ES2956677T3 - Disposición con sistema de batería para suministro de energía eléctrica a un vehículo - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un método para operar un sistema de batería para proporcionar energía eléctrica a un vehículo (1), en el que - señales de sensor que representan cantidades físicas de celdas individuales (13) y/o módulos individuales (12) de al menos una batería del se generan el sistema de batería, - las señales del sensor se transfieren a un primer controlador del sistema (15a) y a un segundo controlador del sistema (15b), - tanto el primer controlador del sistema (15a) como el segundo controlador del sistema (15b) evalúan las señales del sensor y controla el sistema de batería, dependiendo de los resultados de evaluación correspondientes, - el primer controlador del sistema (15a) se opera en combinación con un primer dispositivo de monitoreo (17a) y el segundo controlador del sistema (15b) se opera en combinación con un segundo dispositivo de monitoreo (17b), - el primer dispositivo de monitoreo (17a) monitorea una operación del segundo controlador de sistema (15b) y el segundo dispositivo de monitoreo (17b) monitorea una operación del primer controlador de sistema (15a), - dependiendo de los resultados de monitoreo del primer dispositivo de vigilancia (17a) y del segundo dispositivo de vigilancia (17b), se controla el sistema de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Disposición con sistema de batería para suministro de energía eléctrica a un vehículo
La invención se refiere a un método para operar un sistema de batería para proporcionar energía eléctrica a un vehículo. Además, la invención se refiere a una disposición para proporcionar energía eléctrica a un vehículo, comprendiendo dicha disposición un sistema de batería de este tipo.
En los últimos años, se han desarrollado cargadores que cargan sistemas de batería a niveles de potencia más altos que antes para reducir el tiempo necesario para cargar la batería o baterías del sistema de batería. Una opción para cargar el sistema de batería requiere al menos un cable de carga eléctrico para transferir energía eléctrica. Sin embargo, en los últimos años se han propuesto sistemas de carga inductiva que no requieren una conexión de cable punto a punto desde la fuente de energía al sistema de batería. Más bien, la fuente de energía está conectada a un dispositivo generador del lado primario que genera un campo magnético o un campo electromagnético y el campo magnético o el componente magnético del campo induce un voltaje eléctrico en un dispositivo receptor del lado secundario que está conectado al sistema de batería. En este caso, un vehículo que comprende el dispositivo receptor del lado secundario se puede conducir hasta la ubicación del dispositivo generador del lado primario de modo que el dispositivo del lado primario y el dispositivo del lado secundario estén dispuestos muy cerca y el proceso de carga pueda comenzar. Alternativamente, el dispositivo generador del lado primario se puede extender a lo largo del recorrido del viaje y puede generar el campo electromagnético continuamente mientras el vehículo viaja y el dispositivo a bordo convierte la energía transferida con el campo electromagnético en energía eléctrica.
Normalmente, el voltaje eléctrico inducido en el dispositivo receptor es un voltaje alterno. Se rectifica la corriente de carga alterna correspondiente y la corriente rectificada se utiliza para cargar la batería o baterías del sistema de batería.
El sistema de batería puede ser un sistema de batería de vehículo de alto voltaje, lo que significa que el voltaje de funcionamiento nominal del sistema está por encima de los voltajes nominales convencionales en vehículos, tales como 12 voltios. Los voltajes nominales altos de los sistemas de batería a bordo pueden estar en el nivel de 24 voltios, 42 voltios o incluso superiores, tal como 110 voltios.
Especialmente los sistemas de baterías de alto voltaje requieren altos niveles de seguridad operativa. Las celdas de batería que funcionan mal se pueden calentar rápidamente debido a la correspondiente alta potencia de carga requerida para una carga rápida. En particular, una celda o módulo puede funcionar mal si ha sido dañado por influencias externas o durante la fabricación o instalación. Además, o alternativamente, la vida útil de la celda o del módulo puede haber llegado a su fin.
El documento US 2013/0346783 A1 describe un método y una disposición para monitorizar al menos una batería. La al menos una batería se monitoriza analizando variables medidas de la al menos una batería utilizando al menos un dispositivo de procesamiento de datos. La monitorización se puede realizar de forma redundante. Pueden estar previstos métodos y/o algoritmos para controlar señales o el estado de funcionamiento de componentes, como por ejemplo la batería, de módulos o celdas de la batería, de al menos un dispositivo de procesamiento de datos, de otros componentes, como por ejemplo de chips de medición dentro de un enlace de comunicación entre al menos una batería y el al menos un dispositivo de procesamiento de datos que se va a monitorizar. De acuerdo con una realización, dos microcontroladores evalúan variables medidas, tales como voltaje y/o temperatura, de las celdas de batería. Ambos microcontroladores se pueden monitorizar mutuamente mediante un bus de conexión.
Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un método para operar un sistema de batería para proporcionar energía eléctrica a un vehículo y/o proporcionar una disposición para proporcionar energía eléctrica a un vehículo que tenga un alto nivel de seguridad operativa.
Las reivindicaciones adjuntas definen el alcance de protección.
En particular, el sistema de batería puede comprender módulos, comprendiendo cada módulo una pluralidad de celdas de batería. Varios módulos pueden formar una batería. En términos más generales, cada batería comprende una pluralidad de celdas de batería y el sistema de batería tiene al menos una batería.
El sistema de batería comprende conexiones eléctricas a través de las cuales se puede cargar y descargar la batería o baterías del sistema. En particular, el sistema de batería se puede conectar a un cargador (tal como el dispositivo receptor del lado secundario del sistema de carga inductiva mencionado anteriormente) a través de un rectificador y una conexión eléctrica adicional conecta el sistema de batería a la red eléctrica de a bordo del vehículo.
Los contactores conmutables permiten separar eléctricamente la batería o baterías y/o los módulos del sistema eléctrico de a bordo del vehículo. Estos contactores se pueden controlar mediante al menos un controlador de sistema del sistema de batería. En caso de mal funcionamiento, el controlador de sistema controla el contactor que se debe apagar para que se desconecte el módulo o batería correspondiente.
Las distintas celdas de batería y/o módulos de batería del sistema de batería están combinadas con al menos un sensor y preferiblemente con al menos dos sensores que miden la temperatura y/o el voltaje eléctrico de la celda o del módulo. Las señales de sensor correspondientes se transfieren al controlador de sistema para su evaluación. Mediante el uso de rutinas de evaluación computarizadas se procesan los valores de medición transmitidos por las señales del sensor. Esto permite que el controlador de sistema controle la carga y descarga del sistema de batería, por ejemplo, controlando la corriente de carga o la corriente de descarga. Además, el controlador de sistema puede detectar un mal funcionamiento de una celda o módulo.
Para aumentar la seguridad del sistema de batería se utilizan un primer controlador de sistema y un segundo controlador de sistema y ambos controladores de sistema reciben y evalúan las mismas señales de sensor, en particular de la misma manera. De este modo se puede realizar una recepción y evaluación totalmente redundante de todas las señales de sensor generadas por todos los sensores del sistema de batería. Además, o alternativamente, el primer controlador de sistema y el segundo controlador de sistema pueden ser diversos, es decir, sus funciones (que pueden ser idénticas y/o no) se pueden implementar de diferentes maneras. Las diferentes implementaciones aumentan la seguridad.
En particular, cada controlador de sistema es capaz de iniciar medidas en caso de mal funcionamiento, tales como desconectar eléctricamente la celda o módulo que funciona mal, reducir la potencia de carga o descarga y/o restringir los tiempos de funcionamiento del sistema de batería, módulo(s) o celda(s). Estos y otros estados operativos conocidos en la técnica se pueden denominar "estado seguro".
En particular, se pueden implementar rutinas de autoprueba que incluyen autodiagnóstico en el primer y segundo controlador de sistema. De esta manera, el propio controlador de sistema puede detectar errores operativos, tales como defectos de dispositivos electrónicos y errores en las rutinas operativas del controlador.
Para aumentar aún más el nivel de seguridad se propone disponer un primer dispositivo de monitorización y un segundo dispositivo de monitorización. Cada uno de estos dispositivos se combina con uno de los controladores de sistema. Por ejemplo, cada uno de estos dispositivos se puede integrar en uno de los controladores de sistema o se puede combinar con uno de los controladores del sistema como un dispositivo separado. Cada uno de los dispositivos de monitorización está adaptado para monitorizar el funcionamiento del otro controlador de sistema, en particular teniendo en cuenta el funcionamiento del controlador de sistema en donde está integrado el dispositivo de monitorización o con el que está combinado el dispositivo de monitorización. Por ejemplo, con respecto al primer dispositivo de monitorización que está integrado en el primer controlador de sistema o que está conectado con el primer controlador de sistema, esto significa que el primer dispositivo de monitorización monitoriza el funcionamiento del segundo controlador de sistema, teniendo en cuenta el funcionamiento del primer controlador de sistema.
En términos más generales, los controladores del primer y segundo sistema están conectados directa o indirectamente (por ejemplo, a través del dispositivo de monitorización respectivo) entre sí para transferir señales y ellos y/o los dispositivos de monitorización respectivos son capaces de monitorizar el funcionamiento del otro controlador de sistema respectivo.
El procedimiento de monitorización realizado por el dispositivo de monitorización respectivo incluye comparar las señales de sensor recibidas y procesadas por el primer y segundo controlador de sistema e incluye
• comparar las señales de los sensores recibidas por el primer y segundo controlador de sistema y/o,
• monitorizar las rutinas de autoprueba y/o autodiagnóstico y/o comparar los resultados de las rutinas de autoprueba y/o autodiagnóstico del primer y segundo controlador del sistema y/o
• comparar información dentro del primer y segundo controlador de sistema con respecto a al menos uno de los sensores combinados con celdas de batería y/o módulos de batería (en particular información con respecto a valores umbral, tales como valores umbral para temperaturas de funcionamiento y/o voltajes de funcionamiento) y/o
• comparar y/o analizar información sobre los procedimientos operativos realizados por el primer y segundo controlador de sistema y/o
• comprobar si los procedimientos realizados por el primer y segundo controlador de sistema se realizan correctamente (tales como procedimientos de utilización de almacenamientos de datos y/o conjuntos de instrucciones utilizados durante un procedimiento).
Estas funciones de monitorización aumentan significativamente la seguridad del funcionamiento del sistema de batería.
Además o alternativamente, al menos uno de los dispositivos de monitorización se puede adaptarse para activar y/o controlar el otro controlador de sistema (cuyo funcionamiento es monitorizado por el dispositivo de monitorización) para realizar al menos un procedimiento y evaluar las respectivas señales de retroalimentación del otro controlador de sistema. La activación o control se puede realizar asignando al menos una tarea de operación al otro controlador de sistema, de modo que la tarea sea realizada por el controlador de sistema. Por ejemplo, el primer dispositivo de monitorización integrado en el primer controlador de sistema o combinado con el primer controlador de sistema activa y/o controla el segundo controlador de sistema.
En particular, el concepto de utilizar primer y segundo dispositivos de monitorización permite determinar de manera fiable una celda o módulo de celdas del sistema de batería que funciona mal, incluso si uno de los al menos dos controladores del sistema no funciona correctamente. Además, el concepto permite detectar otros errores potenciales (incluidos errores latentes y/o sistemáticos) de la constitución eléctrica, de los dispositivos electrónicos, de los sensores y de las rutinas de funcionamiento (especialmente mediante software) del sistema de batería. Como se ha mencionado anteriormente, se pueden definir diferentes estados seguros, de modo que la reacción al detectar un error o un mal funcionamiento pueda depender del tipo de error o mal funcionamiento, en particular de su gravedad. En particular, se puede restringir el tiempo de funcionamiento y/o se puede limitar y/o reducir primero la potencia de carga y/o descarga y después, como segunda medida en caso de un nivel de gravedad mayor, un módulo o batería o todas las baterías del sistema de batería se pueden desconectar eléctricamente.
En particular, los principios de monitorización mencionados anteriormente se pueden realizarse mediante dos microprocesadores independientes. Cada uno de los procesadores puede estar integrado en uno del primer y segundo los controladores de sistema. Alternativamente, se pueden utilizar microprocesadores como parte de dispositivos de monitorización realizados como dispositivos separados, en particular separados espacialmente del controlador de sistema con el que está combinado el respectivo dispositivo de monitorización. Además, o alternativamente, los dispositivos de monitorización pueden estar alimentados por diferentes fuentes de corriente y/o voltaje. En particular, el primer dispositivo de monitorización puede ser alimentado por una fuente de corriente y/o de voltaje diferente de la del segundo dispositivo de monitorización. Además, el primer dispositivo de monitorización puede ser alimentado por una fuente de corriente y/o voltaje diferente de la del primer controlador de sistema. Además, el segundo dispositivo de monitorización puede ser alimentado por una fuente de corriente y/o voltaje diferente que el segundo controlador de sistema.
En particular, se propone lo siguiente: un método para operar un sistema de batería para proporcionar energía eléctrica a un vehículo, en donde
• son generadas señales de sensores que representan cantidades físicas (en particular cantidades eléctricas, tales como el voltaje, la corriente y/o la potencia, y/o cantidades terminales, como la temperatura de la celda, la temperatura del módulo y/o la temperatura de la batería) de celdas individuales y/o módulos individuales de al menos una batería de sistema de batería,
• las señales de los sensores se transfieren a un primer controlador de sistema y a un segundo controlador de sistema,
• tanto el primer controlador de sistema como el segundo controlador de sistema evalúan las señales de los sensores y controlan el sistema de batería, en función de los resultados de evaluación correspondientes,
• el primer controlador de sistema se opera en combinación con un primer dispositivo de monitorización y el segundo controlador de sistema se opera en combinación con un segundo dispositivo de monitorización,
• el primer dispositivo de monitorización monitoriza una operación del segundo controlador de sistema y el segundo dispositivo de monitorización monitoriza una operación del primer controlador de sistema,
• dependiendo de los resultados de monitorización del primer dispositivo de monitorización y del segundo dispositivo de monitorización, se controla el sistema de batería.
Además, se propone una disposición para proporcionar energía eléctrica a un vehículo, comprendiendo la disposición un sistema de batería para almacenar energía y para entregar la energía almacenada, en donde:
• el sistema de batería comprende una pluralidad de celdas de batería,
• el sistema de batería comprende una pluralidad de sensores adaptados para generar señales de sensor que representan cantidades físicas de celdas de batería individuales y/o de módulos de batería individuales del sistema de batería,
• el sistema de batería comprende un primer controlador de sistema y un segundo controlador de sistema,
• el sistema de batería comprende conexiones de señales desde la pluralidad de sensores al primer controlador de sistema y al segundo controlador de sistema para transferir las señales de sensor,
• tanto el primer controlador de sistema como el segundo controlador de sistema están adaptados para evaluar las señales de los sensores y controlar el sistema de batería, dependiendo de los resultados de evaluación correspondientes,
• el primer controlador de sistema se combina con un primer dispositivo de monitorización y el segundo controlador de sistema se combina con un segundo dispositivo de monitorización,
• el primer dispositivo de monitorización está adaptado para monitorizar una operación del segundo controlador de sistema y el segundo dispositivo de monitorización está adaptado para monitorizar una operación del primer controlador de sistema,
• el sistema de batería está adaptado para controlar el sistema de batería dependiendo de los resultados de monitorización del primer dispositivo de monitorización y del segundo dispositivo de monitorización.
Si los resultados de la monitorización cumplen una condición predefinida, se reduce la energía eléctrica suministrada por el sistema de batería a un consumidor eléctrico del vehículo, se restringe el tiempo de funcionamiento del sistema de batería mientras el sistema de batería suministra energía eléctrica a un consumidor eléctrico del vehículo y/o se desconecta (es decir, se abre) una conexión eléctrica del sistema de batería a un cargador y/o a un consumidor eléctrico del vehículo. De este modo se puede alcanzar un estado seguro correspondiente del sistema de batería en función de los resultados de la monitorización. El primer dispositivo de monitorización y/o el segundo dispositivo de monitorización pueden estar adaptados para activar el estado seguro correspondiente y/o para controlar la iniciación del estado seguro correspondiente dependiendo de los resultados de la monitorización. Además, o alternativamente, si el primer dispositivo de monitorización y/o el segundo dispositivo de monitorización han determinado un error o mal funcionamiento del sistema de batería, la potencia de carga del sistema de batería queda limitada.
En particular, mientras monitoriza el funcionamiento del primer y segundo controlador de sistema, el primer dispositivo de monitorización y/o el segundo dispositivo de monitorización pueden comparar los resultados de evaluación de una evaluación de las señales de sensor realizada por el segundo controlador de sistema con los resultados de evaluación de una evaluación de las señales del sensor realizadas por el primer controlador de sistema. Según esta realización del método, se aumenta la seguridad del procesamiento de los valores de medición y la seguridad de la detección de errores.
La invención también incluye un vehículo que comprende (a) una red eléctrica a bordo, (b) cualquier realización del dispositivo, en donde el sistema de batería esté conectado eléctricamente a la red eléctrica, y (c) un cargador para cargar el sistema de batería.
Según una realización preferida del método, el primer controlador de sistema y/o el segundo controlador de sistema
• determina(n) a partir de una operación deseada de carga del sistema de batería un valor deseado de un voltaje de carga y genera(n) información sobre el valor deseado a un controlador de carga,
• evalúa(n) las señales de los sensores y/o una corriente de carga eléctrica utilizada para cargar el sistema de batería y genera(n) el resultado de evaluación correspondiente,
• determina(n), teniendo en cuenta la operación deseada de carga del sistema de batería, si se cumple un criterio predeterminado que indica una desviación significativa de la operación deseada,
• controla(n) una conexión eléctrica desde el sistema de batería a un dispositivo receptor del lado secundario de un sistema de transferencia de energía inductiva, funcionando el dispositivo receptor como un cargador que carga el sistema de batería, para apagarse si se cumple el criterio predeterminado.
Según una realización correspondiente de la disposición, el primer controlador de sistema y/o el segundo controlador de sistema están adaptados para realizar el método.
Estas realizaciones se refieren a sistemas de carga inductiva como se mencionó anteriormente. Por diferentes motivos, el funcionamiento del dispositivo receptor del lado secundario puede diferir del funcionamiento deseado de carga del sistema de batería. En particular, si el voltaje de carga y, por tanto, la corriente de carga son demasiado grandes, las celdas de batería del sistema de batería se pueden calentar hasta temperaturas superiores a un nivel de temperatura máximo permitido. Además, o alternativamente, la vida útil de las celdas de batería puede verse reducida por corrientes de carga inadecuadas.
El funcionamiento de los sistemas de carga inductiva depende de parámetros operativos adicionales en comparación con todos los sistemas de carga eléctricos. En particular, el acoplamiento inductivo entre el dispositivo generador del lado primario y el dispositivo receptor del lado secundario puede variar. Por ejemplo, el vehículo que tiene el dispositivo receptor a bordo puede estar colocado de manera diferente en diferentes procedimientos de carga. Además, objetos extraños que no pertenecen al sistema de carga inductiva, tal como objetos metálicos, pueden entrar repentinamente en el espacio entre el dispositivo generador del lado primario y el dispositivo receptor del lado secundario, reduciendo así repentinamente el acoplamiento inductivo. Por otro lado, el acoplamiento inductivo puede aumentar repentinamente si un objeto extraño abandona el espacio y/o si se mejora la alineación y/o la posición relativa del dispositivo generador del lado primario y el dispositivo receptor del lado secundario.
Dado que el estado operativo del sistema de carga inductiva puede variar, la potencia de carga eléctrica proporcionada por el dispositivo receptor del lado secundario al sistema de batería también puede variar y se puede desviar significativamente de la operación deseada de carga del sistema de batería. Por lo tanto, las realizaciones del método y de la disposición mencionadas anteriormente aumentan la seguridad operativa del sistema de batería.
En el sistema de batería se puede almacenar información sobre las características de carga, por ejemplo, en forma de voltaje de carga como función matemática de parámetros operativos como el estado de carga y la temperatura, de modo que los controladores de sistema de batería tengan acceso a esta información. En particular, a partir de una función matemática de este tipo, el primer y/o segundo controlador de sistema pueden determinar repetidamente, en particular regularmente, el valor deseado de voltaje de carga, basándose en información sobre parámetros de funcionamiento actualmente válidos. También la evaluación de las señales de los sensores y/o de la corriente de carga eléctrica y la determinación de si se cumple el criterio predeterminado se pueden realizar repetidamente, en particular de forma regular, mediante el o los dispositivos de monitorización. Por ejemplo, el(los) dispositivo(s) de monitorización realiza(n) estas acciones en ciclos operativos regulares con una frecuencia de ciclo determinada. Si se determina que se cumple el criterio predeterminado en cualquiera de las repeticiones, se interrumpe la conexión eléctrica al dispositivo receptor del lado secundario, por ejemplo, abriendo un interruptor correspondiente.
Una posibilidad para el(los) controlador(es) del sistema es evaluar las señales de sensor de los sensores asignados a las distintas celdas o módulos. En particular, estos sensores pueden medir el voltaje de la celda o el voltaje del módulo y los controladores del sistema pueden calcular el voltaje total aplicado al sistema de batería a partir de las señales de sensor y pueden comparar este voltaje total medido y calculado con el voltaje de carga deseado. Además, o alternativamente, se puede medir la corriente de carga eléctrica total o parte de la corriente de carga eléctrica total que se utiliza para cargar el sistema de batería. A partir de esta información medida, los controladores de sistema pueden calcular el voltaje de carga correspondiente, teniendo en cuenta información sobre las propiedades eléctricas del sistema de batería (como la resistencia interna) y/o teniendo en cuenta las características de carga, y pueden comparar el(los) resultado(s) con la operación deseada de carga del sistema de batería.
El criterio predeterminado puede incluir un criterio relativo a una desviación entre la operación de carga deseada y la operación de carga actual basándose en el resultado de la determinación realizada por el dispositivo o dispositivos de monitorización. Por ejemplo, la desviación (por ejemplo, diferencia) entre el valor deseado de voltaje de carga y el valor actual de voltaje de carga se compara con un valor umbral predefinido y el criterio se cumple si la desviación es igual al valor umbral, o alternativamente, si la desviación es igual o mayor que el valor umbral.
Además o alternativamente, el criterio predeterminado puede considerar no sólo las señales del sensor y/o la corriente de carga medida en un momento determinado (o de una repetición de las acciones realizadas por el dispositivo o dispositivos de monitorización). Más bien, las señales de sensor y /o los valores de corriente de carga medidos durante un intervalo de tiempo de duraciones predeterminadas se pueden tener en cuenta al determinar si se cumple el criterio predeterminado. Por ejemplo, la desviación mencionada anteriormente debe exceder el valor umbral durante el intervalo de tiempo para que se cumpla el criterio. De lo contrario, no se cumple el criterio predeterminado.
El primer y/o segundo controlador de sistema pueden realizar los pasos mencionados anteriormente en relación con el voltaje de carga y el criterio además de la otra evaluación de las señales de sensor mencionadas anteriormente.
En particular, el criterio puede estar predeterminado de tal manera que se pueda cumplir antes de que la temperatura de una de las celdas de la batería supere un valor umbral predeterminado. Esto significa que un fallo del sistema de carga inductivo no puede dañar las celdas de la batería. El controlador(es) de sistema de batería notará el fallo y desconectará la conexión eléctrica antes de que la temperatura de la celda de la batería haya alcanzado un valor umbral crítico.
La realización del método, que incluye la determinación de si se cumple el criterio predeterminado, se puede realizar mediante un sistema de batería que tiene un único controlador de sistema y que tiene solo uno o ninguno de los dispositivos de monitorización.
Sin embargo, se prefiere utilizar la estructura del sistema de batería redundante descrita anteriormente y más adelante, ya que esto establece la seguridad operativa a un nivel de seguridad más alto. La estructura de redundancia también se puede utilizar para monitorizar el funcionamiento de los controladores de sistema en relación con el criterio predeterminado.
A continuación se describirán ejemplos de la invención haciendo referencia a las figuras adjuntas. Las figuras muestran:
Fig. 1 esquemáticamente una vista frontal de un sistema de transferencia de energía inductiva con un conjunto conductor del lado primario enterrado en el suelo y un vehículo que tiene un dispositivo receptor del lado secundario,
Fig. 2 esquemáticamente un sistema de batería que está controlado por dos controladores de sistema redundantes,
Fig. 3 esquemáticamente un dispositivo receptor del lado secundario de un sistema de carga inductiva, que está conectado a un circuito intermedio de corriente continua al que están conectados la red eléctrica y el sistema de batería del vehículo.
El vehículo 1 que se muestra esquemáticamente en la Fig. 1 comprende un dispositivo receptor 2 del lado secundario para recibir un campo electromagnético producido por un conjunto conductor 3 del lado primario que está enterrado en el suelo. Por ejemplo, el vehículo 1 circula sobre las ruedas 5a, 5b sobre la superficie del suelo 4 (en particular sobre una carretera). Alternativamente, las ruedas pueden rodar sobre raíles durante el funcionamiento, si el vehículo es un vehículo ferroviario.
El conjunto conductor del lado primario 3 produce el campo electromagnético, por ejemplo, mientras el vehículo está en marcha. Alternativamente, el vehículo 1 se puede detener o estacionar mientras la energía del campo electromagnético se transfiere al dispositivo receptor 2 del vehículo.
El dispositivo receptor del lado secundario 2 está conectado a un sistema de batería 8 a través de un rectificador 7. El sistema de batería 8 está conectado a una red eléctrica 9 del vehículo 1.
La Fig. 2 muestra un sistema de batería que comprende dos módulos 12a, 12b, cada uno de los cuales comprende una pluralidad de celdas de batería 13a -13c, 13d -13f. Los módulos 12a, 12b forman una batería. Por ejemplo, las celdas de batería 13 están conectadas eléctricamente en serie entre sí de modo que el voltaje de la celda se suma para formar el voltaje del módulo. Sin embargo, de manera adicional o alternativa, las celdas de un mismo módulo podrán estar conectadas en paralelo entre sí.
Cada celda 13 se combina con un sensor o conjunto de sensores 14. En particular, hay al menos un sensor de temperatura para cada celda para medir la temperatura de la celda y hay al menos un sensor de voltaje para medir el voltaje de la celda.
Como lo indican las flechas, las señales de los sensores 14 se transfieren a un primer controlador de sistema 15a y a un segundo controlador de sistema 15b. Ambos controladores de sistema 15 reciben las mismas señales de sensor. En particular, los sensores 14 miden repetidamente la cantidad respectiva y las señales de sensor también se transmiten repetidamente a los controladores de sistema 15.
Por ejemplo, como se sabe en la técnica, cada uno de los controladores de sistema 15a, 15b evalúa las señales del sensor y opera el sistema de batería dependiendo de los resultados de la evaluación. En particular, el voltaje de carga aplicado al sistema de batería puede ser controlado por los controladores de sistema 15 durante la carga del sistema de batería. Además, los controladores de sistema 15 pueden realizar rutinas para determinar si el funcionamiento de las celdas individuales corresponde a un funcionamiento esperado. Por ejemplo, se evalúan la temperatura y el voltaje de la celda en función del tiempo y se determinan las desviaciones del comportamiento esperado de la celda. Además, o alternativamente, cada controlador de sistema 15 puede comprobar la plausibilidad de los valores de medición del sensor recibidos. Por ejemplo, se pueden considerar inverosímiles cambios bruscos de la temperatura de la celda o del voltaje de la celda y se puede determinar que el sensor respectivo no funciona correctamente.
Puede suceder que el funcionamiento de los diferentes controladores de sistema 15a, 15b produzca resultados diferentes, aunque las señales de los sensores recibidas sean idénticas o porque las señales de los sensores recibidas no sean idénticas. Una de las razones de los diferentes resultados de funcionamiento es un mal funcionamiento del propio controlador de sistema. Otra razón es una línea de señal defectuosa desde el sensor al controlador de sistema.
Estos diferentes resultados de operación, incluido cualquier comportamiento de operación diferente del primer y segundo controlador de sistema 15a, 15b, se pueden detectar monitorizando los controladores de sistema 15. Por lo tanto, cada uno de los dos controladores del sistema 15a, 15b se combina con un dispositivo de monitorización 17a, 17b. El primer dispositivo de monitorización 17a supervisa el funcionamiento del segundo controlador de sistema 15b y el segundo dispositivo de monitorización 17b supervisa el funcionamiento del primer controlador de sistema 15a. Además, el primer dispositivo de monitorización 17a tiene acceso a información sobre el funcionamiento del primer controlador de sistema 15a. En particular, también puede monitorizar el funcionamiento del primer controlador de sistema 15a de la misma manera que monitoriza el funcionamiento del segundo controlador de sistema 15b. Lo mismo se aplica al segundo dispositivo de monitorización 17b con respecto a su acceso a información sobre el funcionamiento del segundo controlador de sistema 15b.
Cada uno de los dispositivos de monitorización 17a, 17b es capaz de detectar diferencias entre el funcionamiento y, en particular, los resultados del funcionamiento de ambos controladores de sistema 15a, 15b. Por lo tanto, el dispositivo de monitorización puede iniciar cualquier medida de reacción ante una diferencia de este tipo. Opcionalmente, el dispositivo de monitorización puede analizar la diferencia por posibles motivos. En particular, puede determinar que el funcionamiento de uno de los controladores del sistema se basa más probablemente en un fallo que en el funcionamiento del otro controlador de sistema.
En particular, el dispositivo de monitorización 17 puede activar y/o controlar el funcionamiento de un dispositivo de accionamiento 16a, 16b, 16c que lleva el sistema de batería o una parte del sistema de batería (tal como uno de los módulos 12a, 12b o una de las celdas 13) a un estado seguro. Por ejemplo, al menos uno de los dispositivos de accionamiento 16 puede ser un contactor que se puede abrir de modo que una celda o módulo asociado se desconecte eléctricamente de su conexión eléctrica a otras partes del sistema de batería o a dispositivos externos.
Opcionalmente, los dispositivos de monitorización 17a, 17b se pueden vigilar entre sí. Por ejemplo, los dispositivos de monitorización 17 pueden comparar diferencias de las operaciones de los controladores del sistema 15 que han sido determinadas por los dispositivos de monitorización 17. Si al menos uno de los dispositivos de monitorización determina que las diferencias de operación determinadas son las mismas, es probable que el funcionamiento de los dispositivos de monitorización está libre de errores. De lo contrario, opcionalmente se puede analizar cuál de los dispositivos de monitorización puede tener un mal funcionamiento o operar en base a información corrupta. El dispositivo de monitorización que produce el resultado de monitorización deficiente puede ser desactivado.
Los componentes mostrados en la Fig. 3 son en parte componentes que tienen el mismo número de referencia que en la Fig. 1. Esto significa que la disposición mostrada en la Fig. 3 puede ser un ejemplo de la disposición mostrada en la Fig. 1.
En este ejemplo, el rectificador 7 forma parte del mismo módulo que el dispositivo receptor 2. El rectificador 7 está conectado a dos líneas de corriente continua operadas a potenciales eléctricos diferentes y estas líneas forman un circuito intermedio de corriente continua 33.
La red eléctrica de a bordo del vehículo 9 está simbolizada por un rectángulo. La red eléctrica 9 y el sistema de batería 8 están conectados al circuito intermedio de corriente continua 33. Sin embargo, el sistema de batería 8 se puede desconectar del circuito intermedio de corriente continua 33 abriendo un interruptor 31 que actúa sobre dos líneas de conexión directa que conectan el sistema de batería 8 a las dos líneas del circuito intermedio de corriente continua 33. El interruptor 31 está controlado por un control de interruptor 32 que a su vez está controlado por el(los) controlador(es) de sistema del sistema de batería 8. El(los) controlador(es) del sistema es/ no se muestran en la Fig. 3. Un sensor de corriente 35 está combinado con al menos una de las dos líneas de conexión y mide la corriente de carga durante la carga del sistema de batería 8. Como se indica mediante líneas discontinuas, el control de interruptor 32 y el sensor de corriente 35 están conectados al controlador de sistema de batería 8 para transferir señales.
Durante el funcionamiento del dispositivo receptor del lado secundario 2, puede cargar el sistema de batería 8. En este caso, el interruptor 31 está cerrado y el sistema de batería 8 está conectado al circuito intermedio de corriente continua 33. La corriente continua de carga fluye desde el rectificador 7 a través de las líneas de conexión al sistema de batería 8. Un controlador de sistema del sistema de batería 8 está conectado (como se indica mediante una línea discontinua) con un controlador del dispositivo receptor 2. Este controlador es parte del dispositivo receptor 2, pero no se muestra en la Fig. 3. El controlador de sistema del sistema de batería 8 envía información sobre el voltaje de carga deseado al controlador del dispositivo receptor 2 y, durante el funcionamiento normal, el dispositivo receptor 2 produce el voltaje de carga deseado en las conexiones del rectificador 7 al circuito intermedio de corriente continua 33.
El controlador de sistema del sistema de batería 8 evalúa repetidamente los valores de medición generados por el sensor de corriente 35 para monitorizar la corriente de carga. Además, determina si la corriente de carga medida corresponde al voltaje de carga deseado. Si hay una desviación significativa entre la operación de carga deseada y la operación de carga actual, y si esta desviación significativa cumple un criterio predeterminado, el controlador de sistema del sistema de batería 8 controla el control de interruptor 32 para abrir el interruptor 31.
Las modificaciones y alternativas del ejemplo mostrado en la Fig.3 se derivan de la descripción general del método y de la disposición anterior. En particular, el al menos un controlador de sistema del sistema de batería puede evaluar las señales de los sensores asociados con las celdas de la batería para determinar repetidamente si se cumple el criterio predeterminado. Además, o alternativamente, ambos controladores de sistema del sistema de batería pueden operar de la misma manera determinando y enviando información sobre el valor deseado del voltaje de carga al dispositivo receptor, evaluando las señales del sensor y/o los valores medidos del sensor de corriente, determinando si se cumple un criterio predeterminado que indica una desviación significativa de la operación deseada, y controlando el contactor para desconectar el sistema de batería del dispositivo receptor si se cumple el criterio predeterminado. Además de lo mostrado en la Fig. 3, el interruptor puede estar situado en la salida del rectificador, de modo que el rectificador se puede desconectar no sólo del sistema de batería, sino también de la red eléctrica de a bordo.
Como opción adicional u operación alternativa, antes de desconectar la conexión del sistema de batería al circuito intermedio de corriente continua, el(los) controlador(es) del sistema o el sistema de batería pueden comunicar al dispositivo receptor un mensaje en caso de que los resultados de evaluación procedentes de la evaluación de las señales de sensor y/o la corriente de carga eléctrica indiquen una desviación del funcionamiento deseado. Por ejemplo, se puede definir un primer criterio predeterminado y los controladores del sistema envían una señal al dispositivo receptor si se cumple el primer criterio. Puede haber un segundo criterio predeterminado definido que no necesariamente se cumple si se cumple el primer criterio. Si las señales transferidas desde el controlador de sistema al dispositivo receptor no dan como resultado la operación de carga deseada, el controlador de sistema puede decidir que se cumple el segundo criterio y que se debe abrir el contactor. Alternativamente, el cumplimiento del segundo criterio puede requerir una desviación mayor de la operación de carga actual de la operación deseada que para el primer criterio.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Un método para operar un sistema de batería para proporcionar energía eléctrica a un vehículo (1), en donde
• se generan señales de sensor que representan cantidades eléctricas y/o temperaturas de celdas individuales (13) y/o módulos individuales (12), comprendiendo los módulos (12) una pluralidad de celdas de batería (13), de al menos una batería del sistema de batería,
• se transfieren las señales de sensor a un primer controlador de sistema (15a) y a un segundo controlador de sistema (15b),
• tanto el primer controlador de sistema (15a) como el segundo controlador de sistema (15b) evalúan las señales de sensor y controlan el sistema de batería, dependiendo de los correspondientes resultados de evaluación,
• el primer controlador de sistema (15a) es operado en combinación con un primer dispositivo de monitorización (17a) y el segundo controlador de sistema (15b) es operado en combinación con un segundo dispositivo de monitorización (17b),
• el primer dispositivo de monitorización (17a) monitoriza una operación del segundo controlador de sistema (15b) según un procedimiento de monitorización y el segundo dispositivo de monitorización (17b) monitoriza una operación del primer controlador de sistema (15a) según un procedimiento de monitorización,
• dependiendo de los resultados de monitorización del primer dispositivo de monitorización (17a) y del segundo dispositivo de monitorización (17b), se controla el sistema de batería,
caracterizado por que
- si los resultados de monitorización cumplen una condición predefinida, se reduce la potencia eléctrica entregada por el sistema de batería a un consumidor eléctrico del vehículo (1),
- si los resultados de monitorización cumplen una condición predefinida, se restringe el tiempo de funcionamiento del sistema de batería mientras el sistema de batería suministra energía eléctrica a un consumidor eléctrico del vehículo (1),
- si los resultados de control cumplen una condición predefinida, se desconecta una conexión eléctrica del sistema de batería a un cargador y/o a un consumidor eléctrico del vehículo (1), y/o
- si el primer dispositivo de monitorización (17a) y/o el segundo dispositivo de monitorización (17b) han determinado un error o mal funcionamiento del sistema de batería, se limita la potencia de carga del sistema de batería,
y por que el procedimiento de monitorización realizado por el respectivo dispositivo de monitorización (17a, 17b) incluye comparar primeras señales de sensor procesadas, que son señales de sensor recibidas y procesadas por el primer controlador de sistema (15a) mediante la utilización de rutinas de evaluación computarizadas, con segundas señales de sensor procesadas, que son señales de sensor recibidas y procesadas por el segundo controlador de sistema (15b) mediante la utilización de rutinas de evaluación computarizadas,
en donde el procedimiento de monitorización realizado por el respectivo dispositivo de monitorización (17a, 17b) incluye comparar las señales de sensor recibidas y procesadas por el primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b), incluyendo
• comparar las señales de sensor recibidas por el primer y segundo controlador de sistema y/o,
• monitorizar las rutinas de autoprueba y/o autodiagnóstico y/o comparar los resultados de las rutinas de autoprueba y/o autodiagnóstico del primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b) y/o
• comparar información dentro del primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b) con respecto a al menos uno de los sensores combinados con celdas de baterías y/o módulos de batería y/o
• comparar y/o analizar información sobre los procedimientos operativos realizados por el primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b) y/o
• comprobar si los procedimientos realizados por el primer y segundo controlador de sistema se realizan correctamente.
2. El método de la reivindicación 1, en donde, mientras se monitoriza el funcionamiento del primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b), el primer dispositivo de monitorización (17a) y/o el segundo dispositivo de monitorización (17b) comparan los resultados de evaluación de una evaluación de las señales de sensor realizada por el segundo controlador de sistema (15b) con resultados de evaluación de una evaluación de las señales de sensor realizada por el primer controlador de sistema (15a).
3. El método de la reivindicación 1 o 2, en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) determinan a partir de una operación deseada de carga del sistema de batería un valor deseado de un voltaje de carga y envían información sobre el valor deseado a un controlador de carga, en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) evalúan las señales de sensor y/o una corriente de carga eléctrica utilizada para cargar el sistema de batería y generan un resultado de evaluación correspondiente, en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) determinan, teniendo en cuenta la operación deseada de carga del sistema de batería y el resultado de la evaluación, si se cumple un criterio predeterminado que indica una desviación significativa de la operación deseada y en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) controlan una conexión eléctrica desde el sistema de batería a un dispositivo receptor del lado secundario de un sistema de transferencia de energía inductiva, funcionando el dispositivo receptor como un cargador que carga el sistema de batería, para que sea desconectado.
4. Una disposición para proporcionar energía eléctrica a un vehículo (1), comprendiendo la disposición un sistema de batería para almacenar energía y para entregar energía almacenada, en donde:
• el sistema de batería comprende una pluralidad de celdas de batería (13),
• el sistema de batería comprende una pluralidad de sensores (14) adaptados para generar señales de sensor que representan cantidades eléctricas y/o temperaturas de celdas de batería individuales (13) y/o módulos de batería individuales (12), comprendiendo los módulos (12) una pluralidad de celdas de batería (13), del sistema de batería,
• el sistema de batería comprende un primer controlador de sistema (15a) y un segundo controlador de sistema (15b),
• el sistema de batería comprende conexiones desde la pluralidad de sensores al primer controlador de sistema (15a) y al segundo controlador de sistema (15b) para transferir las señales de sensor,
• tanto el primer controlador de sistema (15a) como el segundo controlador de sistema (15b) están adaptados para evaluar las señales de sensor y controlar el sistema de batería, dependiendo de los correspondientes resultados de evaluación,
• el primer controlador de sistema (15a) está combinado con un primer dispositivo de monitorización (17a) y el segundo controlador de sistema (15b) está combinado con un segundo dispositivo de monitorización (17b),
• el primer dispositivo de monitorización (17a) está adaptado para monitorizar una operación del segundo controlador de sistema (15b) según un procedimiento de monitorización y el segundo dispositivo de monitorización (17b) está adaptado para monitorizar una operación del primer controlador de sistema (15a) de acuerdo a un procedimiento de monitorización,
• el sistema de batería está adaptado para controlar el sistema de batería dependiendo de los resultados de monitorización del primer dispositivo de monitorización (17a) y del segundo dispositivo de monitorización (17b),
caracterizado por que el primer dispositivo de monitorización (17a) y el segundo dispositivo de monitorización (17b) están adaptados
- para activar y/o iniciar, si los resultados de la monitorización cumplen una condición predefinida, reduciendo la energía eléctrica entregada por el sistema de batería a un consumidor eléctrico del vehículo (1),
- para activar y/o iniciar, si los resultados de la monitorización cumplen una condición predefinida, restringiendo un tiempo de funcionamiento del sistema de batería mientras el sistema de batería suministra energía eléctrica a un consumidor eléctrico del vehículo (1),
- para activar y/o iniciar, si los resultados de la monitorización cumplen una condición predefinida, desconectando una conexión eléctrica del sistema de batería a un cargador y/o a un consumidor eléctrico del vehículo (1), y/o
para limitar la potencia de carga del sistema de batería,
y por que el dispositivo de monitorización respectivo (17a, 17b) está adaptado para realizar el procedimiento de monitorización que incluye comparar primeras señales de sensor procesadas, que son señales de sensor recibidas de la pluralidad de sensores (14) y procesadas por el primer controlador de sistema (15a) mediante la utilización de rutinas de evaluación computarizadas, con segundas señales de sensor procesadas, que son señales de sensor recibidas desde la pluralidad de sensores (14) y procesadas por el segundo controlador de sistema (15b) mediante la utilización de rutinas de evaluación computarizadas,
en donde el procedimiento de monitorización realizado por el respectivo dispositivo de monitorización (17a, 17b) incluye comparar las señales de sensor recibidas y procesadas por el primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b), incluyendo
• comparar las señales de sensor recibidas por el primer y segundo controlador de sistema y/o,
• monitorizar las rutinas de autoprueba y/o autodiagnóstico y/o comparar los resultados de las rutinas de autoprueba y/o autodiagnóstico del primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b) y/o
• comparar información dentro del primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b) con respecto a al menos uno de los sensores combinados con celdas de baterías y/o módulos de batería y/o
• comparar y/o analizar información sobre los procedimientos operativos realizados por el primer y segundo controlador de sistema (15a, 15b) y/o
• comprobar si los procedimientos realizados por el primer y segundo controlador de sistema se realizan correctamente.
5. La disposición de la reivindicación 4, en donde el primer dispositivo de monitorización (17a) y/o el segundo dispositivo de monitorización (17b) están adaptados para comparar los resultados de evaluación de una evaluación de las señales de sensor realizada por el segundo controlador de sistema (15b) con los resultados de evaluación de una evaluación de las señales de sensor realizada por el primer controlador de sistema (15a).
6. La disposición de las reivindicaciones 4 o 5, en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) están adaptados para determinar a partir de una operación deseada de carga del sistema de batería un valor deseado de un voltaje de carga y para enviar información sobre el valor deseado a un controlador de carga, en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) están adaptados para evaluar las señales de sensor y/o una corriente de carga eléctrica utilizada para cargar el sistema de batería y está/están adaptados para generar un resultado de evaluación correspondiente, en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) están adaptados para determinar, teniendo en cuenta la operación deseada de cargar el sistema de batería y el resultado de la evaluación, si se cumple un criterio predeterminado que indique una desviación significativa de la operación deseada y en donde el primer controlador de sistema (15a) y/o el segundo controlador de sistema (15b) están adaptados para controlar una conexión eléctrica desde el sistema de batería a un dispositivo receptor del lado secundario de un sistema de transferencia de energía inductiva, funcionando el dispositivo receptor como un cargador que carga el sistema de batería, para que sea desconectado.
7. Un vehículo (1) que comprende
• una red eléctrica a bordo (9),
• la disposición de una de las reivindicaciones 4 a 6, en donde el sistema de batería está conectado eléctricamente a la red eléctrica (9), y
• un cargador (2, 7) para cargar el sistema de batería.
8. El vehículo (1) de la reivindicación 7, en donde el vehículo comprende un dispositivo receptor del lado secundario de un sistema de transferencia de energía inductiva como cargador.
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