular, la instalacion comprende una fuente de alimentacion dispuesta para generar una corriente electrica de carga a partir de una fuente de energfa renovable, concretamente un modulo fotovoltaico.
Breve descripcion de los dibujos
La invencion se comprendera mejor con la ayuda de la siguiente descripcion del procedimiento de carga de una batena, de un dispositivo de regulacion de la carga de una batena y de una instalacion que integra una batena y un dispositivo de regulacion de este tipo, segun diferentes variantes de realizacion de la invencion, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en los que:
las figuras 1A y 1B representan curvas de correlacion entre el estado de carga (SOC) y la tension en circuito abierto de la batena, respectivamente para diferentes temperaturas de la batena y para diferentes estados de salud (SOH) de la batena;
la figura 2 representa un esquema de una instalacion que integra la batena;
la figura 3 representa un organigrama del procedimiento de carga segun un primer modo de realizacion que no forma parte de la invencion;
la figura 4 representa la evolucion de la tension de la batena durante una carga segun el procedimiento de la figura 3;
la figura 5 representa un organigrama del procedimiento de carga segun un modo de realizacion de la invencion; la figura 6 representa la evolucion de la tension de la batena durante una carga segun el procedimiento de la figura 4.
Descripcion detallada de modos de realizacion particulares de la invencion
La invencion permite cargar una batena de acumuladores electroqmmicos 1, concretamente una batena de litio, hasta un estado de carga objetivo estrictamente inferior al 100%, denominado SOCobjetivo. El estado de carga objetivo SOCobjetivo es por ejemplo igual al 70%.
La batena 1 es por ejemplo una batena de ion de litio. En el ejemplo de realizacion particular descrito en este caso, se alimenta con energfa electrica mediante un modulo fotovoltaico 2. A modo de ejemplo ilustrativo de aplicacion, la batena 1 puede equiparse en una instalacion 200 de tipo “persiana solar” que recupera la energfa solar gracias al modulo fotovoltaico 2 colocado por ejemplo en la caja de la persiana.
La instalacion 200 comprende los siguientes elementos:
- una persiana enrollable 3;
- un dispositivo 4 de accionamiento de la persiana enrollable 3, que comprende un motor de accionamiento en desplazamiento de la persiana enrollable 3;
- la batena de ion de litio 1 de alimentacion electrica del motor;
- el modulo fotovoltaico 2;
- un dispositivo 100 de regulacion de la carga de la batena 1;
- una unidad de control 20.
La invencion puede aplicarse a cualquier otro elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla, en lugar de la persiana enrollable.
La batena 1 tiene la funcion de alimentar electricamente el motor. Ademas, en este caso tambien tiene la funcion de alimentar los diferentes elementos electricos de la instalacion 200, concretamente el dispositivo de regulacion 100 y la unidad de control 20. La instalacion 200 es por tanto autonoma desde el punto de vista energetico.
La energfa electrica producida por el modulo fotovoltaico 2 a partir de la energfa solar recuperada permite cargar la batena 1 con la ayuda de una corriente electrica de carga que es variable (es decir, que vana con el tiempo). Segun la invencion, la batena se carga por el modulo fotovoltaico 2 mediante la puesta en practica de un procedimiento de carga, descrito mas adelante, que permite cargar la batena 1 hasta un estado de carga objetivo SOC0 predefinido de manera sencilla y economica, sin recursos importantes de calculos y de memorias.
La unidad de control 20 de la instalacion 200 esta conectada a los diferentes elementos de la instalacion y destinada a controlar el funcionamiento de estos elementos. En este caso comprende un microprocesador. Tiene concretamente la funcion de controlar el funcionamiento del motor 4 de accionamiento de la persiana enrollable 3 y el dispositivo 100 de regulacion de la carga de la batena 1.
El dispositivo de regulacion de la carga 100 comprende:
- un elemento regulable 5 de conexion y de desconexion de la batena 1 al modulo fotovoltaico 2, en este caso un interruptor, interpuesto entre la batena 1 y el modulo fotovoltaico 2;
- un sensor 6 de medicion de la tension de la batena 1;
- en este caso un sensor 6' de medicion de la corriente que entra en la batena 1;
- un modulo de prueba 7, conectado a los sensores 6 y 6' y destinado a realizar pruebas en la tension o la corriente medidas por los sensores;
- una memoria de almacenamiento 8, que almacena concretamente una tension objetivo V0, conectada al modulo de prueba 7;
- un modulo de control 9.
El modulo de control 9 esta conectado en este caso a la unidad central de control 20. En el ejemplo de realizacion particular descrito en este caso, el modulo de control 20 es un modulo informatico que comprende instrucciones informaticas destinadas a ejecutarse por la unidad central de control 20 con el fin de regular la carga de la batena segun el procedimiento de la invencion. Como variante, el dispositivo de regulacion 100 puede comprender una unidad de tratamiento, tal como un microprocesador, distinto de la unidad de control 20.
El modulo de control 9 tiene la funcion de controlar el funcionamiento del elemento regulable de conexion/desconexion 5, del sensor de medicion de tension 6 y del modulo de prueba 7 de manera que se pone en practica el procedimiento de carga de la batena 1 de la invencion.
El dispositivo de regulacion 100 tambien puede comprender una interfaz de usuario 10 que comprende medios informaticos y materiales que permiten introducir y reproducir informacion. Permite concretamente a un usuario introducir instrucciones de carga (por ejemplo una instruccion de carga manual o una instruccion de programacion de cargas) u otros datos utiles para la carga de la batena (por ejemplo un estado de carga objetivo de la batena 1). Estas instrucciones y datos se graban en este caso en la memoria de almacenamiento 8.
El conjunto que comprende el motor de accionamiento 4, la batena de alimentacion 1, el dispositivo 100 de regulacion de la carga de la batena 1 y la unidad de control 20 forma un sistema destinado a controlar la persiana enrollable 3.
El procedimiento de carga de la batena 1 comprende una etapa previa de configuracion CONFIG durante la cual se determinan datos de correlacion entre el estado de carga o s Oc de la batena 1 y la tension en circuito abierto VOC de la batena 1. Esta etapa de configuracion puede realizarse en fabrica o en laboratorio, previamente a la instalacion de la batena 1 en su sitio. Puede realizarse con la propia batena 1 o con una batena de referencia identica a la batena 1.
Los datos de correlacion entre estado de carga SOC y la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 pueden representarse mediante curvas de correlacion. En la figura 1A, se han representado dos curvas de correlacion C1, C2 obtenidas para dos temperaturas diferentes de la batena, respectivamente 25°C y 10°C. De esta figura 1A se desprende que la correlacion entre la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 y su estado de carga SOC no depende de la temperatura a lo largo de un gran intervalo util de SOC, en este caso entre el 10% y el 85%. La correlacion entre la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 y su estado de carga SOC tampoco depende del estado de salud o SOH (del ingles “State Of Health") de la batena, tal como se desprende de la figura 1B en la que se han representado dos curvas de correlacion entre la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 y su estado de carga SOC, indicadas C3 y C4, correspondientes a dos SOH de la batena respectivamente iguales al 76% y al 100%.
Para obtener estos datos de correlacion, un metodo particular consiste en cargar inicialmente la batena 1, preferiblemente hasta un estado de carga del 100%. Una vez cargada la batena, se descarga de manera progresiva mediante una sucesion de operaciones de descarga, separadas por pausas durante las cuales la batena no esta conectada y esta en reposo (sin descarga ni carga), y la tension de la batena disminuye y se estabiliza debido a un fenomeno de relajacion en el interior de la batena. A lo largo de cada operacion de descarga, se mide la cantidad de carga electrica suministrada por la batena, por ejemplo mediante un metodo de recuento coulombimetrico, con el fin de evaluar el SOC de la batena al final de la operacion de descarga. Las pausas de relajacion de la batena deben tener una duracion suficiente para alcanzar una relajacion completa o casi completa de la batena y asf obtener una estabilizacion de la tension en circuito abierto de la batena. Por ejemplo, cada pausa que separa dos operaciones de descarga sucesivas tiene una duracion de aproximadamente 2 horas. No obstante, la duracion de las pausas puede ser mas corta o mas larga, segun el tipo de batena. Al final de cada pausa entre dos descargas, se mide la tension en circuito abierto VOC de la batena con la ayuda de un sensor de medicion de tension. De este modo se obtiene un conjunto de pares de valores asociados o correspondientes de SOC y de tension VOC de la batena. Por extrapolacion, pueden deducirse los datos de correlacion entre el SOC y la tension VOC de la batena a lo largo de todo el intervalo de SOC analizado, que va preferiblemente del 100% al 0%.
Los datos de correlacion entre el estado de carga SOC y la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 pueden proporcionarse por el fabricante de la batena.
Los datos de correlacion entre el estado de carga SOC y la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 pueden grabarse en una memoria del dispositivo de regulacion 100, en este caso en la memoria 8. Como variante, solo se graba en la memoria 8 la tension en circuito abierto V0 asociada al estado de carga objetivo SOC0.
Ahora va a describirse, con referencia a la figura 3, un primer modo de realizacion del procedimiento de carga de la batena 1, en este caso una batena de tipo ion de litio. El procedimiento de carga permite cargar la batena 1 hasta un estado de carga objetivo predefinido. Se pone en practica por el dispositivo de regulacion de la carga 100, bajo el control del modulo de control 9. En el ejemplo de realizacion descrito en este caso, no limitativo, el estado de carga objetivo SOC0 es igual al 70%. Esta asociado a la tension en circuito abierto objetivo V0 en los datos de correlacion. Se supone que inicialmente, antes de la puesta en practica del procedimiento de carga, el estado de carga de la batena 1 es estrictamente inferior al estado de carga objetivo SOC0.
Durante una etapa inicial E0, el modulo de control 9 activa el inicio del procedimiento de carga. La carga puede estar programada para activarse de manera automatica a una hora fija, por ejemplo una vez al dfa, a una hora programada. En una primera variante, puede activarse tras la deteccion de un estado de carga de la batena 1 inferior a un estado de carga mmimo fijado. En una segunda variante, la carga se activa de manera manual, bajo el control espedfico de un usuario por medio de la interfaz de usuario 10.
El procedimiento comprende a continuacion una etapa E1 de prueba o de verificacion del estado de la batena 1 (que puede estar en un estado de carga, de reposo o de descarga) con el fin de verificar que la batena 1 no esta en descarga. Por ejemplo, la batena 1 esta en descarga cuando alimenta electricamente el motor 3 de accionamiento de la persiana para enrollarla o desenrollarla. Se denomina “Ibat” la corriente que entra en la batena 1. Se mide mediante el sensor 6'. La verificacion E1 consiste en verificar si la corriente Ibat es nula (batena en reposo) o superior a cero (batena que esta cargandose). La prueba E1 se ejecuta por el modulo de prueba E7, bajo el control del modulo de control 9.
Si la prueba de estado es negativa (derivacion N en la figura 3), al estar la batena 1 en curso de descarga, se detiene inmediatamente el procedimiento de carga.
Si la prueba de estado es positiva (derivacion S en la figura 3), al estar la batena 1 en reposo o en carga, el procedimiento continua con una etapa E2 de carga de la batena 1. Durante esta etapa de carga E2, la batena 1 esta conectada a la fuente de alimentacion 2, en este caso el modulo fotovoltaico, mediante cierre del interruptor 5. La fuente 2 proporciona a la batena 1 una corriente de carga Ibat superior a cero. Esta corriente de carga vana con el tiempo, en funcion de la energfa solar recuperada por el modulo fotovoltaico 2.
Durante la etapa de carga E2, el sensor de medicion de tension 6 mide la tension Vbat en los bornes de la batena 1 que esta cargandose, durante una etapa de medicion E3. Por definicion, se denomina “primera tension” a la tension de la batena 1 medida durante la carga, estando la batena con corriente de carga.
En paralelo a las etapas de carga E2 y de medicion E3, bajo el control del modulo de control 9, el modulo de prueba 7 ejecuta una primera prueba E4 destinada a detectar cuando la tension medida Vbat es igual o sustancialmente igual a una tension objetivo V0 predefinida, memorizada en la memoria 8. Esta tension objetivo V0 es igual a la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 cuando el estado de carga de la batena 1 es igual al estado de carga objetivo SOC0 (en este caso el 70%). Dicho de otro modo, la tension objetivo V0 corresponde a la tension asociada al estado de carga objetivo SOC0, en este caso del 70%, en los datos de correlacion anteriormente determinados. La etapa E3 de medicion de la tension Vbat esta adaptada para permitir detectar cuando la tension Vbat de la batena que esta cargandose alcanza la tension objetivo V0. Por ejemplo, la etapa de medicion E3 comprende una sucesion de mediciones realizadas con una frecuencia de muestreo suficientemente elevada, ventajosamente superior o igual a una muestra por minuto.
Mientras que la prueba E4 es negativa (derivacion N en la figura 3), dicho de otro modo mientras que la tension Vbat de la batena 1 que esta cargandose es estrictamente inferior a la tension objetivo V0, el procedimiento vuelve a la etapa de prueba E1 y despues, en el caso en el que la prueba E1 es positiva, a las etapas de carga E2 y de medicion E3.
Si la prueba E4 es positiva (derivacion S en la figura 3), dicho de otro modo si la primera tension Vbat de la batena 1 que esta cargandose es igual (o sustancialmente igual) a la tension objetivo V0, se activa una etapa de pausa E5. Dicho de otro modo, se pone la carga de la batena 1 en pausa, interrumpida temporalmente. Durante esta etapa de pausa E5, se desconecta la batena 1 de la fuente de alimentacion 2, mediante apertura del interruptor 5, con el fin de interrumpir la carga y permanecer en reposo (es decir, ni en carga, ni en descarga). La batena 1 esta entonces en fase de relajacion, lo cual tiene por efecto reducir su tension Vbat. La pausa E5 tiene una duracion dpausa predefinida, por ejemplo igual a cinco minutos. Esta duracion dpausa esta adaptada de manera que la tension de la batena 1 al final de la pausa es proxima a la tension final de la batena tras una relajacion completa. Por “proxima” quiere decirse que la diferencia entre la tension de la batena al final de la pausa y la tension final tras la relajacion completa es inferior o igual al 10% de esta tension final. Segun la batena usada, la duracion de la pausa puede variar. Generalmente es superior o igual a tres minutos, ventajosamente superior o igual a cinco minutos. La duracion maxima de pausa dpausa puede ser ventajosamente de 20 minutos, preferiblemente 15 minutos y mas ventajosamente de 10 minutos. Esto permite limitar la duracion global del procedimiento de carga. No obstante, la duracion de pausa puede ser superior a los valores maximos indicados.
Al final de la etapa de pausa E5, se mide la tension de la batena Vbat mediante el sensor 6, durante una etapa de medicion E6, bajo el control del modulo de control 9.
El procedimiento comprende a continuacion una segunda etapa de prueba E7 que consiste en verificar si la tension de la batena Vbat medida tras la pausa E5, dicho de otro modo de la batena relajada, satisface un criterio de fin de carga con respecto a la tension objetivo V0. En el primer modo de realizacion descrito en este caso, el criterio de fin de carga es que la diferencia entre la tension objetivo V0 y la tension medida Vbat tras la pausa E5 debe ser inferior o igual a una diferencia lfmite predefinida g . Dicho de otro modo, el criterio de fin de carga se satisface (prueba E7 positiva), si la diferencia entre la tension objetivo V0 y la segunda tension medida Vbat es inferior o igual a la diferencia lfmite g .
La diferencia lfmite g es preferiblemente inferior o igual al 10% de la tension objetivo V0, mas ventajosamente inferior 0 igual al 5%.
Si la prueba E7 es positiva (derivacion S en la figura 3), dicho de otro modo si la diferencia entre la tension objetivo V0 y la tension Vbat medida tras la pausa E5 es inferior o igual a la diferencia lfmite g , se detiene el procedimiento de carga (etapa E8 de detencion de la carga) bajo el control del modulo de control 9.
Si la prueba E7 es negativa (derivacion N en la figura 3), dicho de otro modo si la diferencia entre la tension objetivo V0 y la segunda tension Vbat medida tras la pausa E5 es estrictamente superior a la diferencia lfmite g , el procedimiento de carga vuelve a la etapa de prueba de estado E1, bajo el control del modulo de control 9, estando la prueba de estado E1 seguida, si es positiva, por las etapas siguientes E2 a E7 anteriormente mencionadas. Las etapas E1 a E7 se repiten de este modo hasta que se satisface el criterio de fin de carga (diferencia entre la tension objetivo V0 y la segunda tension medida Vbat2 inferior o igual a la diferencia lfmite g ).
En la figura 4 se ha representado, de manera simplificada, la evolucion de la tension Vbat de la batena 1 durante el procedimiento de carga que acaba de describirse, segun un ejemplo de puesta en practica. Dicho de otro modo, la figura 4 representa el perfil de carga de la batena 1 durante la puesta en practica del procedimiento de carga de la invencion segun el primer modo de realizacion descrito. Durante una primera fase de carga, la tension Vbat de la batena 1 aumenta de manera continua hasta alcanzar la tension objetivo V0. Despues, una vez alcanzada la tension objetivo V0, durante una segunda fase de carga, la tension Vbat de la batena 1 oscila, mediante la puesta en practica de una sucesion de cargas y de pausas alternadas, de la siguiente manera: en cada oscilacion, la tension aumenta hasta la tension objetivo V0, durante una operacion de carga E2, despues disminuye ligeramente, durante una pausa E5. A lo largo de la carga, la tension reducida tras cada pausa E5 se aproxima de manera progresiva a la tension objetivo V0. La carga se detiene cuando la tension de la batena reducida tras una pausa es proxima a la tension objetivo V0, siendo la diferencia entre estas dos tensiones inferior a g .
Ahora va a describirse, con referencia a las figuras 5 y 6, el procedimiento de carga de la batena 1 hasta un estado de carga objetivo predefinido SOC0, asociado a la tension en circuito abierto objetivo V0, segun un segundo modo de realizacion de la invencion. Se pone en practica mediante el dispositivo de regulacion de la carga 100.
En el ejemplo de realizacion descrito en este caso, no limitativo, el procedimiento de carga permite cargar la batena 1 hasta un estado de carga objetivo SOC0 igual al 70%. Se supone que inicialmente, antes de la puesta en practica del procedimiento de carga, el estado de carga de la batena es estrictamente inferior al estado de carga objetivo SOC0.
Para la puesta en practica de este segundo modo de realizacion del procedimiento de carga, el dispositivo de regulacion 100 integra un contador de tiempo 11.
Durante una etapa inicial E10, el dispositivo de regulacion 100 controla el inicio del procedimiento de carga. La etapa E10 es similar a la etapa E0 anteriormente descrita. Tras el inicio de la carga, el dispositivo de regulacion 100 activa un contador de tiempo de carga tcar durante una etapa E11. Inicialmente, el tiempo de carga tcar es nulo (tcar=0). El procedimiento comprende a continuacion una etapa E12 de prueba o de verificacion del estado de la batena 1, pudiendo esta estar en carga, en reposo o en descarga, con el fin de verificar que la batena 1 no esta en curso de descarga. La prueba E12 consiste en verificar si la corriente que entra en la batena 1, Ibat, es nula (batena en reposo) o superior a cero (batena que esta cargandose).
Si la prueba de estado E12 es negativa (derivacion N en la figura 5), al estar la batena 1 en curso de descarga, se detiene inmediatamente el procedimiento de carga (etapa E20).
Si la prueba de estado E12 es positiva (derivacion S en la figura 5), al estar la batena 1 en reposo o en carga, el procedimiento continua con una etapa E13 de carga de la batena 1. Durante esta etapa de carga E13, bajo el control del modulo de control 9, se cierra el interruptor 5 y se conecta la batena 1 a la fuente de alimentacion 2 (en este
caso el modulo fotovoltaico) que le suministra una corriente de carga Ibat estrictamente superior a cero. Esta corriente de carga Ibat de la batena 1 vana con el tiempo, en funcion de la energfa solar recuperada por el modulo fotovoltaico 2.
Durante la etapa de carga E13, se realiza una etapa de prueba E14 con el tiempo de carga con el fin de verificar si el tiempo de carga tcar ha alcanzado una duracion fijada t . Esta duracion t corresponde a la duracion de un periodo o de un intervalo de tiempo que separa dos mediciones sucesivas de la tension de la batena 1. Por ejemplo, la duracion t es del orden de algunos minutos, en este caso de 5 minutos. Dicho de otro modo, la prueba E14 consiste en verificar si tcar > t .
Mientras que la prueba E14 es negativa, dicho de otro modo mientras que el tiempo de carga tcar permanece inferior a la duracion t del periodo de medicion, el procedimiento vuelve a la etapa de prueba de estado E12 y la carga E13 se continua mientras que esta prueba de estado E12 es positiva.
Si la prueba E14 es positiva, dicho de otro modo en cuanto el tiempo de carga tcar es igual o superior a la duracion t del periodo de medicion, el modulo de control 9 activa una medicion de la tension Vbat de la batena que esta cargandose mediante el sensor 6, durante una primera etapa de medicion E15.
Asf, la primera etapa E15 de medicion de la tension Vbat de la batena 1 que esta cargandose realiza mediciones espaciadas, separadas por un intervalo de tiempo fijado, predefinido t . Este intervalo de tiempo es ventajosamente superior o igual a 1 minuto, mas ventajosamente superior o igual a 3 minutos, preferiblemente superior o igual a 5 minutos. Gracias a ello, se limita el numero de mediciones de la tension Vbat.
La etapa de medicion E15 va seguida de una primera etapa de prueba con la tension E16. La prueba E16 tiene el objetivo de detectar cuando la tension Vbat de la batena medida durante la etapa E15 supera por primera vez la tension objetivo V0 predefinida. Como recordatorio, la tension objetivo V0 es igual a la tension en circuito abierto VOC de la batena 1 cuando el estado de carga de la batena 1 es igual al estado de carga objetivo (en este caso el 70%).
Mientras que la prueba E16 es negativa (derivacion N en la figura 5), dicho de otro modo mientras que la tension medida Vbat de la batena 1 que esta cargandose es estrictamente inferior a la tension objetivo V0, el procedimiento vuelve a la etapa E11, bajo el control del modulo de control 9: vuelve a ponerse el tiempo de carga a cero, dicho de otro modo tcar=0, y se reinicia el contador de tiempo de carga. Por tanto, las etapas e 11 a E16 se repiten mientras que la tension medida Vbat de la batena 1 permanece inferior a la tension objetivo V0.
En cuanto la prueba E16 se vuelve positiva, dicho de otro modo en cuanto se detecta por primera vez que la tension Vbat de la batena 1 que esta cargandose ha alcanzado o superado la tension objetivo Vo, dicho de otro modo es superior o igual a la tension objetivo V0, el modulo de control 9 activa una etapa de pausa E17 (derivacion S en la figura 5). Durante la pausa E17, se interrumpe temporalmente la carga de la batena 1. Para ello, se desconecta la batena 1 de la fuente de alimentacion 2, en este caso mediante apertura del interruptor 5, bajo el control del modulo de control 9. Durante la pausa E17, la batena 1 esta en reposo (es decir ni en carga, ni en descarga). La batena 1 esta entonces en fase de relajacion, lo cual tiene el efecto de reducir la tension Vbat.
La pausa E17 tiene una duracion total dpausa predefinida, por ejemplo igual a cinco minutos. Esta duracion total de pausa dpausa esta adaptada de manera que la tension de la batena 1 al final de periodo de pausa es proxima a la tension teorica final de la batena tras una relajacion completa que necesita una pausa de varias horas, dicho de otro modo la tension que alcanzana teoricamente la batena si se relajara totalmente. Por “proxima” quiere decirse que la diferencia entre la tension de la batena al final de la pausa y la tension final tras la relajacion completa es inferior o igual al 10% de esta tension final. Segun la batena usada, la duracion de la pausa puede variar. Generalmente es superior o igual a tres minutos, ventajosamente superior o igual a cinco minutos. La duracion maxima de pausa dpausa puede ser ventajosamente de 2o minutos, preferiblemente 15 minutos y mas ventajosamente de 10 minutos. Esto permite limitar la duracion global del procedimiento de carga.
No obstante, la duracion de pausa puede ser superior a los valores maximos indicados.
En una variante de realizacion, representada en la figura 5, la etapa de pausa E17 se divide en dos pausas sucesivas E170, E173. La primera pausa E170 es de corta duracion. Su duracion d1 es inferior a la duracion d2 de la segunda pausa E173. Por ejemplo, la duracion d1 de la primera etapa de pausa es de un minuto y la duracion d2 de la segunda pausa E173 es de cuatro minutos. La duracion d1 de la primera pausa es ventajosamente inferior o igual a 2 minutos, mas ventajosamente inferior o igual a 1 minuto. La suma de las duraciones respectivas d1 y d2 de las dos pausas E170 y E173 es igual a la duracion de pausa dpausa fijada.
Al final de la primera pausa E170, bajo el control del modulo de control 9, se mide la tension de la batena Vbat durante una etapa E171 mediante el sensor 6. Despues el modulo de prueba 7 ejecuta una etapa de prueba intermedia E172 con el fin de verificar si la tension medida Vbat sigue siendo superior o igual a la tension objetivo
V0.
Si la prueba E172 es negativa (derivacion N en la figura 5), dicho de otro modo si la tension Vbat vuelve a ser inferior a la tension objetivo V0 tras la primera pausa E170, el procedimiento vuelve a la etapa E11, bajo el control del modulo de control 9: vuelve a ponerse el tiempo de carga tcar a cero, dicho de otro modo tcar=0, y se reinicia el contador de tiempo de carga. A continuacion se repiten las etapas E12 y siguientes. Por tanto, si la prueba E172 es negativa, se repite la etapa de carga E13 directamente tras la primera pausa, es decir sin puesta en practica de la segunda pausa.
Si la prueba E172 es positiva (derivacion S en la figura 5), dicho de otro modo si la tension Vbat permanece superior a la tension objetivo Vo tras la primera pausa E170, el dispositivo de regulacion 100 pone en practica la segunda etapa de pausa E173 de una duracion d2. La segunda pausa E173 solo se realiza si la prueba intermedia es positiva, dicho de otro modo unicamente si la tension Vbat tras la primera pausa sigue siendo superior a la tension objetivo V0.
Esta variante de realizacion permite reducir el tiempo total de pausa durante la carga con el fin de beneficiarse al maximo de la energfa solar durante la carga.
Al final de la segunda etapa de pausa E173, bajo el control del modulo de control 9, se mide la tension de la batena Vbat mediante el sensor 6, durante una etapa de medicion E18.
Tal como se indico anteriormente, la etapa E17 puede comprender tan solo una unica pausa de duracion dpausa. El procedimiento comprende a continuacion una etapa de prueba E19 que consiste en verificar si la tension Vbat medida durante la etapa E18, dicho de otro modo la tension de la batena tras la pausa E17, satisface un criterio de fin de carga. Esta etapa se pone en practica mediante el modulo de prueba 7, bajo el control del modulo de control 9. En el segundo modo de realizacion descrito en este caso, el criterio de fin de carga es que la tension Vbat de la batena 1 medida tras la pausa E17, y por tanto tras la relajacion, debe ser superior o igual a la tension objetivo V0. Dicho de otro modo, el criterio de fin de carga se satisface (prueba E19 positiva) si la tension Vbat de la batena 1 tras la pausa E17 es superior o igual a la tension objetivo V0.
Si la prueba E19 es positiva (derivacion S en la figura 5), dicho de otro modo si la tension Vbat de la batena 1 tras la pausa E17 es superior o igual a la tension objetivo V0, se detiene el procedimiento de carga (etapa E20 de detencion de la carga).
Si la prueba E19 es negativa (derivacion N en la figura 5), dicho de otro modo si la tension Vbat de la batena 1 tras la pausa E17 es inferior a la tension objetivo V0, el procedimiento de carga vuelve a pasar a la etapa E11, bajo el control del modulo de control 9: vuelve a ponerse el tiempo de carga tcar a cero, dicho de otro modo tcar=0, y se reinicia el contador de tiempo de carga. A continuacion se repiten las etapas E12 y siguientes.
En la figura 6 se ha representado, de manera simplificada, la evolucion de la tension Vbat de la batena 1 durante el procedimiento de carga que acaba de describirse con referencia a la figura 5, segun un ejemplo de puesta en practica. Dicho de otro modo, la figura 6 representa el perfil de carga de la batena 1 durante la puesta en practica del procedimiento de carga de la invencion segun el segundo modo de realizacion. Durante una primera fase de carga, la tension Vbat de la batena 1 aumenta de manera continua hasta superar ligeramente la tension objetivo V0. Despues, tras superarse la tension objetivo V0, durante una segunda fase de carga, la tension Vbat de la batena 1 oscila alrededor de la tension objetivo V0, mediante una sucesion de operaciones de carga separadas por pausas. Durante esta segunda fase, la tension Vbat aumenta y supera la tension objetivo V0, durante cada operacion de carga, y despues disminuye durante cada pausa volviendo a pasar por debajo de la tension objetivo V0. La carga se detiene en cuanto la tension de la batena reducida tras una pausa permanece superior a la tension objetivo V0. En la descripcion anterior, el estado de carga objetivo es del 70%. El estado de carga objetivo de la batena puede estar comprendido entre el 30% y el 85%, mas ventajosamente entre el 50% y el 80%, mas ventajosamente entre el 65% y el 75%.
La invencion puede aplicarse a cualquier tipo de fuente de alimentacion. Encuentra una aplicacion interesante para una fuente de alimentacion de corriente variable pero tambien puede aplicarse a una fuente de alimentacion de corriente fija.
La fuente de alimentacion no se limita a un modulo fotovoltaico. Puede usarse cualquier otra fuente de energfa renovable y estar adaptado para generar una corriente electrica de carga a partir de esta fuente de energfa renovable.
En la descripcion anterior, la batena 1 esta destinada a cargar el motor 4 de accionamiento de un elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla. La invencion puede aplicarse a cualquier otro elemento que
va a alimentarse con energfa electrica con la ayuda de la batena 1, por ejemplo un parqmmetro, una farola u otro mobiliario urbano, o incluso un motor de puerta o de ventana. Por tanto, la invencion tambien se refiere a un sistema que comprende un elemento que va a alimentarse con energfa electrica, una batena de acumuladores electroqmmicos, concretamente una batena de litio, destinada a cargarse mediante conexion a una fuente de alimentacion externa y a alimentar con energfa electrica este elemento, y un dispositivo de regulacion de la carga de la batena tal como se describio anteriormente. Ademas, la presente invencion puede aplicarse a cualquier tipo de batena, concretamente a las batenas de litio tales como las batenas de ion de litio, pero tambien a las batenas de plomo, NiMH.
Claims (15)
1. Procedimiento de carga de una batena de acumuladores electroqmmicos (1), concretamente una batena de litio, con la ayuda de una fuente de alimentacion (2), que comprende:
una etapa (E13) de carga de la batena (1) mediante conexion a la fuente de alimentacion (2) durante un intervalo de tiempo fijado de duracion superior o igual a 1 minuto;
al final de dicho intervalo de tiempo, una primera etapa (E15) de medicion de una tension (Vbat) de la batena (1) que esta cargandose;
una primera prueba (E16) que permite detectar si la tension medida (Vbat) de la batena (1) que esta cargandose durante la primera etapa de medicion es igual o superior a una tension objetivo (V0) que es igual a una tension en circuito abierto de la batena a un estado de carga objetivo deseado (SOC0); si la primera prueba es negativa, la reanudacion del procedimiento de carga a partir de la etapa de carga (E13);
si la primera prueba es positiva, una etapa de pausa (E17), que tiene una duracion predefinida (dpausa), durante la cual se desconecta la batena (1) de la fuente de alimentacion (2) y esta en reposo;
una segunda etapa (E18) de medicion de la tension (Vbat) de la batena (1) al final de la pausa;
una segunda prueba (E19) que consiste en verificar si la tension (Vbat) de la batena (1) medida al final de la pausa satisface un criterio de fin de carga con respecto a la tension objetivo;
si la segunda prueba (E19) es positiva, la detencion del procedimiento de carga (E20); y
si la segunda prueba (E7; E19) es negativa, la reanudacion del procedimiento de carga a partir de la etapa de carga (E13),
en el que la etapa de pausa comprende:
una primera pausa (E170), seguida de una etapa de medicion (E171) de la tension de la batena (Vbat) y de una etapa de prueba intermedia (E172) para verificar si la tension medida tras la primera pausa es superior o igual a la tension objetivo, y
una segunda pausa (E173) puesta en practica unicamente si la prueba intermedia es positiva, y en el que la duracion de la primera pausa es inferior a la duracion de la segunda pausa.
2. Procedimiento segun la reivindicacion 1, en el que, si la prueba intermedia (E172) es negativa, se repite la etapa de carga (E13) directamente tras la primera pausa (E170).
3. Procedimiento segun la reivindicacion 1 o 2, en el que la duracion de la primera pausa (E170) es inferior o igual a 2 minutos, mas ventajosamente inferior o igual a 1 minuto.
4. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el estado de carga objetivo de la batena esta comprendido entre el 30% y el 85%, ventajosamente entre el 50% y el 80%, mas ventajosamente entre el 65% y el 75%.
5. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende ademas una etapa previa de configuracion durante la cual se determinan datos de correlacion entre el estado de carga de la batena y la tension en circuito abierto de la batena.
6. Procedimiento de carga segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la fuente de alimentacion (2) esta dispuesta para suministrar una corriente variable.
7. Procedimiento segun la reivindicacion 6, en el que la fuente de alimentacion (2) esta dispuesta para generar una corriente electrica de carga a partir de una fuente de energfa renovable.
8. Procedimiento segun la reivindicacion 7, en el que la fuente de alimentacion (2) comprende un modulo fotovoltaico.
9. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que la duracion (dpausa) de la etapa de pausa (E17) es superior a tres minutos, ventajosamente igual o superior a cinco minutos.
10. Procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que la duracion (dpausa) de la etapa de pausa (E17) es inferior o igual a 20 minutos, preferiblemente inferior o igual a 15 minutes y mas ventajosamente inferior o igual a 10 minutos.
11. Dispositivo (100) de regulacion de la carga de una batena de acumuladores electroqmmicos (1), concretamente una batena de litio, con la ayuda de una fuente de alimentacion (2), destinado a cargar dicha batena hasta un estado de carga objetivo predefinido, que comprende:
un elemento (5) regulable de conexion y de desconexion de la batena a la fuente de alimentacion (2); un sensor (6) de medicion de la tension de la batena (1);
un modulo de prueba (7) de la tension medida conectado a una memoria de almacenamiento de una tension objetivo igual a la tension en circuito abierto de la batena (1) a un estado de carga objetivo deseado;
un modulo de control (9) destinado a controlar el elemento regulable de conexion y de desconexion, el sensor de medicion de la tension y el modulo de prueba, estando el modulo de control configurado para poner en practica un procedimiento segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Sistema que comprende un elemento que va a alimentarse con energfa electrica, una batena de acumuladores electroqmmicos, concretamente una batena de litio, destinada a cargarse mediante conexion a una fuente de alimentacion externa y a alimentar con energfa electrica dicho elemento, y un dispositivo de regulacion de la carga de la batena segun la reivindicacion 11.
13. Sistema segun la reivindicacion 12, en el que el elemento que va a alimentarse con energfa electrica es un motor de accionamiento de un elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla.
14. Instalacion que comprende un elemento movil de cierre, de ocultacion, de proteccion solar o de pantalla y el sistema segun la reivindicacion 13.
15. Instalacion segun la reivindicacion 14, que comprende una fuente de alimentacion dispuesta para generar una corriente electrica de carga a partir de una fuente de energfa renovable, concretamente un modulo fotovoltaico.
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