ES2952024T3 - Detección de defectos a tierra de una batería de UPS - Google Patents
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Abstract
La presente invención proporciona un método para detectar una falla a tierra (60) en una batería (22) de un suministro de energía ininterrumpida (10, 40), la batería (22) comprende al menos una cadena (26) con múltiples celdas de batería, la método que comprende los pasos de definir múltiples bloques de batería individuales (28) de celdas de batería a lo largo de al menos una cadena (26), realizar una medición de impedancia de referencia para los múltiples bloques de batería individuales (28) en un primer momento, realizar una verificación medición de impedancia para los múltiples bloques de baterías individuales (28) en un segundo momento, evaluando un cambio de impedancia medida entre la impedancia de referencia y la impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales (28) de al menos una cadena (26) e identificar una falla a tierra (60) basándose en un cambio correlacionado de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales (28) a lo largo de al menos una cadena (26). La presente invención también proporciona un sistema de gestión de batería (36) para gestionar una batería (22) de un suministro de energía ininterrumpida (10, 40), que está adaptado para realizar el método anterior. La presente invención proporciona además un dispositivo UPS (10) y un sistema UPS (40), cada uno de los cuales comprende un sistema de gestión de batería (36) anterior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Detección de defectos a tierra de una batería de UPS
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para detectar un defecto a tierra en una batería de un sistema de alimentación ininterrumpida, la batería comprende al menos una cadena con múltiples elementos de batería.
La presente invención también se refiere a un sistema de gestión de baterías para gestionar una batería de un sistema de alimentación ininterrumpida, comprendiendo la batería al menos una cadena con múltiples elementos de batería, en el que el sistema de gestión de baterías está adaptado para realizar el método anterior.
La presente invención se refiere además a un dispositivo de UPS que comprende un enlace de CC central, una unidad de convertidor de CA/CC del lado de fuente de alimentación, una unidad de convertidor de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y una unidad de convertidor de salida del lado de carga, en el que todas las unidades de convertidor están conectadas al enlace de CC, y el convertidor de CC/CC está conectado a una batería en su lado de fuente de alimentación, en donde el dispositivo de UPS comprende un sistema de gestión de baterías como se ha especificado anteriormente.
La presente invención se refiere aún más a un sistema de UPS que comprende múltiples dispositivos de UPS, comprendiendo cada dispositivo de UPS un enlace de CC central, una unidad de convertidor de CA/CC del lado de fuente de alimentación, una unidad de convertidor de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y una unidad de convertidor de salida del lado de carga, en el que todas las unidades de convertidor están conectadas al enlace de CC, y los convertidores de CC/CC de los múltiples dispositivos de UPS están conectados a una batería en su lado de fuente de alimentación, en donde el sistema de UPS comprende un sistema de gestión de baterías como se ha especificado anteriormente.
Antecedentes de la técnica
Sistemas de alimentación ininterrumpida (UPS) se conocen en diferentes configuraciones. Tienen en común que están conectados a una fuente de alimentación, con frecuencia a una red eléctrica de CC, como fuente de alimentación primaria, que suministra energía a través del UPS a una carga. Dependiendo del tipo de carga, el UPS puede suministrar energía de CA o CC a la carga a través del convertidor de salida. Por ello, el convertidor de salida puede ser proporcionado como un convertidor de CC/CA o un convertidor de CC/CC.
Por otra parte, los UPS disponen normalmente de una fuente de alimentación de CC interna o externa como fuente de alimentación secundaria, que suministra energía a través del UPS a la carga en caso de un fallo de la fuente de alimentación primaria. Los expertos en la materia conocen diferentes tipos de fallos. La fuente de alimentación de CC se proporciona normalmente como batería, que comprende al menos una, con frecuencia múltiples, cadenas de múltiples elementos de batería individuales cada una. Las múltiples cadenas están conectadas en paralelo entre sí dentro de la batería, y los elementos individuales de batería están conectados en serie dentro de cada una de las múltiples cadenas.
Los UPS comprenden dispositivos de sistema de alimentación ininterrumpida, que se proporcionan normalmente como un módulo para su uso en paralelo, así como sistemas UPS, que comprenden múltiples dispositivos de sistema de alimentación ininterrumpida, que normalmente están conectados en paralelo. Por consiguiente, los dispositivos de UPS pueden tener una batería como fuente de CC o estar conectados a una batería externa. Dependiendo de la conexión a una o más baterías, se puede realizar una gestión de baterías a nivel del dispositivo de UPS o del sistema de UPS. Tanto los dispositivos de UPS como los sistemas UPS se tratan en este caso habitualmente como UPS para facilitar la lectura posterior.
Los defectos a tierra en la batería se manifiestan cuando se proporciona una trayectoria conductora no deseada a tierra. El defecto a tierra puede producirse en cualquier ubicación de la batería, es decir, entre los elementos individuales de batería o en cada uno de ellos. Existen varias técnicas para detectar un defecto a tierra. Los sistemas existentes se basan en una medición o evaluación directa de la impedancia de defectos a tierra. Sin embargo, estas técnicas están limitadas a determinados tipos de UPS y no permiten localizar el defecto a tierra.
Los enfoques más habituales para detectar un defecto a tierra comprenden un circuito en puente y una totalización de detección de CC.
El circuito en puente se refiere a una forma tradicional de detectar un defecto a tierra. Para consiguiente, se considera una cadena con un punto intermedio con puesta a tierra. Se proporcionan dos resistencias iguales en serie entre las cadenas de terminales positivo y negativo, formando así el circuito en puente actual. En caso de que no haya defecto a tierra, la magnitud de tensión de los terminales positivo y negativo es igual, y la tensión del punto intermedio del puente es cero. En caso de que no haya defecto a tierra las magnitudes de tensión de los terminales positivo y
negativo son diferentes, y la tensión del punto intermedio del puente es distinta de cero. El circuito en puente se utiliza ampliamente con configuraciones de UPS que tienen una entrada aislada. Sin embargo, no es aplicable a UPS que tienen entradas no aisladas.
La totalización de detección de corriente se refiere a otra forma tradicional de detectar defectos a tierra. La idea que subyace a la totalización de detección de corriente es medir una corriente tanto en una pata negativa como en una positiva de una cadena. Si no hay defectos a tierra en las patas, las corrientes medidas suman cero. Se conocen diferentes circuitos magnéticos, a veces denominados sensores de corriente residual, que realizan esta totalización de forma barata y fiable. El enfoque de totalización de detección de corriente se utiliza ampliamente con UPS que tienen una configuración no aislada.
Una forma más de detección de defectos a tierra se conoce como inyección de señal de CA. Según la inyección de señal de CA, algunos fabricantes de UPS proponen no conectar directamente un punto intermedio de la batería a tierra, sino insertar una tensión de CA de baja tensión entre el punto intermedio de la batería y la tierra. La fuente de CA no afecta al funcionamiento del UPS, pero un defecto a tierra creará un flujo de corriente de CA a través de la batería. Para medir esta corriente puede utilizarse un simple sensor de corriente de CA, por ejemplo, una bobina Rogowski u otras. Dado que los sensores de corriente de CA pueden ser insensibles a las corrientes de CC o tensiones de CC, este enfoque alivia los problemas al realizar la totalización de detección de corriente.
El documento US 2014/301000 A1 describe que un primer conjunto de baterías comprende un módulo de baterías que incluye una pluralidad de elementos de batería conectados en serie entre un terminal positivo y un terminal negativo, resistencias de defectos a tierra cada una de las cuales aparece entre un punto de puesta a tierra y un punto de conexión interbatería entre las adyacentes de los elementos de batería y una unidad de refuerzo que se proporciona al terminal positivo y emite un potencial eléctrico reforzado adquirido mediante el refuerzo de un alto potencial eléctrico del módulo de baterías.
En todos los casos anteriores, la localización del defecto a tierra no puede determinarse con exactitud. De manera adicional, el circuito en puente tiene la desventaja de que los defectos a tierra cercanos al punto intermedio de la cadena son difíciles de detectar. El circuito de totalización de corriente adolece del problema de que es difícilmente aplicable a UPS de gran potencia, ya que el sensor de corriente requerido entonces no es lo suficientemente sensible para defectos a tierra con fuga mínima.
Divulgación de la invención
Un objeto de la presente invención es proporcionar un método para detectar un defecto a tierra en una batería de un sistema de alimentación ininterrumpida, un sistema de gestión de baterías para llevar a cabo el método anterior, un dispositivo de UPS, y un sistema de UPS que comprende múltiples dispositivos de UPS del tipo antes mencionado, que permiten una detección fiable de defectos a tierra de una manera sencilla. Un objeto adicional de la presente invención es permitir una localización fiable de defectos a tierra de forma sencilla.
Este objeto se consigue mediante las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas se dan en las reivindicaciones dependientes.
En particular, la presente invención proporciona un método para detectar un defecto a tierra en una batería de un sistema de alimentación ininterrumpida, la batería comprende al menos una cadena con múltiples elementos de batería, comprendiendo el método las etapas de definir múltiples bloques de baterías individuales de elementos de batería a lo largo de la al menos una cadena, realizar una medición de impedancia de referencia para los múltiples bloques de baterías individuales en un primer punto de tiempo, realizar una medición de impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales en un segundo punto de tiempo, evaluar un cambio de impedancia medida entre la impedancia de referencia y la impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales de la al menos una cadena, e identificar un defecto a tierra en función de un cambio correlacionado de impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena.
La presente invención también proporciona un sistema de gestión de baterías para gestionar una batería de un sistema de alimentación ininterrumpida, comprendiendo la batería al menos una cadena con múltiples elementos de batería, en el que el sistema de gestión de baterías está adaptado para realizar el método anterior.
La presente invención proporciona además un dispositivo de UPS que comprende un enlace de CC central, una unidad de convertidor de CA/CC del lado de fuente de alimentación, una unidad de convertidor de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y una unidad de convertidor de salida del lado de carga, en el que todas las unidades de convertidor están conectadas al enlace de CC, y el convertidor de CC/CC está conectado a una batería en su lado de fuente de alimentación, en donde el dispositivo de UPS comprende un sistema de gestión de baterías como se ha especificado anteriormente.
La presente invención proporciona además aún un sistema de UPS que comprende múltiples dispositivos de UPS, comprendiendo cada dispositivo de UPS un enlace de CC central una unidad de convertidor de CA/CC del lado de
fuente de alimentación, una unidad de convertidor de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y una unidad de convertidor de salida del lado de carga, en el que todas las unidades de convertidor están conectadas al enlace de CC, y los convertidores de CC/CC de los múltiples dispositivos de UPS están conectados a una batería en su lado de fuente de alimentación, en donde el sistema de UPS comprende un sistema de gestión de baterías como se ha especificado anteriormente.
La idea básica de la invención es utilizar medios sencillos, preferentemente ya existentes, para determinar la impedancia de los bloques de baterías individuales. Basándose en un número determinado de bloques de baterías individuales, un análisis estocástico proporciona una indicación de si existe o no un defecto a tierra. El análisis estocástico se realiza evaluando un cambio correlacionado de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena. Por ello, en función del número de bloques de baterías individuales para los que se mide la impedancia individualmente, el análisis proporciona como resultado una indicación de la aparición de un defecto a tierra. El defecto a tierra puede determinarse, por ejemplo, utilizando un sistema de gestión de baterías (BMS) habitual, que normalmente permite medir la impedancia de los bloques de baterías individuales.
El defecto a tierra se refiere a una conexión de cualquier punto de la cadena de elementos de batería a tierra, por ejemplo, en función de un cortocircuito de fuga de batería a tierra. Por ello, una corriente de cadena a través de la cadena de elementos de batería comprende una fracción, que se desvía a tierra en la ubicación del defecto a tierra. En consecuencia, toda la corriente de cadena pasa a través de bloques de baterías individuales antes de que se alcance el defecto a tierra. Debido al defecto a tierra, una parte de la corriente de cadena a través de la cadena de bloques de baterías se desvía a tierra, la parte restante de la corriente de cadena pasa a través de los bloques de baterías individuales restantes. Por lo tanto, al asumir la misma corriente de cadena a través de todos los bloques de baterías individuales, la impedancia medida cambia. Sin embargo, la impedancia de hecho no ha cambiado a causa del defecto a tierra, sino simplemente por el principio de medición, que supone que toda la corriente de cadena pasa a través de todos los bloques de baterías individuales dentro de una cadena. Al realizar mediciones de corriente individuales, sería relativamente fácil identificar la ubicación de un defecto a tierra. Sin embargo, estas mediciones de corriente son bastante complejas y caras, por lo que la suposición de que la corriente de cadena es la misma para todos proporciona una forma sencilla y barata de determinar la aparición y, preferentemente, la ubicación del defecto a tierra.
La definición de múltiples bloques de baterías individuales de elementos de batería a lo largo de la al menos una cadena se refiere a una definición de unidades, para las que se puede realizar una medición de impedancia individual. Normalmente, no existe ninguna diferencia técnica entre los bloques de baterías individuales. Preferentemente, cada bloque de baterías individual comprende el mismo número de elementos de batería, de modo que cada bloque de baterías individual tiene esencialmente la misma impedancia o al menos una impedancia similar. Esto facilita la evaluación del cambio correlacionado de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales.
Se conocen diferentes técnicas para realizar mediciones de impedancia, algunas de las cuales se analizarán con más detalle a continuación. La base general para la medición de la impedancia es la medición de una combinación de corriente y tensión para cada bloque de baterías individual. Muchos de los métodos existentes para medir la impedancia de los bloques de baterías requieren que la batería esté en uso, lo que puede añadir errores a las mediciones de impedancia debido a las condiciones de funcionamiento, que son difíciles de predecir.
Cuando la batería comprende más de una cadena paralela de elementos de batería, las mediciones tienen que realizarse individualmente para los bloques de baterías individuales de cada cadena. Por ende, los defectos a tierra pueden detectarse y localizarse para cada cadena individualmente.
La identificación de un defecto a tierra en función de un cambio correlacionado de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena depende del hecho de que las impedancias medidas de la batería cambien en un patrón reconocible en presencia de un defecto a tierra. Cuando se considera un defecto a tierra a lo largo de la cadena de elementos de batería, un número de N bloques de baterías individuales está situado a un lado del defecto a tierra, y un número de M bloques de baterías individuales está situado al otro lado del defecto a tierra, en el que la corriente a través de N bloques de baterías individuales es esencialmente idéntica, y la corriente a través de M bloques de baterías individuales es también esencialmente idéntica. La corriente a través de los respectivos grupos de bloques de baterías sólo difiere en una corriente de tierra en caso de un defecto a tierra. Cuando se produce un defecto a tierra, la impedancia medida de los M o N bloques de baterías individuales cambia, lo que indica la aparición de un defecto a tierra. Si no se detecta ningún cambio estadísticamente significativo de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena, no hay defecto a tierra.
Sin embargo, ya un cambio de una impedancia medida general de la batería o de una cadena de la batería indica la presencia de un defecto a tierra.
La batería puede ser parte integral del dispositivo de sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) o del sistema de alimentación ininterrumpida (UPS), o la batería puede ser un componente independiente que funciona a través del dispositivo de UPS o del sistema de UPS.
El sistema de gestión de baterías forma normalmente parte del dispositivo de UPS o del sistema de UPS. Sin embargo, el BMS también puede ser un dispositivo independiente. Preferentemente, el BMS forma parte del dispositivo de UPS o del sistema de UPS, de modo que puede interactuar con el dispositivo de UPS o el sistema de UPS, por ejemplo, al realizar las mediciones de impedancia de los bloques de baterías individuales.
El BMS se proporciona normalmente para supervisar diversos parámetros de la batería, que se hace con frecuencia por las mediciones de la tensión y de la corriente de los bloques de baterías individuales. Por ello, según la presente invención, la funcionalidad ya disponible en el BMS se puede utilizar para detectar defectos a tierra en la batería. En particular, puede detectarse un cambio en la impedancia medida de un grupo de bloques de baterías individuales como indicación de la presencia de un defecto a tierra. Por lo tanto, el método propuesto mejora la funcionalidad del BMS con la detección de defectos a tierra. Por otra parte, el BMS puede controlar un dispositivo de UPS o un sistema de UPS existente para crear una corriente a través de la batería, como se explica más adelante en detalle.
La carga puede ser cualquier tipo de carga. Por ejemplo, puede ser una carga de CC o una carga de CA. Por ello, el convertidor de salida puede proporcionarse como un convertidor de CC/CA o como un convertidor de CC/CC, dependiendo de los requisitos de la carga.
Según una realización modificada de la invención, la etapa de definir múltiples bloques de baterías individuales de elementos de batería a lo largo de la al menos una cadena comprende definir cada uno de los múltiples bloques de baterías individuales que comprenden pocos elementos de batería individuales, preferentemente un elemento de batería. Con un número dado de elementos de batería, cuanto menor sea el número de elementos de batería en cada bloque de baterías individual, mayor será el número de bloques de baterías individuales. En consecuencia, el número de impedancias medidas es mayor. Dado que la detección del defecto a tierra se basa en un enfoque estocástico, al aumentar el número de mediciones aumenta el número de muestras, aumentando así la fiabilidad en la detección de la aparición del defecto a tierra. Preferentemente, pocos elementos de batería se refieren a no más de cinco elementos de batería, más preferentemente a no más de tres elementos de batería, y aún más preferentemente a no más de dos elementos de batería.
Según una realización modificada de la invención, las etapas de realizar una medición de impedancia de referencia y realizar una medición de impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales comprenden cada uno generar al menos un impulso de corriente a través de la batería, medir una tensión a través de cada uno de los múltiples bloques de baterías individuales como respuesta a el al menos un impulso de corriente, medir una corriente a través de los múltiples bloques de baterías individuales como respuesta a el al menos un impulso de corriente, y determinar la impedancia de cada bloque de baterías individual en función de la tensión y de la corriente medidas a través del bloque de baterías individual como respuesta a el al menos un impulso de corriente. Preferentemente, el BMS crea al menos un impulso a través de la batería. Más preferentemente, el BMS crea el al menos un impulso utilizando el dispositivo de UPS o el sistema de UPS. Por consiguiente, las mediciones de la impedancia pueden realizarse independientemente del uso de la batería. Dado que las mediciones pueden realizarse utilizando el dispositivo de UPS existente, el sistema de UPS existente y/o el BMS existente, no se requieren modificaciones de hardware. Durante y después del al menos un impulso de corriente, la tensión y la corriente a través de cada bloque de baterías individual pueden determinarse como base para determinar las impedancias de los bloques de baterías individuales. No es necesario que los impulsos de corriente sean cuadrados, sino que pueden tener cualquier forma adecuada, siempre que su contenido de frecuencia sea rico, por ejemplo, señales sinusoidales puras, onda cuadrada, PRBS, ruido blanco u otros. La corriente de impulso de la corriente de impulso debe ser lo suficientemente grande para producir una caída de tensión bien medible. Por ejemplo, una batería con una impedancia de 10 mQ requiere una corriente de unos pocos amperios para producir un cambio de tensión del orden de decenas de mV. De manera adicional, la corriente de impulso y la duración del impulso deberán ser lo suficientemente pequeñas como para no aumentar la temperatura de la batería en más de una fracción de Kelvin. Normalmente, se puede utilizar una corriente de impulso de 5-10 A para supervisar la impedancia de la batería, cuando la batería tiene una impedancia del orden de decenas de miliohmios. La duración del impulso de corriente es preferentemente del orden de cientos de milisegundos. Por un lado, debe ser lo más corta posible para no modificar un estado de carga de la batería. Por otro lado, el impulso debe ser lo suficientemente largo como para capturar efectos transitorios lentos de interés para determinar el al menos un parámetro de batería, es decir, la impedancia de los bloques de baterías individuales. El flanco ascendente y el flanco descendente del impulso de corriente deben ser agudos para tener un contenido de frecuencia suficientemente rico, por ejemplo, de hasta unos cientos de hercios. En general, el ancho de banda de una señal en escalón viene dado por 0,35/RT, donde RT es el tiempo de elevación del flanco. Por consiguiente, un ancho de banda de, por ejemplo, 300 Hz requiere un tiempo de elevación inferior a 1 ms. Una relación corriente-tensión con un rico contenido de frecuencia permite determinar de forma fiable la impedancia de los múltiples bloques de baterías individuales. En principio, la corriente de cada bloque de baterías podría medirse individualmente, lo que, sin embargo, resulta muy caro.
Según una realización modificada de la invención, la etapa de generar al menos un impulso de corriente a través de la batería comprende generar al menos un impulso de carga y/o al menos un impulso de descarga. Cada tipo de impulso de corriente puede utilizarse para determinar el al menos un parámetro de batería. La corriente de carga así como la corriente de descarga proporcionan un comportamiento característico específico de la batería.
Según una realización modificada de la invención, la etapa de generar al menos un impulso de corriente a través de la batería comprende generar un tren de impulsos de corriente. El tren de impulsos de corriente comprende una secuencia de múltiples impulsos, que pueden ser impulsos diferentes o idénticos. Por ejemplo, el tren de impulsos puede comprender impulsos alternos de descarga y carga, de modo que la suma de la transferencia de energía entre la batería y el convertidor de CC/CC es esencialmente cero. El tren de impulsos de corriente comprende normalmente una pausa entre dos impulsos subsiguientes, donde no fluye corriente a través de la batería. Las pausas entre los diferentes impulsos pueden tener diferentes longitudes, dependiendo de los efectos que se quieran conseguir. Por ejemplo, un efecto denominado "coup de fouet" se refiere a un fenómeno asociado con la caída de tensión al principio de la descarga de una batería, en particular, de una batería de plomo-ácido. Por ejemplo, al determinar la impedancia de la batería, el "coup de fouet" puede dar lugar a mediciones erróneas. Para superar este problema, se pueden generar varios impulsos subsiguientes para excitar químicamente la batería y eliminar efectos como el "coup de fouet". Las mediciones se inician preferentemente después de eliminar este efecto. Por otra parte, cuantos más impulsos se midan, más información estará disponible para determinar la impedancia de los bloques de baterías individuales. Dado que el tren de múltiples impulsos de corriente puede provocar una descarga significativa o un aumento de la temperatura de la batería, las pausas deben elegirse para ser suficientemente largas con el fin de reducir el impacto de tales efectos. La descarga de la batería se limita preferentemente a una fracción de puntos porcentuales, y el cambio de temperatura se limita preferentemente a una fracción de Kelvin. Se prefiere además que, con el fin de evitar la falsificación de los resultados de la medición, la batería no sea utilizada por el UPS durante el tren de impulsos.
Según una realización modificada de la invención, el método comprende verificar una validez de la medición de impedancia de referencia en función de un periodo de tiempo transcurrido entre la medición de impedancia de referencia y la medición de impedancia de verificación, y realizar una medición de impedancia de referencia adicional cuando el periodo de tiempo transcurrido supere un límite de tiempo dado. Los parámetros de la batería suelen cambiar con el tiempo. Lo mismo se aplica para la impedancia. Por consiguiente, incluso sin la aparición de un defecto a tierra, la impedancia de algunos, múltiples o todos los bloques de baterías individuales puede cambiar con el tiempo. Por ende, un cambio de impedancia debido a la aparición de un defecto a tierra puede detectarse con mayor fiabilidad si la impedancia de referencia se ha medido poco antes de realizar la medición de la impedancia de verificación. Se ha demostrado que es adecuado un límite de tiempo de hasta varios meses, preferentemente menos de seis meses o, aún más preferentemente, menos de tres meses. Dado que los parámetros de la batería pueden cambiar, por ejemplo, en función de la temperatura, el estado de carga u otros factores, es preferible que las mediciones de la impedancia de verificación y la impedancia de referencia se realicen en las mismas condiciones, o al menos en condiciones similares, como se define, por ejemplo, por los parámetros anteriores. Sin embargo, puesto que esto puede ser difícil, cuando estos parámetros se supervisan junto con las mediciones de la impedancia de verificación y la impedancia de referencia, la comparación de la impedancia de verificación y la impedancia de referencia medidas puede realizarse teniendo en cuenta estos parámetros. Por ejemplo, se puede realizar una corrección de la impedancia de verificación y/o de la impedancia de referencia medidas en función de estos parámetros.
Según una realización modificada de la invención, la etapa de identificar un defecto a tierra en función de un cambio correlacionado de la impedancia medida de los bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena comprende una etapa de localizar una posición del defecto a tierra identificando una secuencia de bloques de baterías individuales con un cambio correlacionado de la impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena. La secuencia de bloques de baterías individuales a lo largo de al menos una cadena se refiere a una secuencia de bloques de baterías individuales subsiguientes. Un grupo de bloques de baterías individuales que presenta variaciones correlacionadas de los parámetros eléctricos, es decir, una variación de la impedancia, está vinculado a la localización del defecto.
Según una realización modificada de la invención, la etapa de identificar una secuencia de bloques de baterías individuales con un cambio correlacionado de la impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena comprende determinar un cambio de la impedancia medida individualmente para cada bloque de baterías individual. Dado que los bloques de baterías individuales normalmente tienen una impedancia ligeramente diferente, la precisión de la detección de un defecto a tierra puede aumentarse evaluando un cambio individual de la impedancia para cada bloque de baterías individual. Puesto que se supone que esencialmente la misma corriente fluye a través de todos los bloques de baterías individuales, el cambio de impedancia medida se supone que está en un intervalo similar.
Según una realización modificada de la invención, la etapa de identificar una secuencia de bloques de baterías individuales con un cambio correlacionado de la impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales a lo largo de la al menos una cadena comprende realizar un algoritmo de detección de cambios o un algoritmo de segmentación de señales. Tales algoritmos pueden utilizarse eficazmente cuando se divide una señal en dos intervalos contiguos, cada uno con amplitud constante. Los intervalos se refieren a un conjunto de bloques de baterías individuales subsiguientes antes de la localización de un defecto a tierra y a un conjunto de bloques de
baterías individuales subsiguientes más alejados de la localización del defecto a tierra. Asimismo, existen otros algoritmos de detección de cambios que pueden utilizarse. Como ya se ha indicado, si no se encuentra un cambio estadísticamente significativo en la impedancia de los bloques de baterías individuales, no hay defecto a tierra. Si se puede encontrar un cambio significativo, o una segmentación, existe la indicación de un defecto a tierra y la localización del cambio en la impedancia a través de la cadena de bloques de baterías individuales indica una localización del defecto.
Breve descripción de los dibujos
Estos y otros aspectos y ejemplos de la invención se harán evidentes a partir de y se dilucidarán con referencia a las realizaciones descritas a continuación.
En los dibujos:
La Fig. 1
muestra una vista esquemática de un dispositivo de sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) de doble conversión con derivación según una primera realización preferida de la presente invención, junto con un sistema de gestión de baterías conectado al mismo,
La Fig. 2
muestra una vista esquemática de un sistema de UPS según una segunda realización de la presente invención con múltiples dispositivos de UPS de la primera realización conectados en paralelo junto con un sistema de gestión de baterías conectado al mismo,
La Fig. 3
muestra un diagrama de circuito equivalente de una cadena de la batería de la primera o segunda realización con múltiples bloques de baterías individuales sin un defecto a tierra,
La Fig. 4
muestra un diagrama de circuito equivalente de la cadena de la batería de la primera o segunda realización con múltiples bloques de baterías individuales, como se muestra en la Fig. 3, con un defecto a tierra, y La Fig. 5
muestra un diagrama de flujo de un método para supervisar una batería conectada a un dispositivo de UPS de la primera realización según una quinta realización de la presente invención.
Descripción detallada de la invención
La Fig. 1 muestra un dispositivo de sistema de alimentación ininterrumpida (UPS) 10 según una primera realización preferida de la presente invención. El dispositivo de UPS 10 es un dispositivo de UPS 10 de doble conversión. El dispositivo de UPS 10 también puede denominarse simplemente como UPS 10.
El dispositivo de UPS 10 de la primera realización comprende un enlace de CC central 12, un convertidor 14 de CA/CC del lado de fuente de alimentación, un convertidor 16 de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y un convertidor 18 de salida del lado de carga, que es un convertidor de CC/CA 18 en esta realización. Todos los convertidores 14, 16, 18 están conectados al enlace de CC 12. Aunque el convertidor de CA/CC 14 y el convertidor de CC/CC 16 están conectados a diferentes tipos de fuentes de alimentación, en este caso se considera que ambos están conectados a un lado de la fuente de alimentación del dispositivo de UPS 10. El enlace de CC 12 comprende además condensadores de almacenamiento 13, uno de los cuales se muestra a modo de ejemplo en la Fig. 1. El convertidor de CA/CC 14 está conectado a una fuente de alimentación de CA 20, y el convertidor de CC/CC 16 está conectado a una batería 22. El convertidor de salida 18 está conectado a una carga 24. La carga 24 puede ser cualquier tipo adecuado de carga 24. Por ejemplo, puede ser una carga de CC o una carga de CA. Por ello, el convertidor de salida 18 puede proporcionarse como un convertidor de CC/CA o como un convertidor de CC/CC, dependiendo de los requisitos de la carga 24. La batería 22 comprende múltiples cadenas 26, que se proporcionan en paralelo dentro de la batería 22. Cada una de las cadenas 26 comprende múltiples bloques de baterías individuales 28, que están conectados en serie en cada cadena 26. Según la primera realización, cada bloque de baterías individual 28 comprende un elemento de batería. Por lo tanto, cada uno de los bloques de baterías individuales 28 tiene el mismo número de elementos de batería. Las cadenas 26 paralelas tienen la misma configuración con el mismo número de bloques de baterías individuales 28. La configuración de una cadena 26 de la batería 22 puede observarse, por ejemplo, en las Fig. 3 y 4. En una realización alternativa, cada bloque de baterías individual 28 comprende el mismo número de múltiples elementos de batería.
La batería 22 puede ser parte integral del dispositivo de UPS 10, o la batería 22 puede ser un componente independiente, que funciona a través del dispositivo de UPS 10.
El dispositivo de UPS 10 de la primera realización comprende además una derivación 30 con un conmutador de derivación 32, que se proporciona en esta realización como un rectificador controlado por silicio, también denominado scr. La derivación 30 proporciona una conexión entre la fuente de alimentación de CA 20 y la carga 24, que se proporciona en paralelo al convertidor de CA/CC 14, el enlace de CC 12 y el convertidor de salida 18.
El dispositivo de UPS 10 de la primera realización también comprende un controlador 34, que controla el funcionamiento de todos los componentes controlables del dispositivo de UPS 10, es decir, el convertidor de CA/CC 14, el convertidor de CC/CC 16, el convertidor de salida 18, el conmutador de derivación 32. Por otra parte, el controlador 34 recibe los resultados de las mediciones de corriente y/o tensión realizadas por el convertidor de CC/CC 16.
El dispositivo de UPS 10 de la primera realización comprende además un sistema de gestión de baterías (BMS) 36. El BMS 36 forma parte del dispositivo de UPS 10. Sin embargo, en una realización alternativa, el BMS 36 es un dispositivo independiente. Dado que el BMS 36 forma parte del dispositivo de UPS 10, puede interactuar con el dispositivo de UPS 10, por ejemplo, al realizar las mediciones de impedancia de los bloques de baterías individuales 28. El BMS 36 se proporciona para supervisar diferentes parámetros de la batería 22, lo que se realiza mediante mediciones de tensión y corriente de los bloques de baterías individuales 28, como se explica más adelante con más detalle.
En la Fig. 1 no se muestran otros componentes del dispositivo de UPS 10 que no son esenciales para comprender la presente invención. Sin embargo, un experto en la materia sabe cómo implementar dichos componentes según sea necesario.
En la Fig. 2 puede observarse un sistema de UPS 40 según una segunda realización. El sistema de UPS 40 comprende múltiples dispositivos de UPS 10, que están conectados en paralelo. En esta realización, los dispositivos de UPS 10 son dispositivos de UPS 10 de la primera realización. En una realización alternativa, el sistema de UPS 40 comprende cualquier otro tipo de dispositivos de UPS 10 adecuados. El sistema de UPS 40 también puede denominarse simplemente como UPS 40.
Como puede observarse además en la Fig. 2, el sistema de UPS 40 comprende un bus de comunicación 42, que interconecta los dispositivos de UPS 10. Por otra parte, una interfaz de usuario 44 está conectada al bus de comunicación 42. El sistema de UPS 40 comprende además un bus de fuente de alimentación de CA 46, que interconecta los convertidores de CA/CC 14 de los dispositivos de UPS 10. El bus de fuente de alimentación de CA 46 está conectado a una fuente de alimentación de CA 20. El sistema de UPS 40 comprende aún más un bus de suministro de batería de CC 48, que interconecta los convertidores de CC/CC 16 de los dispositivos de UPS 10. El bus de suministro de batería de CC 48 está conectado a la batería 22. Por consiguiente, los dispositivos de UPS 10 están conectados habitualmente a una única batería 22. El sistema de UPS 40 también comprende un bus de carga 50, que interconecta los convertidores de salida 18 de los dispositivos de UPS 10. El bus de carga 50 está conectado a una carga 24 común.
Posteriormente, se analizará un método para detectar un defecto a tierra 60 en una batería 22 del dispositivo de sistema de alimentación ininterrumpida 10 o del sistema de alimentación ininterrumpida 40 con respecto a la Fig. 5.
El método comienza con la etapa S100, que se refiere a la definición de múltiples bloques de baterías individuales 28 de elementos de batería a lo largo de cada cadena 26 de la batería 22. En esta realización, cada bloque de baterías individual 28 comprende un elemento de batería.
Según la etapa S 110, se realiza una medición de impedancia de referencia para cada uno de los múltiples bloques de baterías individuales 28 en un primer punto de tiempo. Por ello, el BMS 36 utiliza el dispositivo de UPS 10 para crear un tren de impulsos de corriente a través de cada cadena 26 de la batería 22. El tren de impulsos de corriente comprende una secuencia de múltiples impulsos, que es una secuencia de impulsos de descarga y carga diferentes o idénticos, de modo que una suma de transferencia de energía entre la batería 22 y el convertidor CC/CC 16 es casi cero. El tren de impulsos de corriente comprende una pausa o espacio entre dos impulsos subsiguientes, donde no fluye corriente a través de la batería 22. La secuencia de impulsos se genera con el fin de excitar químicamente la batería 22 y eliminar efectos como el "coup de fouet". Por "coup de fouet" se entiende un fenómeno asociado a la caída de tensión al principio de la descarga de la batería 22, en particular, de una batería de plomo-ácido.
Las mediciones de una tensión y una corriente a través de cada uno de los múltiples bloques de baterías individuales 28 se realizan como respuesta a la secuencia de impulsos de corriente después de eliminar este efecto. Las impedancias pueden observarse en la Fig. 3 para una cadena 26 de la batería 22 sin defecto a tierra 60. La impedancia de cada bloque de baterías individual 28 se determina como impedancia de referencia en función de la tensión y la corriente medidas a través de la cadena 26 de bloques de baterías individuales 28 como respuesta a los impulsos de corriente. La descarga de la batería 22 se limita a una fracción de puntos porcentuales, y el cambio de temperatura se
limita a una fracción de Kelvin. La batería 22 no es utilizada por el dispositivo de UPS 10 durante el tren de impulsos, es decir, en caso de que el dispositivo de UPS 10 necesite energía de la batería 22 durante las mediciones, las mediciones se repiten posteriormente.
Las Fig. 3 y 4 también muestran una impedancia del sistema a tierra 29 del dispositivo de UPS 10. El valor exacto de la impedancia del sistema a tierra 29 depende del tipo de aislamiento de entrada. La impedancia del sistema a tierra 29 abarca todas las trayectorias a tierra dentro del dispositivo de UPS 10 y, por lo tanto, no está bien definida. La impedancia del sistema a tierra 29 suele ser grande para la entrada aislada o pequeña para la entrada no aislada. Lo mismo ocurre en el caso de un sistema de UPS 40 respectivamente.
Los impulsos de corriente tienen cualquier forma adecuada, siempre que su contenido de frecuencia sea rico, por ejemplo, cuadrados, señales sinusoidales puras, onda cuadrada, PRBS, ruido blanco u otros. Una corriente de impulso del impulso de corriente es suficientemente grande para producir una caída de tensión bien medible. De manera adicional, la corriente de impulso y la duración del impulso son lo suficientemente pequeñas como para no aumentar la temperatura de la batería 22 en más de una fracción de Kelvin. Normalmente, se utiliza una corriente de impulso de 5-10 A para supervisar la impedancia de la batería 22, es decir, los bloques de baterías individuales 28, cuando la batería 22 tiene una impedancia del orden de decenas de miliohmios. La duración del impulso del impulso de corriente es del orden de cientos de milisegundos. Un flanco ascendente y un flanco descendente de cada impulso de corriente son lo suficientemente agudos como para tener un contenido de frecuencia suficientemente rico, por ejemplo, de hasta unos cientos de hercios. En general, el ancho de banda de una señal en escalón viene dado por 0,35/RT, donde RT es el tiempo de elevación del flanco. Por consiguiente, un ancho de banda de, por ejemplo, 300 Hz requiere un tiempo de elevación inferior a 1 ms. Junto con la medición de la impedancia de referencia, se miden y registran parámetros ambientales que incluyen, por ejemplo, una temperatura y una humedad. Por otra parte, también se realizan y registran otros parámetros que incluyen, por ejemplo, un estado de carga de la batería 22.
Según la etapa S120, se verifica una validez de la medición de impedancia de referencia en función del periodo de tiempo transcurrido entre la medición de impedancia de referencia y la medición de impedancia de verificación. En caso de que el periodo de tiempo transcurrido supere un límite de tiempo dado, que en esta realización es de tres meses, el método vuelve a la etapa S110 y se realiza otra medición de la impedancia de referencia. De lo contrario, el método continúa con la etapa S130.
Según la etapa S130, se realiza una medición de impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales 28 en un segundo punto de tiempo. La medición de las impedancias de verificación se realiza como se ha comentado anteriormente para las impedancias de referencia. Junto con la medición de la impedancia de verificación, se miden y registran parámetros ambientales que incluyen, por ejemplo, una temperatura y una humedad. Por otra parte, también se realizan y registran otros parámetros que incluyen, por ejemplo, un estado de carga de la batería 22.
Según la etapa S140, se evalúa un cambio de impedancia medida entre la impedancia de referencia y la impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales 28 de cada cadena 26. El cambio de la impedancia medida es una diferencia entre la impedancia de referencia y la impedancia de verificación para cada bloque de baterías individual 28. Dado que los parámetros de la batería pueden cambiar, por ejemplo, en función de una temperatura, un estado de carga u otros, se verifica si las mediciones de la impedancia de verificación y la impedancia de referencia se realizaron en las mismas condiciones o, al menos, en condiciones similares, como se define, por ejemplo, por los parámetros anteriores. En caso de una variación significativa de los parámetros, se realiza una corrección de la impedancia de verificación y/o de la impedancia de referencia medidas en función de estos parámetros.
Según la etapa S 150, se identifica el defecto a tierra 60 en función de un cambio correlacionado de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales 28 a lo largo de la cadena 26. El defecto a tierra 60 se refiere a una conexión de cualquier punto de la cadena 26 de elementos de batería a tierra 62, por ejemplo, en función de un cortocircuito de fuga de batería a tierra 62. Los defectos a tierra 60 se detectan para cada cadena 26 individualmente. Ya un cambio de una impedancia medida general de la batería 22 o de una cadena 26 de la batería 22 indica la presencia de un defecto a tierra 60. Si no se puede encontrar un cambio estadísticamente significativo en la impedancia medida de los bloques de baterías individuales 28, no hay defecto a tierra 60. Si se puede encontrar un cambio significativo, o una segmentación, esto es una indicación de un defecto a tierra 60, y la localización del cambio en la impedancia medida a través de la cadena 26 de bloques de baterías individuales 28 indica una localización del defecto a tierra 60, como se analiza más adelante con más detalle.
La identificación de un defecto a tierra 60 se basa en un cambio correlacionado de la impedancia medida de los bloques de baterías individuales 28 a lo largo de cada cadena 26 de la batería 22. Cuando se considera un defecto a tierra 60 a lo largo de la cadena 26 de elementos de batería, un número de N bloques de baterías individuales 28 está situado a un lado del defecto a tierra 60, y un número de M bloques de baterías individuales 28 está situado al otro lado del defecto a tierra 60. La corriente a través de N bloques de baterías individuales 28 es esencialmente idéntica, y la corriente a través de M bloques de baterías individuales 28 es esencialmente idéntica. La corriente a través de los respectivos grupos de bloques de baterías individuales 28 difiere en una corriente de tierra en caso de defecto a tierra 60. Cuando se produce el defecto a tierra 60, la impedancia medida de los M o N bloques de baterías individuales 28 cambia, lo que indica la aparición del defecto a tierra 60 como puede observarse en la Fig. 4.
Según un primer enfoque, se puede calcular un cambio de la impedancia medida en función de
Con una impedancia Zf del defecto a tierra 60 siendo mucho mayor que una impedancia Zg a tierra 62, y siendo la impedancia Zb la impedancia de un bloque de baterías individual 28, lo anterior puede aproximarse mediante
En la realización mostrada en las Fig. 3 y 4 y con valores típicos de Zb=10 mQ, n=6 y Zf=100 mfl, esto da como resultado un cambio de la impedancia medida del 0,06 % entre el primer y el segundo punto de tiempo, que es bastante pequeño. Sin embargo, múltiples bloques de baterías individuales 28 experimentan este cambio en la impedancia medida, de modo que se suma un cambio general de la impedancia medida de los bloques de baterías individuales 28 afectados por el defecto a tierra 60. Sin la aparición de un defecto a tierra 60, el cambio de la impedancia medida será aproximadamente cero entre la impedancia de referencia y la impedancia de verificación.
Si se produce un defecto a tierra 60 entre el primer y el segundo punto de tiempo, la impedancia medida de todo un grupo de bloques de baterías individuales 28 cambia. Dado que todos los bloques de baterías individuales 28 de este grupo experimentan el mismo cambio de corriente, las impedancias estimadas para todos los bloques de baterías individuales 28 de este grupo presentan el mismo porcentaje de error. Por consiguiente, se comprueba el aumento de la impedancia medida de cada ubicación potencial del defecto a tierra 60, es decir, entre cada par de bloques de baterías individuales 28. En otras palabras, el BMS 36 asume un defecto a tierra 60 en un bloque de baterías individual 28 y comprueba si se produce un cambio acorde de la impedancia medida en el grupo formado por los siguientes bloques de baterías individuales 28 de la cadena 26. El BMS 36 recorre toda la cadena 26 y evalúa el cambio de la impedancia medida para cada posible grupo de bloques de baterías individuales 28. Esto permite localizar una posición del defecto a tierra 60 mediante la identificación de una secuencia de bloques de baterías individuales 28 con un cambio correlacionado de la impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales 28 a lo largo de cada cadena 26.
Un enfoque detallado se especifica en términos matemáticos de la siguiente manera. Con AZk = 1... N siendo un cambio relativo de la impedancia medida entre el primer y el segundo punto de tiempo para un bloque de baterías individual 28 identificado por el índice k dentro de la cadena 26 que comprende N bloques de baterías individuales 28, se supone que todos los bloques de baterías individuales 28 comparten la misma corriente en condiciones ideales. En este caso, AZk = Zk'/Zk, donde Zk es la impedancia de referencia antes de que la aparición del defecto a tierra 60, y Zk' es la impedancia de verificación después de que se produjera el defecto a tierra 60. Si el bloque de baterías individual 28 de orden k está en un grupo m de bloques de baterías individuales 28, que ve la corriente de prueba completa, como puede observarse en la Fig. 4, entonces AZk = 0.
Si el bloque de baterías individual 28 se encuentra en el grupo n de bloques de baterías individuales 28, que ve la única parte de la corriente de prueba, el cambio de la impedancia medida se convierte en AZk = Zm/ Zf, donde Zm es la suma de las impedancias medidas de todos los bloques de baterías individuales 28 que experimentan una corriente reducida. Utilizando este enfoque, AZk tiene teóricamente el mismo valor para cada bloque de baterías individuales 28 dentro del grupo de m bloques de baterías individuales 28 que experimentan la corriente de prueba completa (es decir, AZk=0), y AZk tiene otro valor, que es constante, para cada bloque de baterías individuales 28 dentro del grupo de n bloques de baterías individuales 28 que experimentan sólo parte de la corriente de prueba, que es aproximadamente Zm/ Zf. En la práctica, habrá ligeras diferencias debido al ruido y los errores de medición.
Según la Fig. 4, se ha producido un defecto a tierra 62 alrededor de un bloque de baterías individual 28 con índice f entre el primer y el segundo punto de tiempo. Dado que el periodo de tiempo transcurrido entre el primer y el segundo punto de tiempo no supera el límite de tiempo dado, se supone que la impedancia actual de los bloques de baterías individuales 28 no ha cambiado. Por consiguiente, cuando se produce un cambio en la impedancia medida, se supone que se debe a la aparición de un defecto a tierra 60.
Considerando además que X-f es el promedio de la muestra de AZk para k=1... (f-1) y X+f es el promedio de la muestra de AZk para k= (f-1 )...N. Si X+f es diferente de cero de forma estadísticamente significativa, implica que existe una alta
probabilidad de que se produzca un defecto a tierra 60 cerca del bloque de baterías individual 28 con índice f. Esto puede evaluarse, por ejemplo, mediante una prueba estadística como la prueba de la t de Student.
Para el caso particular de la prueba de la t de Student, si se considera un grupo de diez bloques de baterías individuales 28 cuyas impedancias se miden con una precisión estadística equivalente a una desviación típica de un punto porcentual. Esto significa que un 95 % de los valores medidos están dentro de un margen de ±2 % de la media. Puede demostrarse entonces que si el promedio de la muestra X+f es superior al 0,7 %, la diferencia es estadísticamente significativa con un intervalo de confianza del 95 %. De forma equivalente, si la impedancia de cada uno de los bloques de baterías individuales 28 se mide con una precisión estadística equivalente a una desviación típica de una décima de punto porcentual, entonces se puede detectar una variación de la impedancia de un grupo del 0,07 %, que es el valor típico estimado anteriormente. Esto se puede conseguir con una medición, que no tiene por qué tener una precisión mayor. Si el sistema de medición es acorde, basta con promediar la impedancia medida un número suficiente de veces con el fin de obtener la precisión estadística requerida. De manera alternativa, se puede utilizar un método conocido de mejora de la SNR (relación señal/ruido) para obtener una buena estimación de la impedancia de los bloques individuales de baterías 28 para empezar. De manera adicional, existe un grupo de prueba, es decir, aquellas baterías que no experimentan el cambio de corriente. La prueba de grupo puede permitir mejorar aún más la fiabilidad del método.
Por otra parte, se puede realizar un algoritmo de detección de cambios o un algoritmo de segmentación de señales. Se determina un conjunto de bloques de baterías individuales 28 subsiguientes anteriores a una localización de un defecto a tierra 60 y un conjunto de bloques de baterías individuales 28 subsiguientes posteriores a la localización del defecto a tierra 60.
Si bien la invención se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y en la descripción anterior, dicha ilustración y descripción deben considerarse ilustrativas o de ejemplo y no restrictivas; la invención no se limita a las realizaciones divulgadas. Otras variaciones de las realizaciones divulgadas pueden ser comprendidas y efectuadas por los expertos en la materia al poner en práctica la invención reivindicada, a partir de un estudio de los dibujos, la divulgación y las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, la expresión "que comprende" no excluye otros elementos o etapas, y el artículo indefinido "un" o "una" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que determinadas medidas se mencionen en reivindicaciones dependientes recíprocamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse con ventaja. Cualquier signo de referencia en las reivindicaciones no debe interpretarse como una limitación del ámbito de aplicación.
Lista de signos de referencia
10 dispositivo de sistema de alimentación ininterrumpida, dispositivo de UPS, sistema de alimentación ininterrumpida 12 enlace de CC
13 condensador de almacenamiento
14 convertidor de CA/CC
16 convertidor de CC/CC
18 convertidor de salida, convertidor de CC/CA
20 fuente de alimentación de CA
22 batería
24 carga
26 cadena
28 bloque de baterías
29 impedancia del sistema a tierra
30 derivación
32 conmutador de derivación
34 controlador
36 sistema de gestión de baterías, BMS
40 sistema de sistema de alimentación ininterrumpida, sistema de UPS, sistema de alimentación ininterrumpida 42 bus de comunicación
44 interfaz de usuario
46 bus de fuente de alimentación de CA
48 bus de suministro de batería de CC
50 bus de carga
60 defecto a tierra
62 tierra
Claims (12)
1. Método para detectar un defecto a tierra (60) en una batería (22) de un sistema de alimentación ininterrumpida (10, 40), la batería (22) comprende al menos una cadena (26) con múltiples elementos de batería, comprendiendo el método las etapas de
definir múltiples bloques de baterías individuales (28) de elementos de batería a lo largo de la al menos una cadena (26),
realizar una medición de impedancia de referencia para cada bloque de baterías individual (28) de los múltiples bloques de baterías individuales (28) en un primer punto de tiempo,
realizar una medición de impedancia de verificación para cada bloque de baterías individual (28) de los múltiples bloques de baterías individuales (28) en un segundo punto de tiempo,
evaluar un cambio de impedancia medida entre la impedancia de referencia y la impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales (28) de la al menos una cadena (26), e
identificar un defecto a tierra (60) en función de un cambio correlacionado de la impedancia medida de los múltiples bloques de baterías individuales (28) a lo largo de la al menos una cadena (26).
2. Método según la reivindicación anterior, en el que la etapa de definir múltiples bloques de baterías individuales (28) de elementos de batería a lo largo de la al menos una cadena (26) comprende definir cada uno de los múltiples bloques de baterías individuales (28) que comprenden pocos elementos de batería individuales, preferentemente un elemento de batería.
3. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que
las etapas de realizar una medición de impedancia de referencia y de realizar una medición de impedancia de verificación para los múltiples bloques de baterías individuales (28) comprenden cada una
generar al menos un impulso de corriente a través de la batería (22),
medir una tensión a través de cada uno de los múltiples bloques de baterías individuales (28) como respuesta a el al menos un impulso de corriente,
medir una corriente a través de los múltiples bloques de baterías individuales (28) como respuesta a el al menos un impulso de corriente, y
determinar la impedancia de cada bloque de baterías individual (28) en función de la tensión y la corriente medidas a través del bloque de baterías individual (28) como respuesta a el al menos un impulso de corriente.
4. Método según la reivindicación anterior, en el que la etapa de generar al menos un impulso de corriente a través de la batería (22) comprende generar al menos un impulso de carga y/o al menos un impulso de descarga.
5. Método según cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de generar al menos un impulso de corriente a través de la batería (22) comprende generar un tren de impulsos de corriente.
6. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el método comprende verificar una validez de la medición de impedancia de referencia en función de un periodo de tiempo transcurrido entre la medición de impedancia de referencia y la medición de impedancia de verificación, y realizar una medición de impedancia de referencia adicional cuando el periodo de tiempo transcurrido supere un límite de tiempo dado.
7. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de identificar un defecto a tierra (60) en función de un cambio correlacionado de la impedancia medida de los bloques de baterías individuales (28) a lo largo de la al menos una cadena (26) comprende una etapa de localizar una posición del defecto a tierra (60) identificando una secuencia de bloques de baterías individuales (28) con un cambio correlacionado de impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales (28) a lo largo de la al menos una cadena (26).
8. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de identificar una secuencia de bloques de baterías individuales (28) con un cambio correlacionado de impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales (28) a lo largo de la al menos una cadena (26) comprende determinar un cambio de impedancia medida individualmente para cada bloque de baterías individual (28).
9. Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la etapa de identificar una secuencia de bloques de baterías individuales (28) con un cambio correlacionado de impedancia medida en comparación con otra secuencia de bloques de baterías individuales (28) a lo largo de la al menos una cadena (26) comprende realizar un algoritmo de detección de cambios o un algoritmo de segmentación de señales.
10. Sistema de gestión de baterías (36) para gestionar una batería (22) de un sistema de alimentación ininterrumpida (10, 40), comprendiendo la batería (22) al menos una cadena (26) con múltiples elementos de batería, en el que el sistema de gestión de baterías (36) está adaptado para realizar el método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
11. Dispositivo de UPS (10) que comprende un enlace de CC central (12), un convertidor (14) de CA/CC del lado de fuente de alimentación, un convertidor (16) de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y un convertidor (18) de salida del lado de carga, en el que todos los convertidores (14, 16, 18) están conectados al enlace de CC (14), y el convertidor de CC/CC (16) está conectado a una batería (22) en su lado de fuente de alimentación, en donde el dispositivo de UPS (10) comprende un sistema de gestión de baterías (36) según la reivindicación anterior.
12. Sistema de UPS (40) que comprende múltiples dispositivos de UPS (10), comprendiendo cada dispositivo de UPS (10) un enlace de CC central (12), un convertidor (14) de CA/CC del lado de fuente de alimentación, un convertidor (16) de CC/CC del lado de fuente de alimentación, y un convertidor (18) de salida del lado de carga, en el que todos los convertidores (14, 16, 18) están conectados al enlace de CC (14), y los convertidores de CC/CC (16) de los múltiples dispositivos de UPS (10) están conectados a una batería (22) en su lado de fuente de alimentación, en donde el sistema de UPS (40) comprende un sistema de gestión de baterías (36) según la reivindicación 10 anterior.
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