ES2961652T3 - Medidor de energía multifásico configurado para monitorizar el voltaje de la batería del generador - Google Patents

Abstract

En el presente documento se describen realizaciones de sistemas y métodos para determinar el estado de salud de un conjunto de batería de generador y su capacidad para suministrar energía de arranque al motor de arranque del generador capturando un perfil de voltaje a través de los terminales de la batería durante un suministro de energía eléctrica desde la batería al arrancador y comparar el perfil de voltaje capturado con un perfil de voltaje de referencia para determinar si una diferencia entre el perfil de voltaje capturado y el perfil de voltaje de referencia excede una cantidad aceptable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Medidor de energía multifásico configurado para monitorizar el voltaje de la batería del generador

Antecedentes

Los generadores eléctricos de respaldo de combustión interna (también denominados en el presente documento simplemente "generadores") utilizados en instalaciones críticas dependen de baterías en buen estado para proporcionar la energía necesaria durante el arranque. Las pruebas de baterías a menudo se incluyen como parte del mantenimiento y las pruebas regulares del generador, y dichas pruebas a menudo se clasifican en las categorías de estado de carga (SOC) y estado de salud (SOH). Los métodos de prueba SOH pueden requerir mano de obra (tal como pruebas químicas de muestras de electrolitos de celdas) o mediciones eléctricas simples que pueden generar falsas alarmas, o no proporcionar notificación de fallos pendientes (tal como puntos de ajuste básicos en el voltaje mínimo durante el arranque del generador). Las mediciones eléctricas más avanzadas para el seguimiento de baterías SOH pueden implicar mediciones de voltaje y corriente, pero pueden requerir costosos transductores de corriente continua. Los documentos US2002/113593, US2004/080406, US6118252, XP055751986 ("StruxureWare(TM) Power Monitoring(TM) 7.0 - EPSSTest Solution - Emergency Power Supply System Configuration Utility and Reports User Guide'', 1 de mayo de 2012 (2012-05-01), páginas 1-78, obtenido de Internet : URL: https://download.schneiderelectric.com/files?p_enDocType=Instruction+sheet&p_File_Name=7EN52-0246-01+EPSS+Configuration Utility+User+Guide.pdf) y XP055298365 ("StruxureWare(TM) Power Monitoring(TM) 7.0 - EPSS Test Solution -Emergency Power Supply System Installation and Configuration Guide", 1 de mayo de 2012 (2012-05-01), páginas 1 -138, obtenido de Internet: URL: http://static.schneider -electric.us/docs/Energy%20Solutions/Offers%20by%20Market%20Segment/Healthcare/7EN42-0070-02%20EPSS%20Installation%20Configuration %20Guide.pdf) muestran ejemplos de métodos y sistemas para monitorizar baterías de generadores de acuerdo con la técnica anterior disponible.

Los aspectos y las realizaciones de la presente divulgación están dirigidas generalmente a métodos y aparatos para determinar el estado de una batería utilizada para arrancar un generador eléctrico de respaldo de combustión interna.

Compendio

La invención está definida por las reivindicaciones independientes 1 y 7. Las realizaciones preferidas de la invención se mencionan en las reivindicaciones dependientes.

De acuerdo con un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema para determinar el estado de salud de una batería de generador y la capacidad de la batería para suministrar energía de arranque a un motor de arranque de generador. El sistema comprende un generador que tiene un motor de arranque y salidas eléctricas, una batería conectada eléctricamente al motor de arranque del generador y un sistema de monitorización que incluye un medidor eléctrico conectado eléctricamente a las salidas eléctricas del generador y a la batería, estando el sistema de monitorización configurado para monitorizar las características eléctricas de la energía suministrada desde las salidas eléctricas del generador, capturar mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a través de los terminales de la batería durante un suministro de energía eléctrica desde la batería al motor de arranque, y comparar las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo para hacer referencia a las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y determinar si una diferencia en los valores de voltaje entre las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo excede una cantidad aceptable.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema incluye además una salida configurada para emitir una advertencia como respuesta a la diferencia en los valores de voltaje entre las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que exceden la cantidad aceptable.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización incluye además un controlador configurado para proporcionar una señal al generador para que arranque y para proporcionar una señal al medidor eléctrico para comenzar a medir las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

De acuerdo con algunas realizaciones, el controlador está configurado además para hacer que el medidor eléctrico empiece a capturar las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con un retraso de captura previo a la activación antes del comienzo de una operación de arranque del generador.

De acuerdo con algunas realizaciones, el controlador está configurado además para generar una representación visual de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en comparación con las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado para generar las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a partir de mediciones previamente capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado para generar las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a partir de una agregación de una pluralidad de mediciones previamente capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado para generar las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a partir de una agregación de una pluralidad de mediciones previamente capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo capturadas a lo largo de una ventana de tiempo móvil durante la cual se realizó un número predefinido de operaciones de arranque del generador.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado para definir una o más regiones de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, teniendo cada una de las una o más regiones una duración y una magnitud del cambio de voltaje.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado para construir un modelo matemático que describe las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en una o más regiones y emitir una advertencia como respuesta a las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren del modelo matemático en una o más regiones correspondientes en más de una cantidad predeterminada.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado para comparar una de una duración y una magnitud de cambio de voltaje de al menos una región de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con la de al menos una región correspondiente de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y emitir una advertencia como respuesta a una diferencia entre una de la duración y la magnitud del cambio de voltaje de al menos una región de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y la de una región correspondiente de las mediciones de referencia del voltaje de la batería en el tiempo que excede una cantidad predefinida.

De acuerdo con algunas realizaciones, el sistema de monitorización está configurado además para generar una o más ecuaciones matemáticas que describen las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en una o más regiones, definir límites de control de proceso estadístico sobre una o más ecuaciones matemáticas, y emitir una advertencia que responde a puntos de datos en las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, que incumplen una regla de control de proceso estadístico relativa a los límites de control de proceso estadístico.

De acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un método para determinar el estado de salud de una batería de generador y la capacidad de la batería para suministrar energía de arranque a un motor de arranque de generador. El método comprende construir mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo para arranques del generador, monitorizar las características de la energía eléctrica suministrada por las salidas eléctricas del generador con un medidor eléctrico, capturar mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a través de los terminales de la batería durante una operación de arranque del generador con el medidor eléctrico, comparar las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, y emitir una advertencia como respuesta a uno o más parámetros de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de uno o más parámetros del mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en más de una cantidad predeterminada.

De acuerdo con algunas realizaciones, emitir la advertencia comprende emitir la advertencia como respuesta a una suma acumulativa de valores de diferencias entre una pluralidad de mediciones del voltaje de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y el voltaje de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en períodos de tiempo correspondientes que excedan un límite predefinido.

De acuerdo con algunas realizaciones, construir las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo para arranques del generador comprende definir una o más regiones de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, teniendo cada una de las una o más regiones una duración y una magnitud del cambio de voltaje y en donde capturar las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo comprende definir una o más regiones en las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo correspondientes a una o más regiones definidas en las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

De acuerdo con algunas realizaciones, emitir la advertencia comprende emitir la advertencia como respuesta a una desviación estándar de una pluralidad de mediciones del voltaje en una o más de las regiones de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que exceda una desviación estándar del voltaje en las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en una o más regiones correspondientes en más de una cantidad predefinida.

De acuerdo con algunas realizaciones, emitir la advertencia comprende emitir la advertencia como respuesta a uno o más parámetros de al menos dos de las regiones de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de uno o más parámetros de las regiones correspondientes de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en cantidades superiores a las predeterminadas.

De acuerdo con algunas realizaciones, emitir la advertencia comprende emitir la advertencia como respuesta a uno o más parámetros de una región de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de uno o más parámetros de una región correspondiente de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en más de una cantidad predeterminada durante más de un período de tiempo predeterminado.

De acuerdo con algunas realizaciones, el método comprende además generar una pluralidad de mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo correspondientes a diferentes niveles de un factor ambiental y comparar las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo seleccionadas de la pluralidad de mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo como respuesta a un nivel del factor ambiental.

De acuerdo con algunas realizaciones, el método comprende además monitorizar las mediciones en estado estacionario del voltaje de la batería a lo largo del tiempo durante un tiempo distinto que durante la operación de arranque del generador y emitir una advertencia como respuesta a las mediciones en estado estacionario monitorizadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de las mediciones de referencia en estado estacionario del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en más de una cantidad predefinida.

Breve descripción de los dibujos

Los dibujos adjuntos no están destinados a estar dibujados a escala. En los dibujos, cada componente idéntico o casi idéntico que se ilustra en varias figuras está representado por un número igual. Para mayor claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en cada dibujo. En los dibujos:

la FIG. 1 es una ilustración de una disposición de terminales de entrada de un medidor de energía de acuerdo con una realización de la divulgación;

la FIG. 2A es un ejemplo de un perfil de voltaje de batería durante el arranque de un generador;

la FIG. 2B es un ejemplo de un segundo perfil de voltaje de batería durante el arranque de un generador;

la FIG. 3 ilustra una comparación entre un ejemplo de un perfil de voltaje de batería durante el arranque de un generador y un perfil de batería de referencia;

la FIG. 4 es una ilustración esquemática de un sistema de acuerdo con una realización de la divulgación;

la FIG. 5A es un ejemplo de un tercer perfil de voltaje de batería durante el arranque de un generador superpuesto con un perfil de voltaje de referencia para una tercera batería;

la FIG. 5B ilustra diferencias calculadas en valor entre lecturas de voltaje en el tercer perfil de voltaje de batería y los valores de voltaje correspondientes en el perfil de voltaje de referencia para la tercera batería;

la FIG. 5C ilustra una suma acumulativa de las diferencias calculadas ilustradas en la FIG. 5B;

la FIG. 6A es un ejemplo de un cuarto perfil de voltaje de batería durante el arranque de un generador superpuesto a un perfil de voltaje de referencia para una cuarta batería;

la FIG. 6B ilustra diferencias calculadas en valor entre lecturas de voltaje en el cuarto perfil de voltaje de batería y los valores de voltaje correspondientes en el perfil de voltaje de referencia para la cuarta batería; y

la FIG. 6C ilustra una suma acumulativa de las diferencias calculadas ilustradas en la FIG. 6B.

Descripción detallada

Los aspectos y las realizaciones de la presente divulgación incluyen un método para determinar el SOH de una batería o conjunto de batería de generador (denominado en el presente documento simplemente "batería") y su capacidad para suministrar energía de arranque a un generador capturando el perfil de voltaje de la batería durante el arranque del generador y el seguimiento del perfil de voltaje a lo largo del tiempo. Un conjunto de batería puede estar compuesto por más de una unidad de batería para generar el voltaje y la corriente de corriente continua requeridos por un motor de arranque para arrancar el generador.

Los aspectos del perfil de voltaje de la batería durante el arranque del generador, tales como la forma del perfil, la magnitud de un cambio en el voltaje durante el arranque y/o el tiempo requerido para arrancar el generador, pueden cambiar cuando el SOH de la batería se deteriora. Se puede utilizar una variedad de técnicas para filtrar variaciones sutiles entre los perfiles de voltaje de la batería para diferentes arranques del generador y resaltar variaciones que indican un fallo pendiente de la batería antes de que ocurra. Se pueden utilizar las realizaciones del método y de sistemas que implementan realizaciones del método para determinar el SOH de la batería midiendo únicamente el perfil de voltaje de la batería, sin la necesidad de medir otros parámetros, por ejemplo, la corriente proporcionada desde la batería durante operaciones tales como como el arranque de un generador o la corriente entregada a la batería durante operaciones tales como la carga de la batería.

La FIG. 1 muestra los terminales de un medidor de energía digital para recibir señales, por ejemplo, lecturas de voltaje y/o corriente, desde la salida trifásica de un generador, así como terminales para recibir una señal, por ejemplo, una medición de voltaje, desde la batería del generador. Los medidores de energía digitales que se pueden utilizar en diversas realizaciones de la presente divulgación incluyen, por ejemplo, un medidor de potencia y energía PowerLogic<®>ION7650/7550 (Schneider Electric, Victoria, BC). Los generadores que se pueden utilizar en diversas realizaciones de la presente divulgación incluyen, por ejemplo, un generador diésel CAT<®>3512B (Caterpillar Inc., Peoria, IL).

En la Fig. 1, los terminales V<1>, V<2>, y V<3>se utilizan para monitorizar el voltaje de cada una de las salidas trifásicas del generador, etiquetadas como líneas A, B y C, respectivamente, en relación con la línea de neutro N. V<ref>está conectado eléctricamente a tierra. Los terminales I<11>y I<12>se utilizan para monitorizar la corriente a través de la línea A de salida del generador. Los terminales I<21>e I<22>se utilizan para monitorizar la corriente a través de la línea de salida B del generador. Los terminales I<31>e I<32>se utilizan para monitorizar la corriente a través de la línea de salida C del generador. Los terminales I<41>e I<42>se utilizan para monitorizar la corriente a través de la línea de neutro N del generador. El terminal I<4>es una conexión a tierra. Conectar I<41>e I<42>al terminal I<4>es opcional. Los terminales I<51>e I<52>son entradas de monitor de corriente de repuesto que normalmente están conectadas a tierra a menos que sea necesario. Los terminales G, L/+ y N/- son conexiones de tierra, de línea y de neutro para el suministro de energía al medidor de energía.

El terminal V<4>por lo general, no se utiliza en medidores de energía digitales, por ejemplo, en un medidor de potencia y energía PowerLogic<®>ION7650/7550 para monitorizar el rendimiento de generadores. El terminal V<4>por lo general, está conectado a tierra y reservado para su uso como entrada de repuesto si es necesario. En otros casos V<4>se utiliza para medir una línea de neutro N al potencial de tierra del generador.

En algunas realizaciones de la presente divulgación, el terminal V<4>se puede utilizar para controlar el voltaje de una batería utilizada para proporcionar energía a un motor de arranque para arrancar el generador. El medidor de energía digital puede monitorizar y registrar el voltaje entre los terminales de la batería durante la operación de arranque del generador para evaluar el estado de la batería y/o del generador y/o del sistema batería/generador, incluido el generador, la batería, el motor de arranque y otros componentes auxiliares. En algunas realizaciones, el medidor de energía se activa para comenzar a capturar datos de voltaje a través del terminal V<4>justo cuando el generador inicia un arranque, con un retraso de captura previo a la activación opcional de entre, por ejemplo, aproximadamente 10 milisegundos y aproximadamente 100 milisegundos utilizado para garantizar que se capture el perfil completo de voltaje de la batería durante el arranque del generador. El medidor de energía puede capturar mediciones del voltaje de la batería a una frecuencia de entre aproximadamente 1000 Hz (una muestra por milisegundo) y aproximadamente 10 Hz (una muestra por 100 milisegundos) para crear una forma de onda que represente el voltaje de la batería a lo largo del tiempo. En algunas realizaciones, el medidor de energía ejecuta constantemente la captura de voltaje de alta velocidad a través de un búfer circular. Si se produce un evento (tal como la activación a través del contacto de arranque), este búfer se guarda en la memoria. En algunas realizaciones, el búfer contiene una cantidad finita de datos, por ejemplo, aproximadamente 1,5 segundos de datos, y se pueden capturar múltiples ciclos de búfer para crear capturas consecutivas de formas de onda para un evento que tiene una duración mayor que esta. Las capturas de formas de onda consecutivas se pueden ensamblar y escalar para producir el perfil completo de voltaje de la batería durante toda la operación de arranque del generador. El perfil de voltaje se puede almacenar en la memoria del medidor de energía o externamente respecto del medidor de energía y compararse mediante el medidor de energía o mediante un controlador externo conectado al medidor de energía con un perfil de referencia también almacenado en la memoria ya sea externa o interna al medidor de energía para determinar el estado de salud de la batería y/o del generador y/o del sistema de batería/generador y producir un resultado para un operador como se describe más adelante. El uso del terminal de repuesto V<4>en un medidor de energía existente para un generador puede eliminar la necesidad de suministrar un sistema de monitorización de voltaje separado para el sistema de generador. Además, los medidores de energía digitales existentes en generadores existentes se pueden modificar, por ejemplo, reprogramar, para realizar los métodos descritos en el presente documento sin la necesidad de comprar componentes adicionales de elevado coste.

Como se ilustra en la FIG. 4, un sistema, indicado generalmente en 400, puede incluir un medidor de energía digital 410 como se describió anteriormente y estar conectado eléctricamente tanto a un generador 420 como a una batería de arranque 430 para el generador. El medidor de energía digital puede monitorizar parámetros eléctricos, por ejemplo, voltaje de salida y/o corriente de una o más líneas de salida de energía del generador 420 así como voltaje a través de los terminales de la batería 430. También puede estar presente un controlador 440 y puede estar conectado eléctricamente a uno o ambos del medidor de energía digital 410 y el generador 420. El controlador 440 puede proporcionar señales al generador para arrancar y/o detenerse. El controlador 440 también puede proporcionar una señal al medidor de energía digital para comenzar a medir y/o registrar lecturas del voltaje a través de los terminales de la batería 430 durante, por ejemplo, el arranque del generador. El controlador 440 puede proporcionar una señal al medidor de energía digital para comenzar a medir y/o registrar lecturas del voltaje a través de los terminales de la batería 430 antes del arranque del generador y/o después del arranque del generador. El controlador 440 puede proporcionar una señal al medidor de energía digital para medir y/o registrar lecturas del voltaje a través de los terminales de la batería 430 durante la carga de la batería.

En diferentes realizaciones, el controlador 440 se puede implementar en cualquiera de numerosas formas. En un ejemplo, un controlador computarizado de realizaciones del sistema descrito en el presente documento se implementa utilizando uno o más sistemas informáticos. Los sistemas informáticos pueden incluir, por ejemplo, un ordenador de uso general tal como uno basado en un Intel PENTIUM® o procesador CoreTM, un procesador Motorola PowerPC®, un procesador Sun UltraSPARC®, un procesador Hewlett-Packard PA-RISC®, o cualquier otro tipo de procesador o combinaciones de los mismos. Alternativamente, el sistema informático puede incluir hardware especialmente programado y para fines especiales, por ejemplo, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC) o controladores destinados específicamente a equipos de generación de energía.

El sistema informático puede incluir uno o más procesadores típicamente conectados a uno o más dispositivos de memoria, que pueden comprender, por ejemplo, uno cualquiera o más de una memoria de unidad de disco, un dispositivo de memoria flash, un dispositivo de memoria RAM u otro dispositivo para almacenar datos. Los dispositivos de memoria se utilizan normalmente para almacenar programas y datos durante el funcionamiento del controlador y/o del sistema informático. Por ejemplo, la memoria se puede utilizar para almacenar datos históricos relacionados con los parámetros eléctricos medidos del generador 420 y/o de la batería 430 durante un período de tiempo, perfiles de voltaje de la batería de referencia, así como datos de medición de parámetros eléctricos actuales. El software, incluido el código de programación que implementa realizaciones de la divulgación, se puede almacenar en un medio de grabación no volátil legible y/o grabable por ordenador, y después ser copiado en la memoria en la que después se puede ejecutar mediante un procesador. Dicho código de programación se puede escribir en cualquiera de una pluralidad de lenguajes de programación, por ejemplo, Java, Visual Basic, C, C# o C++, Fortran, Pascal, Eiffel, Basic, COBAL o cualquiera de una variedad de combinaciones de los mismos.

Los componentes del sistema informático pueden estar conectados mediante un mecanismo de interconexión, que puede incluir uno o más buses (por ejemplo, entre componentes que están integrados dentro de un mismo dispositivo) y/o una red (por ejemplo, entre componentes que residen en dispositivos discretos separados). El mecanismo de interconexión normalmente permite que se intercambien comunicaciones (por ejemplo, datos, instrucciones) entre componentes del sistema.

El sistema informático también puede incluir uno o más dispositivos de entrada, por ejemplo, un teclado, un ratón, ratón de bola, un micrófono, una pantalla táctil y uno o más dispositivos de salida, por ejemplo, un dispositivo de impresión, pantalla o altavoz. El sistema informático puede estar vinculado, electrónicamente o de otro modo, a uno o más del generador 420, el medidor eléctrico 410 y/o la batería 430. Además, el sistema informático puede contener una o más interfaces (no mostradas) que pueden conectar el sistema informático a una red de comunicación (además o como alternativa a la red que puede estar formada por uno o más de los componentes del sistema). Esta red de comunicaciones, en algunas realizaciones, forma una parte de un sistema de control de proceso para una instalación que incluye el generador 420.

Según una o más realizaciones, uno o más dispositivos de salida están conectados a otro sistema o componente informático para comunicarse con el sistema informático a través de una red de comunicación. Tal configuración permite que un sistema de medidor/generador eléctrico esté situado a una distancia significativa de otro sistema de medidor/generador eléctrico o permite que cualquier sistema de medidor/generador eléctrico esté situado a una distancia significativa de cualquier subsistema y/o el controlador, proporcionando aún datos entre ellos.

Aunque el sistema informático descrito anteriormente es un tipo de sistema informático en el que se pueden llevar a la práctica diversos aspectos de la divulgación, se debe apreciar que la divulgación no se limita a ser implementada en software o en un sistema informático como se ha descrito anteriormente. De hecho, en lugar de implementarse, por ejemplo, en un sistema informático de propósito general, el controlador 440, o componentes o subsecciones del mismo, se pueden implementar alternativamente como un sistema dedicado o como un controlador lógico programable (PLC) dedicado o en un sistema de control distribuido. Además, se debe apreciar que una o más características o aspectos del sistema de control se pueden implementar en software, hardware o firmware, o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, uno o más segmentos de un algoritmo ejecutable en el sistema informático se pueden realizar en ordenadores separados, que a su vez, pueden estar en comunicación a través de una o más redes.

FIG. 2A muestra un perfil de voltaje de batería de muestra durante el arranque de un primer generador. Las mediciones de alta velocidad del voltaje de la batería están trazadas como la línea 205, con el generador arrancando entre los tiempos 220 y 226. En el tiempo 220, el motor de arranque se activa y el voltaje de la batería cae desde el nivel 210 hasta un nivel de voltaje mínimo 212 en el tiempo 222. Cuando el motor de arranque hace girar el generador, la forma del perfil de voltaje de la batería cambia en varias etapas distintas. Durante los periodos de tiempo 230 y 232, el nivel de voltaje de la batería aumenta y se aproxima asintóticamente a los niveles de voltaje 214 y 216, respectivamente. Las regiones del perfil de voltaje durante las duraciones 230 y 232 tienen una forma similar, pero varían en la magnitud del cambio de voltaje en las regiones y en la duración de las regiones. La región que incluye la duración 230 puede, por ejemplo, representar el motor de arranque que hace girar el generador y la región que incluye la duración 232 puede representar el inicio del generador y el motor de arranque que se desconecta después de que el generador esté funcionando por sí solo. Sin limitarse a ninguna teoría particular, el voltaje a través de los terminales de la batería puede aumentar durante el período de tiempo 230 cuando el motor de arranque comienza a girar y genera un EMF inverso que se devuelve a la batería. Durante el período de tiempo 232, el voltaje a través de los terminales puede aumentar debido a que el generador comienza a funcionar por sí solo y el motor de arranque se desconecta del generador. En el tiempo 226, el perfil de voltaje de la batería aumenta rápidamente desde el nivel de voltaje 216, que puede representar que el motor de arranque se desconecta y un alternador operado por el generador comienza a recargar la batería, hasta el nivel estable 218, que aumenta lentamente con el tiempo a medida que se recarga la batería.

Las características del perfil de voltaje de la batería ilustradas en la FIG. 2A se pueden utilizar para construir un perfil de voltaje de referencia para arranques del generador, y los perfiles futuros de voltaje de la batería capturados durante los arranques del generador se pueden comparar con este perfil de voltaje de referencia para determinar si ha habido un deterioro en el rendimiento de la batería y/o del motor de arranque del generador y/o del generador y/o del equipo auxiliar asociado. En una implementación, las regiones del perfil de voltaje de referencia se describen en términos de la magnitud del cambio de voltaje y de la duración, representando cada región una etapa diferente del arranque del generador. Cada región se puede definir en términos de magnitud absoluta del cambio de voltaje y duración, o como un porcentaje de la magnitud máxima del cambio de voltaje y duración de un perfil de voltaje de la batería. El perfil de voltaje de referencia se puede definir de antemano utilizando valores predeterminados de magnitud y duración, o los valores de magnitud y duración se pueden determinar a partir de una agregación de múltiples capturas de perfil de voltaje de la batería de sistemas de baterías, motores de arranque y generadores en buen estado conocidos. El conjunto de perfiles de voltaje de batería agregados para determinar el perfil de voltaje de referencia se puede capturar una vez durante algún período de tiempo de referencia, o el conjunto de perfiles de voltaje de la batería se puede capturar durante una ventana de tiempo móvil en el pasado reciente. La ventana de tiempo móvil puede ser una ventana durante la cual se realizan un número predefinido de operaciones de arranque del generador, por ejemplo, aproximadamente 5, aproximadamente 8 o aproximadamente 16 operaciones de arranque del generador.

A modo de ejemplo, considérese un perfil de voltaje de referencia basado en el perfil de voltaje de la batería que se muestra en la FIG. 2A. Este perfil de referencia puede estar compuesto por tres regiones, estando cada región diseñada para coincidir con las tres regiones mostradas para el perfil de voltaje de la batería 205: (a) una primera región que incluye la caída de voltaje máxima entre los tiempos 220 y 222, denominada en el presente documento "región de acoplamiento"; (b) una segunda región a lo largo de la duración 230, denominada en el presente documento "región de arranque"; y (c) una tercera región durante la duración 232, denominada "región de arranque del generador". Como se señaló anteriormente, cada región se puede definir en términos de magnitud absoluta del cambio de voltaje y duración - la región (a), por ejemplo, se puede definir como teniendo una magnitud de cambio de voltaje del nivel de voltaje 210 - nivel de voltaje 212 y una duración de tiempo 222 - y tiempo 220. Alternativamente, cada una de la magnitud del cambio de voltaje y la duración de cada región se puede definir como un porcentaje de la magnitud máxima del cambio de voltaje y la duración de un perfil de voltaje de la batería seleccionado. La región (b), por ejemplo, podría definirse para que tenga una magnitud de cambio de voltaje de X% del nivel de voltaje 210 - nivel de voltaje 212 y una duración de Y% del tiempo 226 - tiempo 220 del perfil de voltaje de la batería 205.

En otra implementación, se utilizan uno o más modelos matemáticos para representar el perfil de voltaje de referencia. Suponiendo que la FIG. 2A muestra un perfil de voltaje de batería típico para un generador particular, un perfil de voltaje de referencia diseñado para coincidir con el perfil de voltaje de batería 205 puede estar compuesto por varios modelos, coincidiendo cada modelo con una región del perfil 205. Este modelo compuesto se puede definir directamente basándose en uno o más parámetros del generador, o el modelo compuesto puede estar basado en datos adquiridos de una o más capturas del perfil de voltaje de la batería. Se pueden utilizar diferentes tipos de modelos y parámetros para cada región para representar mejor el perfil de voltaje de referencia. La rápida caída del voltaje de la batería entre los tiempos 220 y 222, por ejemplo, se puede representar mediante una ecuación de línea recta. Los parámetros de la ecuación de línea recta se pueden obtener aplicando técnicas de regresión lineal en una serie de perfiles de voltaje de batería anteriores capturados durante el arranque del generador utilizando una batería en buen estado y un generador en buen estado. Esta ecuación puede tener la forma V = At V<0>, donde V es el voltaje observado, t es el tiempo desde el inicio del arranque del generador, por ejemplo, desde el tiempo 220, A representa la pendiente de la línea y puede ser un número negativo, y V<0>representa el voltaje en la intersección de la línea con el eje de voltaje en el tiempo 220. El perfil de voltaje de referencia durante la duración 230 se puede representar, por ejemplo, mediante alguna parte de una ecuación polinómica de segundo o tercer orden. Esta ecuación puede tener la forma V = At<3>+ Bt<2>+ Ct V<0>, donde V es el voltaje observado, t es el tiempo desde el inicio del arranque del generador, por ejemplo, desde el tiempo 220, A, B y C son constantes numéricas, y V<0>representa el voltaje en la intersección de la línea con el eje de voltaje en el tiempo 220. Los parámetros de la ecuación polinómica de segundo o tercer orden se pueden obtener aplicando técnicas de ajuste de curvas de mínimos cuadrados a varios perfiles de voltaje de batería anteriores capturados durante el arranque del generador utilizando una batería y un generador en buen estado.

La FIG. 2B muestra un perfil de voltaje de batería ligeramente diferente durante el arranque de un segundo generador. El perfil de voltaje de la batería (trazado como la línea 245) contiene varias características en común con el perfil de voltaje de la batería 205, pero también incluye una mayor magnitud de variación de voltaje de alta frecuencia a lo largo de la duración de tiempo 250. Esta variación de voltaje de alta frecuencia puede representar una conexión eléctrica imperfecta en los componentes implicados en el arranque del generador. Por ejemplo, esta variación de voltaje puede reflejar una conexión imperfecta de las escobillas en el motor de arranque. Un perfil de voltaje de referencia que describe la forma general de un perfil de voltaje de batería esperado durante el arranque del generador se puede ampliar para incorporar también la variación de voltaje de alta frecuencia que se muestra en la FIG. 2B. Un enfoque es modelizar la forma general del perfil como se describió anteriormente y también describir los parámetros de una señal adicional de alta frecuencia (como magnitud y frecuencia, un rango de magnitud y frecuencia, o una desviación estándar en lecturas de voltaje) para una región del perfil específica.

Una vez que se ha definido un perfil de voltaje de referencia, se puede dar seguimiento a los perfiles de voltaje de la batería capturados a lo largo del tiempo y compararlos con un perfil de referencia. La FIG. 3 es una comparación visual de un perfil de voltaje de referencia 310 con un perfil de voltaje de batería capturado 320. Como se muestra en la figura, el perfil de referencia 310 y el perfil capturado 320 presentan características similares entre los tiempos 332 y 336, pero después divergen en forma entre los tiempos 336 y 338.

Para ayudar en esta comparación, se pueden determinar regiones de un perfil de voltaje de batería capturado detectando un cambio en la pendiente de las mediciones de voltaje del perfil de batería a lo largo del tiempo. Se pueden aplicar una variedad de métodos conocidos para detectar este cambio de pendiente, y se pueden aplicar directamente a las mediciones capturadas, a una representación suavizada del perfil de voltaje de la batería o a una ecuación matemática que representa el perfil de voltaje de la batería que está definido en base a las mediciones capturadas. Como ejemplo, las mediciones se pueden suavizar aplicando el equivalente digital de un filtro de paso bajo a los datos, o promediando el conjunto de datos dentro de una ventana móvil. Una vez suavizados, los cambios en la pendiente se pueden detectar mediante cualquiera de un cierto número de técnicas, incluida la derivada del perfil de voltaje de la batería suavizado y la búsqueda de cambios que superen algún umbral predeterminado. Por ejemplo, si una parte del perfil de voltaje mostró una curva de voltaje suavizada para un número determinado de puntos de datos, por ejemplo 10, 50 o 100 puntos o más que diferían en más de una o más desviaciones estándar en la pendiente para una parte anterior del perfil de voltaje que incluye 10, 50 o 100 puntos de datos, se podría considerar que la parte del perfil de voltaje pertenece a una región diferente a la parte anterior. En otras realizaciones, las regiones de un perfil de voltaje de batería capturado se pueden determinar dividiendo el perfil de voltaje de batería capturado en regiones que tienen duraciones correspondientes a duraciones de regiones correspondientes de un perfil de voltaje de batería de referencia. Se puede utilizar cualquiera de las diversas técnicas matemáticas conocidas en la técnica para definir las diferentes regiones en un perfil de voltaje.

En una implementación, el perfil de voltaje de referencia se define en términos de una magnitud esperada de cambio de voltaje y duración para cada región del perfil, y se compara con las regiones correspondientes de un perfil de voltaje de batería capturado. A modo de ejemplo, el perfil de voltaje de referencia 310 en la FIG. 3 se puede definir en términos de magnitud del cambio de voltaje entre los voltajes 342 y 344 y el tiempo de duración 334 - tiempo 332 en la región de acoplamiento del perfil. Una representación suavizada del perfil de voltaje de la batería 320 tiene una magnitud similar de cambio de voltaje y duración de tiempo en esta región del perfil, y una comparación no indicaría ninguna diferencia significativa entre el perfil de voltaje de la batería suavizado 320 y el perfil de referencia 310 en esta región (o en la región de arranque desde el tiempo 334 hasta el tiempo 336). Sin embargo, una comparación de las magnitudes y duraciones del cambio de voltaje del perfil en la región de arranque del generador entre los tiempos 336 y 338 resaltaría una diferencia significativa en los niveles de voltaje entre el perfil de referencia 310 y el perfil de voltaje de batería suavizado 320, incluso aunque la duración del tiempo en esta región de los dos perfiles es similar.

En otra implementación, el perfil de voltaje de referencia se modeliza como una colección de ecuaciones, lo que proporciona una comparación más completa con un perfil de voltaje de batería capturado. Siguiendo con el ejemplo ilustrado por la FIG. 3, el perfil de voltaje de referencia 310 se modeliza como tres ecuaciones, con una ecuación para cada duración de tiempo mostrada (las duraciones de tiempo entre los tiempos 332 y 334, entre los tiempos 334 y 336, y entre los tiempos 336 y 338, correspondiendo estas duraciones de tiempo a las regiones de acoplamiento, arranque y arranque del generador, respectivamente). Entre los tiempos 332 y 334, el perfil de referencia se modeliza como una línea recta, y entre los tiempos 334 y 336 (así como entre los tiempos 336 y 338) el perfil de referencia se modeliza como una curva. Cada ecuación se puede definir en términos de tiempo transcurrido desde algún tiempo de referencia, donde el tiempo de referencia puede ser el inicio del suministro de energía al arrancador del generador (tiempo 332 en la FIG. 3) o el comienzo de la región del perfil para la cual está definida ecuación. Cada medición del perfil de voltaje de la batería suavizado se puede comparar con el resultado de la ecuación del perfil de referencia para el mismo tiempo. Alternativamente, se pueden comparar una o más mediciones de muestra del perfil de voltaje de batería suavizado con el resultado de la ecuación del perfil de referencia en un tiempo correspondiente. Como puede verse en la FIG. 3, aunque el perfil de voltaje de la batería suavizado y el perfil de referencia tienen niveles de voltaje similares entre los tiempos 332 y 336, los niveles de voltaje divergen entre los tiempos 336 y 338.

Al comparar un perfil de voltaje de batería suavizado con un perfil de voltaje de referencia, se puede definir un rango aceptable de desviación para minimizar las falsas alarmas positivas de mala salud de la batería del generador. Si los parámetros del perfil de voltaje de la batería suavizados están dentro de este rango aceptable de desviación de los parámetros del perfil de voltaje de referencia, no se genera ninguna alerta. Si el perfil de voltaje de referencia está definido en términos de una magnitud esperada de cambio de voltaje y duración para cada región del perfil, por ejemplo, el rango aceptable de desviación se puede definir en términos de un rango absoluto o porcentual alrededor de estos parámetros. Si el perfil de voltaje de referencia se modeliza como una colección de ecuaciones, el rango aceptable de desviación también puede ser simplemente un rango absoluto o porcentual alrededor de los valores generados por estas ecuaciones.

En algunas realizaciones, se puede tomar un número predeterminado de puntos de datos, por ejemplo, entre aproximadamente 10 puntos y 20 puntos o más, del voltaje observado en diferentes tiempos dentro de una región de un perfil de voltaje observado y comparar con los voltajes en los puntos correspondientes en tiempo en un perfil de voltaje de referencia. Se puede calcular la suma de las diferencias entre los voltajes del perfil observado y de referencia y comparar con un límite positivo distinto de cero predefinido, por ejemplo, un límite de entre aproximadamente 10 voltios y aproximadamente 20 voltios para una comparación de 10 muestras o un límite de entre aproximadamente 20 voltios y aproximadamente 50 voltios para una comparación de 20 muestras o un límite de entre aproximadamente 100 voltios y aproximadamente 300 voltios, por ejemplo, aproximadamente 200 voltios para una comparación de una o más regiones de un perfil de voltaje capturado con un perfil de referencia (ver Ejemplos a más adelante). Si la suma excede el límite predefinido, un sistema de control o monitorización asociado con el generador y/o la batería puede emitir una advertencia al operador. Los límites para la suma pueden variar según el tipo de batería y se pueden determinar experimentalmente y se pueden establecer en un nivel adecuado para un tipo particular de batería y para una parte y/o longitud particular del perfil de voltaje de la batería que se va a comparar con un perfil de voltaje de referencia para la batería.

Adicional o alternativamente, la desviación estándar de las diferencias entre los voltajes del perfil observado y de referencia se puede calcular y comparar con un límite predefinido, por ejemplo, con un límite definido por dos desviaciones estándar del voltaje del perfil de referencia en la región analizada. Si la desviación estándar calculada excede el límite predefinido, un sistema de control o monitorización asociado con el generador y/o la batería puede emitir una advertencia al operador.

En algunas realizaciones, el rango aceptable de desviación se puede definir como un par de ecuaciones alrededor de cada ecuación de una región de perfil, definiendo una del par de ecuaciones un límite superior alrededor de la ecuación del perfil de voltaje de referencia y la otra del par de ecuaciones definiendo un límite inferior. Las ecuaciones alrededor de cada ecuación de una región de perfil se pueden definir utilizando técnicas de control de procesos estadístico conocidas. Por ejemplo, se puede calcular una desviación estándar de las lecturas de voltaje en cada una de las regiones del perfil de referencia y se pueden generar las ecuaciones correspondientes a una, dos y tres desviaciones estándar por encima y/o por debajo de los valores de voltaje definidos por las ecuaciones del perfil de referencia.

En algunas realizaciones, se pueden establecer gráficos de control para lecturas de voltaje en las diferentes regiones del perfil y se pueden trazar puntos de datos para los voltajes medidos en estos gráficos de control. Si los puntos de datos trazados incumplieran una o más reglas de control estadístico de procesos (SPC), esto sería indicativo de que una batería potencialmente "agotada" se podría estar acercando al final de su vida útil y/o de un problema con el sistema generador. Un incumplimiento de las normas SPC también podría ser indicativo de un problema en las conexiones eléctricas, en el sistema eléctrico de arranque del generador (batería, cables, contactor, arrancador, etc.). Un sistema de control o monitorización asociado con la batería y/o el generador podría emitir una advertencia como respuesta al incumplimiento de una o más reglas SPC.

En algunas realizaciones, se podrían establecer gráficos de control y trazar puntos de datos monitorizados para detectar incumplimiento de una o más de las reglas SPC de Western Electric. Estas reglas son las siguientes:

1) Un punto fuera de los límites de control superior o inferior

Los límites de control superior e inferior se establecen en tres desviaciones estándar del valor del perfil de referencia en un tiempo particular. Si un punto se encuentra fuera de cualquiera de estos límites, solo hay un 0,3% de probabilidad de que esto haya sido causado por el proceso normal.

2) Ocho puntos en el mismo lado del valor del perfil de referencia

Existe la misma posibilidad de que cualquier punto determinado caiga por encima o por debajo del valor del perfil de referencia en un tiempo determinado. La probabilidad de que un punto caiga en el mismo lado del valor del perfil de referencia que el anterior es de una entre dos. La probabilidad de que el siguiente punto también caiga en el mismo lado del valor del perfil de referencia es de una entre cuatro. La probabilidad de conseguir ocho puntos seguidos en el mismo lado del valor del perfil de referencia es solo de alrededor del 1 %.

3) Ocho puntos crecientes o decrecientes

Aquí se utiliza la misma lógica que para "Ocho puntos en el mismo lado del valor del perfil de referencia". A veces esta regla se cambia a siete puntos ascendentes o decrecientes.

4) Dos de tres puntos fuera de los límites de advertencia

Los límites de advertencia generalmente se establecen en dos desviaciones estándar (es decir, dos sigma) del valor del perfil de referencia. La probabilidad de que algún punto quede fuera del límite de advertencia es solo del 5%. Las posibilidades de que dos de tres puntos seguidos queden fuera del límite de advertencia son solo del 1% aproximadamente.

5) Cuatro de cinco puntos quedan fuera de un sigma

En el procesamiento normal, el 68% de los puntos se encuentran dentro de un sigma del valor del perfil de referencia y el 32% quedan fuera de él. La probabilidad de que 4 de 5 puntos queden fuera de un sigma es solo de alrededor del 3%.

6) Catorce puntos en dirección alterna

Esta regla trata cada par de puntos adyacentes como una unidad. Las posibilidades de que el segundo punto esté siempre más alejado del valor del perfil de referencia (o siempre más cerca que) el punto anterior, para los siete pares, es solo de alrededor del 1%.

7) Quince puntos seguidos dentro de un sigma

En funcionamiento normal, el 68% de los puntos estarán dentro de un sigma del valor del perfil de referencia. La probabilidad de que 15 puntos seguidos lo hagan es inferior al 1%.

8) Ocho puntos seguidos fuera de un sigma

Dado que el 68% de los puntos se encuentran dentro de un sigma del valor del perfil de referencia, la probabilidad de que ocho puntos seguidos queden fuera de la línea de un sigma es inferior al 1%.

En otras realizaciones, se podrían utilizar gráficos de control en los que los incumplimientos de una o más de las reglas SPC de Wheeler o Nelson (que serían conocidas por aquellos familiarizados con el control estadístico de procesos) se podrían utilizar como indicador de una batería y/o sistema generador potencialmente defectuosos.

Para el rango aceptable de enfoques de desviación descritos anteriormente, se pueden utilizar uno o más parámetros adicionales para definir el grado en que un perfil de voltaje de batería suavizado se puede desviar de un perfil de voltaje de referencia antes de que se observe una excursión o se emita una advertencia. Como ejemplo, un parámetro puede definir el número de regiones de perfil en las que la medición del perfil de voltaje de la batería está fuera de un rango de desviación aceptable. Se puede considerar que el perfil de voltaje de la batería capturado en su conjunto está fuera de un rango de desviación aceptable solo si está fuera de un rango de desviación aceptable para el número de regiones del perfil especificadas. En otro ejemplo, un parámetro puede definir una duración de tiempo máxima durante la cual un perfil de voltaje de batería capturado (o una versión más suave del mismo) puede exceder el rango aceptable de límites de desviación alrededor de un perfil de voltaje de referencia modelizado mediante ecuaciones. Cualquier desviación de las mediciones del perfil de voltaje de la batería fuera de estos límites no se registra a menos que permanezcan fuera de los límites durante al menos este tiempo máximo. Esta duración de tiempo máxima es en algunas realizaciones aproximadamente el 10 % de la duración total de una región en la que se produce la excursión, y en otras realizaciones es aproximadamente el 25 %, aproximadamente el 33 %, aproximadamente el 50 %, aproximadamente el 66 % o aproximadamente el 75 % de la duración total de la región en la que se produce la excursión.

Suponiendo que un generador aparece ante el sistema de arranque del generador (es decir, la batería y el motor de arranque) con un perfil de carga repetible de un evento de arranque del generador a otro, el perfil de voltaje de la batería para una batería en buen estado debe ser consistente en su forma en cada arranque del generador. Además de la carga del generador, otros factores ambientales, como la temperatura ambiente, pueden afectar la forma del perfil de voltaje de la batería. La influencia de tales factores ambientales se puede tener en cuenta gestionando un conjunto de perfiles de voltaje de referencia, correspondiendo cada perfil a un valor particular (o rango de valores) de un factor ambiental. Como ejemplo, se puede definir un perfil de voltaje de referencia en términos de magnitud y duración para cada región del perfil, y se puede definir un conjunto de dichos perfiles de referencia, correspondiendo los valores de los parámetros de cada perfil de referencia a un rango de valores de temperatura ambiente. En otro ejemplo, se puede modelizar un perfil de voltaje de referencia como una colección de ecuaciones, y se puede definir un conjunto de dichos modelos de perfil de referencia, correspondiendo cada modelo de perfil a un rango de valores de temperatura ambiente. El perfil de referencia o modelo de perfil con el que se compara un perfil de voltaje de batería capturado se puede seleccionar basándose en el nivel del factor ambiental, por ejemplo, la temperatura ambiente. Alternativamente, se puede incorporar un factor ambiental tal como la temperatura ambiente directamente en las ecuaciones que definen el modelo de perfil de voltaje de referencia.

El enfoque de monitorización del estado de la batería descrito anteriormente se puede ampliar de varias maneras para monitorizar componentes adicionales dentro del sistema eléctrico responsable de proporcionar energía eléctrica al generador. Además del perfil de voltaje de la batería durante el arranque del generador, se podría monitorizar el voltaje de la batería en estado estacionario a lo largo del tiempo. Este voltaje de batería en estado estacionario variará ligeramente con el tiempo cuando la batería se carga lentamente antes del arranque del generador, y variará cuando se recargue después del arranque del generador. Los perfiles de referencia para el voltaje de la batería en estado estacionario se pueden desarrollar de manera similar a los perfiles de voltaje de referencia descritos anteriormente para el voltaje de la batería durante el arranque del generador. Además, los factores ambientales pueden afectar el voltaje de la batería en estado estacionario del mismo modo que pueden afectar el perfil de voltaje de la batería durante el arranque del generador, y estos factores pueden tenerse en cuenta en uno o más perfiles de referencia en estado estacionario utilizando métodos similares a los descritos anteriormente para el perfil de voltaje de referencia para el arranque de un generador. La monitorización del voltaje de la batería en estado estacionario también podría proporcionar indicaciones de problemas con el cargador de goteo y/o sugerir modificaciones al esquema de carga lenta para prolongar la vida útil de la batería.

Monitorizar el voltaje en diferentes puntos del sistema eléctrico que proporcionan energía eléctrica al generador puede proporcionar información adicional sobre el estado de los componentes de este sistema eléctrico. Como ejemplo, considérese una configuración de monitorización en la que se mide el voltaje tanto en los terminales de la batería como en los terminales del motor de arranque. El conocimiento de la resistencia de los cables que conectan la batería al motor de arranque, junto con la diferencia de voltaje medida en la batería y en el motor de arranque, se puede combinar para calcular la corriente que fluye a través de los cables. Las mediciones de factores ambientales (tales como la temperatura de la batería) se podrían incluir con estas mediciones de voltaje y una estimación derivada de la corriente para construir un modelo del sistema de batería/cables/motor de arranque. Después, las mediciones futuras se pueden comparar con los valores esperados de este modelo como una forma de dar seguimiento al estado de los componentes dentro de este sistema.

El enfoque de monitorización del estado de la batería descrito anteriormente también se puede ampliar para abarcar múltiples instalaciones de generadores (ya sea en una ubicación física o en múltiples ubicaciones físicas). Los datos capturados de diferentes modelos y tamaños de baterías y generadores, y de diferentes combinaciones de batería/generador, se pueden utilizar para crear y retocar perfiles de voltaje de referencia y un rango aceptable de definiciones de desviación. Si factores ambientales tales como la temperatura ambiente afectan el perfil de voltaje de la batería durante el arranque del generador, también se pueden capturar mediciones de dichos factores ambientales. Como ejemplo, considérese un servicio de monitorización de generadores que recopila las mediciones descritas anteriormente y proporciona a los propietarios de generadores informes y alertas sobre el estado de las baterías del generador. El servicio de monitorización de generadores puede dar seguimiento a una variedad de datos de especificaciones para cada generador y batería, incluidos el fabricante, el modelo, el tamaño y las clasificaciones de salida nominal. El servicio de monitorización de generadores puede combinar datos recopilados de varias instalaciones de generadores con características similares (como el mismo fabricante o modelo, o las mismas clasificaciones de salida nominal) para generar perfiles de voltaje de referencia y un rango aceptable de definiciones de desviación que pueden ser aplicadas a instalaciones de generadores con estas características similares.

Ejemplos

Las FIGS. 5A-6C ilustran comparaciones realizadas entre dos baterías diferentes y perfiles de referencia para las baterías durante eventos de arranque del generador y cómo se puede determinar si las baterías probadas presentaron perfiles anormales que difieren del perfil de referencia correspondiente en un grado que los haría sospechosos y posiblemente sería necesaria su sustitución.

La FIG.5A ilustra un perfil de voltaje capturado para una batería durante un evento de arranque del generador superpuesto con un perfil de referencia, que se había creado previamente para la batería.

Como se ilustra en la FIG. 5B, las diferencias entre los puntos de datos de voltaje en los perfiles capturados y de referencia se compararon para las regiones de los perfiles de voltaje después del final de la región de acoplamiento en el tiempo justo después de 2.000 milisegundos desde el comienzo del perfil de voltaje de referencia hasta un punto en el tiempo justo después de aproximadamente 6.000 milisegundos desde el comienzo del perfil de voltaje de referencia. Un punto de datos de voltaje en el perfil de referencia que excede el de un punto de datos de voltaje correspondiente en el perfil capturado se representa como una desviación positiva. La FIG. 5B ilustra que los puntos de datos de voltaje del perfil de batería capturados fueron generalmente más bajos que los puntos de datos de voltaje del perfil de batería correspondientes en el perfil de referencia.

La FIG. 5C ilustra una suma acumulativa en el tiempo de las diferencias de voltaje ilustradas en la FIG. 5B. La suma acumulativa aumentó con el tiempo. Se estableció experimentalmente un umbral de 200 voltios para una desviación acumulativa en los puntos de datos de voltaje entre el perfil de voltaje de referencia y el perfil de voltaje capturado, indicativo de una batería que podría necesitar ser reemplazada. La FIG. 5C ilustra que la suma acumulativa de las desviaciones de voltaje para la batería probada excedió este límite en un tiempo de aproximadamente 4000 milisegundos desde el comienzo del perfil de voltaje de referencia. La comparación ilustrada en las Figs. 5A-5C indicaba por lo tanto que la batería en cuestión debería considerarse sospechosa y posiblemente necesitara ser sustituida. Sin embargo, pruebas separadas de la batería revelaron que estaba en buen estado, lo que indica que una desviación de voltaje acumulativa de 200 voltios puede haber sido demasiado baja para este tipo particular de batería.

La FIG. 6A ilustra un perfil de voltaje capturado para una segunda batería durante un evento de arranque del generador superpuesto con un perfil de referencia, que se había creado previamente para la batería. Se puede observar que el perfil de batería de referencia para la segunda batería difería del ilustrado en la FIG. 5A. El perfil de referencia de la FIG. 6A presentó menos variación en el voltaje y presentó una "cola" con tendencia ascendente justo después del tiempo indicado en 6.000 milisegundos. Sin estar vinculado a una teoría particular, esta "cola" puede representar el comienzo de la región de arranque del generador del perfil de batería de referencia. La "cola" también podría ser indicativa de que el alternador (sistema de carga accionado por el generador) se activa; y podría ser indicativo de que el motor de arranque está desconectado de la batería.

La FIG. 6B ilustra las diferencias observadas entre los puntos de datos de voltaje en los perfiles capturados y de referencia para regiones de los perfiles de voltaje entre los puntos en el tiempo justo después del indicador de 2000 milisegundos hasta justo después del indicador de 6000 milisegundos. Como en la FIG. 5B, el punto de datos de voltaje en el perfil de referencia que excede el de un punto de datos de voltaje correspondiente en el perfil capturado se representa como una desviación positiva. La FIG. 6B ilustra que los puntos de datos de voltaje del perfil de batería capturados fueron al principio generalmente más altos que los puntos de datos de voltaje del perfil de batería correspondientes en el perfil de referencia (en el período de tiempo justo después de la marca de 2.000 milisegundos hasta un tiempo justo después de aproximadamente 3.000 milisegundos) y después cambiaron para ser inferiores a los puntos de datos de voltaje del perfil de batería correspondientes en el perfil de referencia.

La FIG. 6C ilustra una suma acumulativa en el tiempo de las diferencias de voltaje ilustradas en la FIG. 6B. La suma acumulativa aumentó con el tiempo. Se estableció experimentalmente un umbral de 200 voltios para una desviación acumulativa en los puntos de datos de voltaje entre el perfil de voltaje de referencia y el perfil de voltaje capturado, indicativo de una batería que podría necesitar ser reemplazada. La FIG. 6C ilustra que la suma acumulativa de las desviaciones de voltaje de la batería probada superó este límite en un tiempo de aproximadamente 5.000 milisegundos. La comparación ilustrada en las Figs. 6A-6C indicaba por lo tanto que la batería en cuestión debería ser considerada sospechosa y posiblemente necesitara ser reemplazada. Sin embargo, pruebas separadas de la batería revelaron que estaba en buen estado, lo que indica que una desviación de voltaje acumulativa de 200 voltios puede haber sido demasiado baja para este tipo particular de batería.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (400) para determinar el estado de salud de una batería de generador y la capacidad de la batería para suministrar energía de arranque a un motor de arranque de generador, comprendiendo el sistema:

un generador (420) que tiene un motor de arranque y salidas eléctricas;

una batería (430) conectada eléctricamente al motor de arranque del generador;

un sistema de monitorización que incluye un medidor eléctrico (410) conectado eléctricamente a las salidas eléctricas del generador y a la batería, y que incluye un controlador (440) configurado para proporcionar una señal al generador para arrancar y para proporcionar una señal al medidor eléctrico para comenzar a medir las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con un retraso de captura previo a la activación antes del comienzo de la operación de arranque del generador, estando configurado el sistema de monitorización para:

monitorizar las características eléctricas de la energía suministrada desde las salidas eléctricas del generador, capturar mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a través de los terminales de la batería durante un suministro de energía eléctrica desde la batería al motor de arranque durante la operación de arranque del generador,

definir una o más regiones de mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo durante una operación de arranque del generador, teniendo cada una, de las una o más regiones, una duración y una magnitud del cambio de voltaje,

generar una o más ecuaciones matemáticas que describan las mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en una o más regiones,

definir límites de control de procesos estadístico sobre la una o más ecuaciones matemáticas;

comparar las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y determinar si una diferencia en los valores de voltaje entre las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo excede una cantidad aceptable; y

emitir una advertencia como respuesta a puntos de datos en las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, que incumplen una regla de control de proceso estadístico relativa a los límites de control de proceso estadístico.

2. El sistema (400) de la reivindicación 1, en el que el sistema de monitorización está configurado además para generar una representación visual de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en comparación con las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

3. El sistema (400) de la reivindicación 1, en el que el sistema de monitorización está configurado para generar las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a partir de mediciones previamente capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

4. El sistema (400) de la reivindicación 3, en el que el sistema de monitorización está configurado para generar las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a partir de una agregación de una pluralidad de mediciones previamente capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo.

5. El sistema (400) de la reivindicación 4, en el que el sistema de monitorización está configurado para generar las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a partir de una agregación de una pluralidad de mediciones previamente capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo capturadas desde una ventana de tiempo móvil durante la cual se realizó un número predefinido de operaciones de arranque del generador.

6. El sistema (400) de la reivindicación 1, en el que el sistema de monitorización está configurado para comparar una de una duración y una magnitud de cambio de voltaje de al menos una región de las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo con la de al menos una región correspondiente de las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y emitir una advertencia como respuesta a una diferencia entre la duración y la magnitud del cambio de voltaje de al menos una región de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo y la de una región correspondiente del mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que exceden una cantidad predefinida.

7. Un método para determinar el estado de salud de una batería de generador (430) y la capacidad de la batería (430) para suministrar energía de arranque a un motor de arranque de generador, siendo el método realizado por un sistema de monitorización como está definido en la reivindicación 1, comprendiendo el método:

construir mediciones de referencia de voltaje de batería a lo largo del tiempo para arranques de generador, construyendo las mediciones de referencia de voltaje de batería a lo largo del tiempo incluyendo definir una o más regiones de mediciones de referencia de voltaje de batería a lo largo del tiempo durante una operación de arranque de generador, teniendo cada una de las una o más regiones una duración y magnitud del cambio de voltaje;

generar una o más ecuaciones matemáticas que describen las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en una o más regiones;

definir límites de control de proceso estadístico sobre una o más ecuaciones matemáticas;

monitorizar las características de la energía eléctrica suministrada por las salidas eléctricas del generador con un medidor eléctrico;

proporcionar una señal al generador (420) para que arranque y proporcionar una señal al medidor eléctrico (410) para que comience a realizar las mediciones de voltaje de la batería a lo largo del tiempo con un retraso de captura previo a la activación antes del comienzo de una operación de arranque del generador;

capturar mediciones del voltaje de la batería a lo largo del tiempo a través de los terminales de la batería durante la operación de arranque del generador con el medidor eléctrico;

comparar las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo; y

emitir una advertencia como respuesta a puntos de datos en las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, que incumplen una regla de control de proceso estadístico relativa a los límites de control de proceso estadístico.

8. El método de la reivindicación 7, en el que emitir la advertencia comprende además emitir la advertencia como respuesta a una suma acumulativa de valores de diferencias entre una pluralidad de mediciones de voltaje de las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo y el voltaje de las mediciones de referencia de voltaje de la batería a lo largo del tiempo en períodos de tiempo correspondientes que exceden un límite predefinido.

9. El método de la reivindicación 7, en el que capturar las mediciones de voltaje de la batería a lo largo del tiempo comprende definir una o más regiones en las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo correspondientes a una o más regiones definidas en las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, y en donde emitir la advertencia comprende además emitir la advertencia como respuesta a una desviación estándar de una pluralidad de mediciones del voltaje en una o más de las regiones de las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que excede una desviación estándar de voltaje en las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en una o más regiones correspondientes en más que una cantidad predefinida.

10. El método de la reivindicación 7, en el que capturar las mediciones de voltaje de la batería a lo largo del tiempo comprende definir una o más regiones en las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo correspondientes a una o más regiones definidas en las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, y en donde emitir la advertencia comprende además emitir la advertencia como respuesta a uno o más parámetros de al menos dos de las regiones de las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de uno o más parámetros de las regiones correspondientes de las mediciones de referencia de voltaje de la batería a lo largo del tiempo en más que cantidades predeterminadas.

11. El método de la reivindicación 7, en el que capturar las mediciones de voltaje de la batería a lo largo del tiempo comprende definir una o más regiones en las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo correspondientes a una o más regiones definidas en las mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo, y en donde emitir la advertencia comprende además emitir la advertencia como respuesta a uno o más parámetros de una región de las mediciones capturadas de voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de uno o más parámetros de una región correspondiente de las mediciones de referencia de voltaje de la batería a lo largo del tiempo en más que una cantidad predeterminada durante más de un período de tiempo predeterminado.

12. El método de la reivindicación 7, que comprende además generar una pluralidad de mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo correspondientes a diferentes niveles de un factor ambiental y comparar las mediciones capturadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo con mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo seleccionadas entre las pluralidad de mediciones de referencia del voltaje de la batería a lo largo del tiempo como respuesta a un nivel del factor ambiental.

13. El método de la reivindicación 7, que comprende además monitorizar las mediciones en estado estacionario del voltaje de batería a lo largo del tiempo de la batería durante un tiempo distinto del tiempo durante la operación de arranque del generador y emitir una advertencia como respuesta a las mediciones en estado estacionario monitorizadas del voltaje de la batería a lo largo del tiempo que difieren de las mediciones de estado estacionario del voltaje de la batería a lo largo del tiempo en cantidades superiores a una cantidad predefinida.