ES2998758T3 - Rechargeable battery discharge device for discharging rechargeable batteries, and method for discharging a plurality of rechargeable batteries - Google Patents

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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de descarga de baterías recargables (10) para descargar baterías recargables (20), que comprende (a) una primera conexión de batería recargable (12.1) para conectar una primera batería recargable (20.1), (b) una segunda conexión de batería recargable (12.2) para conectar una segunda batería recargable (20.2), (c) al menos una tercera conexión de batería recargable (12.3) para conectar una tercera batería recargable (20.3), y (d) una conexión de carga (14) para una carga (16) para disipar una salida eléctrica al descargar las baterías recargables (20). Según la invención, (e) se proporciona un circuito de descarga (18) que tiene (i) un primer interruptor de cortocircuito (24.1), (ii) un primer medidor de voltaje (22.1) diseñado para medir un primer voltaje de batería recargable (U20.1) que cae a través de la primera conexión de batería recargable (12.1), (iii) un segundo interruptor de cortocircuito (24.2), (iv) un segundo medidor de voltaje (22.2) diseñado para medir un segundo voltaje de batería recargable (U20.2) que cae a través de la segunda conexión de batería recargable (12.2), (v) un tercer interruptor de cortocircuito (24.3), (vi) un tercer medidor de voltaje (22.3) diseñado para medir un tercer voltaje de batería recargable (U20.3) que cae a través de la tercera conexión de batería recargable (12.3), y (vii) una unidad de control (27), en donde (f) la unidad de control (27) está diseñada para llevar a cabo automáticamente un método con los pasos de: (i) detectar el respectivo voltaje de batería recargable (U20.i) para todos los medidores de voltaje (22.i), (ii) si el voltaje de la respectiva batería recargable (U20.i) excede un voltaje mínimo especificado (Umin), conectar la batería recargable correspondiente (20.i) en un circuito en serie con al menos otra batería recargable, y (iii) si el voltaje de la respectiva batería recargable (U20.i) no excede el voltaje mínimo (Umin), retirar la batería recargable correspondiente (20.i) del circuito en serie utilizando el interruptor de cortocircuito correspondiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Equipo de descarga de acumuladores para descargar acumuladores y procedimiento para descargar una pluralidad de acumuladores
La invención se refiere a un equipo de descarga de acumuladores según el preámbulo de la reivindicación 1. Según un segundo aspecto, la invención se refiere a un procedimiento para descargar una pluralidad de acumuladores
Los acumuladores, que según una realización preferida son acumuladores de litio, suelen descargarse antes de reciclarse. Esto tiene la ventaja de que se reducen o suprimen reacciones químicas durante el reciclado. Durante la descarga debe garantizarse que en este proceso no se destruya el acumulador.
Los acumuladores se instalan generalmente en módulos de baterías. Un módulo de baterías de este tipo suele tener un gran número de celdas galvánicas, que pueden estar agrupadas para formar subunidades. Un módulo de baterías, por ejemplo para un vehículo eléctrico, suele tener un gran número de celdas galvánicas. Éstas pueden tener diferentes estados de carga y diferentes estados de desgaste. Para evitar un fallo catastrófico de una o varias celdas galvánicas del acumulador, es extremadamente ventajoso que se evite una descarga profunda del acumulador.
Durante el funcionamiento de un módulo de baterías, éstas se cargan y descargan generalmente mediante un denominado sistema de gestión de baterías de forma que no pueda producirse una descarga profunda. Tales sistemas son conocidos por los documentos US 2015/0303527 A<1>, JP H08-289479A y US 2017/0054306 A1. Sin embargo, si un módulo de baterías está defectuoso, por lo general ya no es posible recurrir al sistema de gestión de baterías. Tampoco suele estar claro en qué estado de carga se encuentran los acumuladores individuales. Por lo tanto, para poder reciclarlos, se descargan los acumuladores individualmente.
Es sabido que para ello los acumuladores se conectan individualmente a una carga, de modo que el contenido energético que aún contiene el acumulador se disipa a través de la carga. Esto tiene el inconveniente de que hay que tener preparadas un gran número de cargas, que pueden ser por ejemplo resistencias óhmicas.
Para evitarlo, se pueden conectar varios acumuladores en paralelo. Esto conduce a elevadas corrientes eléctricas, para que el tiempo necesario para la descarga no sea demasiado largo. El requisito previo para un procedimiento de este tipo es que los estados de carga no difieran demasiado entre sí, por ejemplo los estados de carga no deben diferir en más de un 10 %.
También es conocida la práctica de conectar los acumuladores en serie y descargarlos juntos. Sin embargo, esto sólo es posible si los estados de carga de los acumuladores individuales apenas difieren entre sí, en particular en menos de un 1%. Sin embargo, esto es complejo de garantizar en la práctica, ya que para ello hay que determinar los estados de carga.
Para evitar estos problemas, también se ha propuesto que el electrolito se retire antes del reciclado posterior, para evitar perforaciones.
También es conocida la práctica de congelar los acumuladores con nitrógeno líquido y triturarlos en este estado, ya que en estado de congelado no es posible ninguna reacción química. Estos procedimientos son comparativamente costosos en energía.
El documento JP 2019-071701 A divulga un procedimiento de tratamiento de la descarga de baterías de desecho que realiza el tratamiento de la descarga de una pluralidad de celdas unitarias de desecho. En este procedimiento, se conecta una resistencia del circuito principal entre un ánodo de un extremo y un cátodo del otro extremo de la pluralidad de celdas unitarias de desecho conectadas en serie y se conectan resistencias del circuito auxiliar e interruptores auxiliares respectivamente en serie entre el ánodo y el cátodo de cada una de la pluralidad de celdas unitarias de desecho. El procedimiento comprende una etapa de descarga en tiempo normal y una etapa de descarga durante una inversión de polaridad de los acum uladores, en la que las celdas que no están en un estado de inversión de polaridad se descargan continuamente. Para ello, se cierran interruptores auxiliares conectados a las celdas unitarias de deshecho en estado de inversión de polaridad. De este modo se evita que las celdas se perforen, porque no entran en el estado de inversión de polaridad.
El documento DE 102014 207 239 A1 describe un procedimiento para desechar un acumulador de energía con varias celdas electroquímicas, que utiliza una unidad de control de equilibrado del acumulador de energía para la descarga profunda selectiva del acumulador de energía. El proceso de descarga profunda se activa externamente. La energía almacenada en las celdas galvánicas se convierte en calor a través de la resistencia interna de las celdas.
El documento d e 10 2013108 023 A1 trata de un sistema para aumentar la seguridad de los acumuladores instalados en coches eléctricos. En caso de accidente, las celdas de la batería se descargan de forma selectiva utilizando un circuito de ecualización de celdas. El contenido energético de las baterías se convierte entonces en calor.
El documento DE 102016 206 919 A1 trata del equilibrado de los estados de carga de las celdas. Para ello, se conectan pares de celdas entre sí a través de un circuito de equilibrado externo, para generar una corriente de compensación externa entre los pares de celdas.
Por el documento DE 10 2016 224 002 A1 se conoce la descarga de un módulo de baterías mediante el acoplamiento eléctrico selectivo de celdas de batería del módulo de baterías a descargar una tras otra con un equipo de descarga por medio de una unidad de conmutación de celdas que comienza a partir de una celda de batería predeterminada, con el fin de descargar las celdas de las baterías eléctricamente una tras otra individualmente para descargar el módulo de baterías.
La invención tiene como objetivo básico mejorar la descarga de acumuladores, en particular como parte de un proceso de eliminación como desecho.
La invención resuelve el problema mediante un equipo de descarga de acumuladores con las características de la reivindicación 1.
Según un segundo aspecto, la invención resuelve el problema mediante un procedimiento para descargar una pluralidad de acumuladores con las características de la reivindicación 12.
Una ventaja de la invención es que los acumuladores pueden descargarse automáticamente. Puede que sólo sea necesario conectar manualmente los acumuladores a una conexión de acumulador.
Otra ventaja es que sólo es necesario disponer de unas pocas cargas. Aunque es posible utilizar varias cargas, ello no es necesario. En concreto, es posible reutilizar la energía que aún está almacenada en los acumuladores como energía útil. En otras palabras, es posible, pero no necesario, que la energía eléctrica contenida en los acumuladores se disipe en forma de calor. En concreto, puede suministrarse a un consumidor como energía eléctrica.
Es favorable que, en general, los acumuladores pueden descargarse de forma muy segura, ya que está garantizado que la tensión no descienda por debajo de la tensión mínima predeterminada. La tensión mínima se elige preferentemente de modo que se evite que el acumulador se perfore. Por ejemplo, la tensión mínima es de cero voltios.
También es favorable que el equipo de carga de acumuladores pueda utilizarse para descargar acumuladores de cualquier estado de carga y/o tensión residual. Por lo tanto, por regla general el operador del equipo de descarga de acumuladores no necesita conocer el acumulador que se va a descargar. Además la probabilidad de operación incorrecta también suele ser pequeña.
En el contexto de la presente descripción, se entiende por acumulador un componente que almacena energía eléctrica electroquímicamente. Un acumulador comprende al menos un elemento galvánico, preferiblemente una pluralidad de elementos galvánicos. En otras palabras, el acumulador puede ser una batería, es decir, una combinación, en particular una conexión serie, de varias celdas galvánicas. También es posible que el acumulador contenga dos o más baterías independientes entre sí.
Los acumuladores son preferentemente, al menos predominantemente, en particular exclusivamente, acumuladores de litio. En particular, se entiende por acumulador de litio un acumulador en el que la reacción electroquímica se basa en el litio. Preferentemente, el acumulador de litio es un acumulador de iones de litio. Sin embargo, no tiene por qué ser un acumulador de litio; la invención también es adecuada para acumuladores de otros diseños. También es posible, aunque no necesario, que todos los acumuladores tengan el mismo diseño. En particular, también es posible que se conecten acumuladores de diferentes diseños.
Se entiende por interruptor de cortocircuito en particular un equipo mediante el cual puede impedirse un flujo de corriente a través del acumulador correspondiente. En particular, el interruptor de cortocircuito está diseñado para puentear la conexión del acumulador correspondiente. De este modo, el primer interruptor de cortocircuito puede utilizarse para cortocircuitar entre sí los polos de la primera conexión del acumulador cuando la tensión mínima es de cero voltios. Cada conexión de acumulador tiene al menos dos polos, que también pueden denominarse contactos de conexión.
Por ejemplo, los interruptores de cortocircuito son relés. No obstante, también pueden utilizarse como interruptores de cortocircuito todos los demás interruptores de conmutación sin potencial o interruptores de conmutación con potencial, en particular también interruptores semiconductores.
Por circuito serie se entiende en particular un circuito en el que se suman las tensiones de al menos dos acumuladores, en particular de una pluralidad de acumuladores conectados eléctricamente entre sí en un circuito. Es posible, pero no necesario y generalmente no útil, que dos o más acumuladores estén conectados en paralelo.
Según una realización preferida, el equipo de descarga de acumuladores tiene un indicador para mostrar los acumuladores cuyas respectivas tensiones de acumulador no superan la tensión mínima y/o las conexiones de acumuladores cuyos contactos de conexión están puenteados. Esto tiene la ventaja de que un operador del equipo de descarga de acumuladores puede determinar qué acumuladores pueden retirarse. Cabe señalar que también puede realizarse una visualización que muestre aquellos acumuladores cuya tensión de acumulador respectiva no supere la tensión mínima y/o que muestra aquellas conexiones de acumulador cuyos contactos de conexión no están puenteados. De la ausencia de tal señal, puede concluirse que la tensión del acumulador correspondiente no supera la tensión mínima y/o que los contactos de conexión correspondientes están puenteados.
En particular, se entiende por indicador un equipo mediante el cual un operador puede obtener la información de en qué conexiones de acumulador la tensión ha caído por debajo de la tensión mínima o los contactos de conexión de qué conexiones de acumulador están cortocircuitados. Es posible que este indicador sea un indicador óptico que emita una señal óptica. Sin embargo, también es posible que el indicador sea un indicador eléctrico, háptico o de otro tipo. En particular, también es posible que el indicador sólo emita una señal eléctrica, para que, por ejemplo, un robot, que según una realización preferida forma parte del equipo de descarga de acumuladores, desconecte automáticamente de su conexión del acumulador el acumulador correspondiente cuya tensión haya caído por debajo de la mínima. En particular, el robot también puede estar diseñado para colocar automáticamente los acumuladores descargados en una ubicación predeterminada. Esta ubicación puede ser por ejemplo otro contenedor o un equipo transportador que traslade los acumuladores descargados para su posterior procesamiento.
Es favorable que el equipo de descarga de acumuladores tenga un circuito de protección contra polaridad inversa. Este circuito de protección contra polaridad inversa está realizado en particular para detectar automáticamente un acumulador conectado con polaridad incorrecta. Es favorable que el circuito de protección contra polaridad inversa esté realizado para emitir un aviso de alarma de polaridad inversa y/o para conectar con polaridad correcta el acumulador conectado con polaridad incorrecta.
Por ejemplo puede tener el circuito de protección contra polaridad inversa un circuito de inversión de polaridad. El circuito de inversión de polaridad está realizado para invertir automáticamente la polaridad de la tensión aplicada a los contactos de conexión de la correspondiente conexión del acumulador. De esta manera el acumulador conectado inicialmente con polaridad incorrecta está conectado ahora con polaridad correcta. En este caso es irrelevante si el acumulador se conecta con polaridad incorrecta a los contactos de conexión de la correspondiente conexión del acumulador, ya que el circuito de inversión de polaridad se ocupa de que el acumulador se conecte con la polaridad correcta en el circuito serie.
Bajo un aviso de alarma de polaridad inversa se entiende en particular un aviso que codifica a qué conexión de acumulador está conectado con polaridad incorrecta un acumulador. El aviso de alarma de polaridad inversa puede ser perceptible o no por el ser humano. Puede tratarse en particular de un aviso de alarma de polaridad inversa óptico, acústico o eléctrico.
Alternativa o adicionalmente, está realizado el circuito de protección contra polaridad inversa de forma tal que el mismo no conecte al circuito serie un acumulador conectado con polaridad incorrecta.
Según una forma de realización preferida, está realizada la unidad de control para ejecutar automáticamente un procedimiento con las etapas (i) determinación de variaciones en el tiempo de la tensión del acumulador y (ii) desconectar el acumulador correspondiente del circuito serie mediante el correspondiente interruptor de cortocircuito y/o emitir un aviso de alarma de caída de tensión, cuando la variación de la tensión del acumulador se encuentre fuera de un intervalo de tolerancia predeterminado. Una variación de la tensión del acumulador demasiado fuerte en el tiempo indica que el correspondiente acumulador funciona incorrectamente. Para impedir que un flujo de corriente a través del acumulador produzca daños en el acumulador o bien empeore un daño existente, se puentea preferiblemente el correspondiente acumulador, es decir, que ya no fluye corriente alguna por el acumulador a través de la conexión del acumulador.
Es favorable que la unidad de control esté realizada para tomar contacto de nuevo con este acumulador, es decir, conectar el acumulador al circuito serie. Si de nuevo se produce una variación de la tensión del acumulador en el tiempo que se encuentra fuera del intervalo de tolerancia predeterminado, puede entonces puentearse de nuevo el correspondiente acumulador y/o emitirse un aviso de alarma de caída de tensión. Bajo una nueva toma de contacto se entiende en particular que el correspondiente acumulador se conecta de nuevo al circuito serie con al menos otro acumulador. Esto se realiza mediante el correspondiente interruptor de cortocircuito. Por desconexión se entiende en particular una retirada del circuito serie.
Preferiblemente está realizada la unidad de control para ejecutar automáticamente un procedimiento con la etapa de una conexión de una parte de los acumuladores al circuito serie de forma que una suma de la tensión de los acumuladores se encuentre dentro de un intervalo predeterminado de la tensión de consigna. Cuando dos o más combinaciones de tensiones de acumulador se encuentran dentro del intervalo de tensión de consigna, se elige con preferencia la combinación que tiene el máximo número de tensiones de acumulador. Con preferencia se conectan en serie todos los acumuladores cuya tensión de acumulador se encuentra por encima de la tensión mínima, cuando la suma de todas las tensiones de acumulador es inferior a un límite de intervalo inferior correspondiente al intervalo de tensión de consigna. De esta manera se aplica por lo general a la conexión de la carga una tensión dentro del intervalo de tensión de consigna. Una tal tensión puede procesarse a continuación con especial facilidad.
Los acumuladores que se conectan están ya conectados en particular antes de la conexión al equipo de descarga de acumuladores, pero no conectados en serie. En otras palabras, no aportan estos acumuladores ninguna energía eléctrica. Cuanto mayor sea la cantidad de conexiones del equipo de descarga de acumuladores, con menos frecuencia tienen que conectarse nuevos acumuladores a descargar al equipo de descarga de acumuladores.
Preferiblemente el límite superior del intervalo de tensión de consigna es como máximo de 60 V. En este caso puede renunciarse por lo general a medidas especiales de protección, como indumentaria de protección.
Preferiblemente el número de conexiones de acumulador es superior a cinco, en particular superior a 10. A menudo es favorable que la cantidad de conexiones de acumulador sea inferior a 150, en particular inferior a 30.
El equipo de descarga de acumuladores tiene una carga para disipar la energía eléctrica al descargar los acumuladores. Por ejemplo la carga es un ondulador para generar una tensión alterna de una frecuencia y tensión predeterminadas a partir de la tensión continua aplicada a la conexión de la carga. Alternativamente puede ser la carga por ejemplo un convertidor de tensión continua para generar una tensión continua de una determinada magnitud a partir de la tensión continua aplicada a la conexión de la carga. El ondulador puede ser por ejemplo una fuente de alimentación conmutada. Bajo la característica de que la carga, en particular el ondulador, está conectado a la conexión de la carga, se entiende en particular que el ondulador está conectado eléctricamente con la conexión de la carga. Es posible, pero no necesario, que la conexión de la carga sea un dispositivo especial, por ejemplo una caja de enchufe. En particular puede estar formada la conexión de la carga mediante dos o más conductores eléctricos, mediante los cuales puede conectarse la carga.
Es favorable que el ondulador esté conectado con una red pública para devolver energía eléctrica a la red eléctrica pública.
Con preferencia está conectado el ondulador con una red eléctrica - que puede ser la red eléctrica pública, pero no necesariamente - a la cual están conectados consumidores eléctricos. Por ejemplo al menos un consumidor es parte de una instalación de reciclado de baterías de litio para reutilizar baterías de litio. En particular puede ser un consumidor eléctrico una instalación para triturar baterías de litio, una bomba, por ejemplo una bomba de vacío, o un motor.
Según una forma de realización preferida, está realizada la unidad de control para ejecutar automáticamente un procedimiento con las etapas (i) captar una entrega de potencia de consigna del equipo de descarga de acumuladores y (ii) reducir una potencia de descarga de los acumuladores, cuando una entrega de potencia real sobrepase la entrega de potencia de consigna. La entrega de potencia de consigna puede leerse desde un aparato de entrada o desde una memoria o captarse mediante un medidor de potencia.
Es especialmente favorable que la captación de la entrega de potencia de consigna sea una captación de una demanda de potencia instantánea de los consumidores eléctricos de la red eléctrica. Instalaciones eléctricas como por ejemplo una instalación de reciclado de baterías de litio necesitan cantidades oscilantes de potencia eléctrica. Cuando la entrega de potencia real del equipo de descarga de acumuladores, es decir, la potencia eléctrica cedida instantáneamente, sea mayor que la demanda de potencia instantánea de los consumidores eléctricos de la red eléctrica, se devuelve por lo general potencia eléctrica a la red pública. La remuneración de la energía eléctrica así devuelta es relativamente pequeña. Por lo tanto puede ser ventajoso estrangular la entrega de potencia del equipo de descarga de acumuladores cuando la misma sobrepase la demanda de potencia instantánea de los consumidores eléctricos.
Según una forma de realización preferida, tiene el equipo de descarga de acumuladores un tampón o acumulador eléctrico intermedio. El acumulador intermedio o tampón está conectado preferiblemente de forma tal que energía eléctrica que tome el equipo de descarga de acumuladores procedente de los acumuladores, se almacene al menos parcialmente y/o al menos temporalmente en el acumulador intermedio o tampón.
Es favorable que el acumulador intermedio tenga una capacidad de almacenamiento de al menos 10 kWh o bien al menos 30 kWh, en particular al menos 50 kWh. Por lo general la capacidad de almacenamiento del acumulador intermedio es inferior a 10 MWh.
Con preferencia está realizada la unidad de control para ejecutar automáticamente un procedimiento con las etapas: (i) captación de una entrega de potencia de consigna del equipo de descarga de acumuladores y (ii) recarga del acumulador intermedio de forma tal que la entrega de potencia real no sobrepase la entrega de potencia de consigna. En otras palabras, la unidad de control está realizada para acumular en el acumulador intermedio energía que no necesitan los consumidores de la red eléctrica.
Es favorable que el equipo de descarga de acumuladores tenga al menos un acumulador que está conectado a la primera conexión del acumulador. En particular tiene el equipo de descarga de acumuladores una pluralidad de acumuladores conectados a respectivas conexiones de acumulador.
Con preferencia tiene el equipo de descarga de acumuladores al menos un sensor térmico, en particular una cámara termográfica, que está dispuesta para captar una temperatura de al menos uno de los acumuladores. Cuando un acumulador se calienta demasiado, ello puede originar una perforación, es decir, un fallo catastrófico del acumulador debido a una descarga autorreforzada. Para evitar un caso así, según una forma de realización preferida se capta continuamente la temperatura de los acumuladores. Si una temperatura sobrepasa una temperatura de alarma, retira la unidad de control el correspondiente acumulador automáticamente de la conexión serie. Alternativa o adicionalmente, retira la unidad de control el correspondiente acumulador automáticamente de la conexión serie cuando una velocidad de variación de la temperatura T, es decir, la derivada - numéricamente calculada - de la temperatura Ti en función del tiempo t, sobrepasa una velocidad de variación de la temperatura de alarma predeterminada Twarm.
Con preferencia la unidad de control está realizada para ejecutar automáticamente un procedimiento con las siguientes etapas: (a) detectar un acumulador que está conectado a una conexión del acumulador y que no sobrepasa la tensión mínima Umin y (b) cerrar o mantener cerrado un primer elemento de conexión, en particular un relé de cortocircuito, del interruptor de cortocircuito de la conexión del acumulador.
El procedimiento incluye la etapa de cerrar o mantener cerrado un segundo elemento de conexión, en particular un relé de conexión del interruptor de cortocircuito, de la conexión del acumulador.
Alternativa o adicionalmente incluye el procedimiento preferiblemente la etapa (d) emisión de una señal que codifique que el acumulador puede ser retirado.
Es favorable que la unidad de control esté realizada para ejecutar automáticamente un procedimiento con las siguientes etapas, que se ejecutan preferiblemente tras las etapas citadas en los tres párrafos anteriores: (a) detectar que ningún acumulador está conectado a la conexión de acumulador, (b) abrir o mantener abierto el segundo elemento de conexión y dado el caso (c) abrir o mantener abierto el primer elemento de conexión. De esta manera se reduce o impide la formación de un arco voltáico en el primer elemento de conexión. El procedimiento incluye preferiblemente además la etapa (c) cerrar o mantener cerrado el relé de conexión. Las etapas(b) y (c) se realizan con preferencia en un tiempo máximo de 1 segundo, en particular como máximo en 0,1 segundos.
La detección de que ningún acumulador está conectado a la conexión del acumulador se realiza por ejemplo mediante el correspondiente voltímetro o mediante lectura de una entrada de usuario desde un elemento de operación como por ejemplo un interruptor o un botón.
La detección de que ningún acumulador está conectado a la conexión del acumulador se realiza por ejemplo aplicando un impulso de tensión, preferiblemente de como máximo 60 V, a la conexión de los acumuladores, en particular cuando el voltímetro no mide ninguna tensión aplicada a la conexión de los acumuladores. Si el resultado es que no hay corriente eléctrica, no está conectado ningún acumulador.
Los segundos elementos de conexión están conectados de forma tal que para cada elemento de conexión, independientemente del estado de conexión del primer elemento de conexión, el acumulador conectado a la correspondiente conexión del acumulador sólo puede descargarse cuando el segundo elemento de conexión está cerrado.
Un procedimiento de acuerdo con la invención incluye con preferencia las etapas antes descritas en el marco de la realización preferida de la unidad de control.
A continuación se describirá la invención más en detalle en base al dibujo adjunto. Al respecto muestra
figura 1 un esquema de circuitos de un equipo de descarga de acumuladores según la invención,
figura 2 un esquema de circuitos de un equipo de descarga de acumuladores según la invención, en una segunda forma de realización y
figura 3 una forma de realización alternativa de un equipo de descarga de acumuladores según la invención.
La figura 1 muestra un equipo de descarga de acumuladores 10 según la invención con conexiones de acumulador 12.1 (i = 1, 2, ..., N; aquí: N = 4). El equipo de descarga de acumuladores 10 dispone además de una conexión de carga 14, a la que se conecta en el presente caso una carga 16 en forma de un ondulador 17. El ondulador 17 tiene una conexión de tensión 14, a la que se aplica una tensión alterna U<ac>que tiene una frecuencia predeterminada f, por ejemplo 50 Hz o 60 Hz. La tensión alterna UAC es de por ejemplo 230 voltios o 110 voltios. No obstante, pueden aplicarse otras tensiones.
El circuito de descarga 18 dispone de un voltímetro 22.i para cada conexión de acumulador 12.i, para medir una tensión de acumulador U<20>.i del respectivo acumulador 20.i conectado. El circuito de descarga 18 también tiene un interruptor de cortocircuito 24.i para cada conexión de acumulador 12. La respectiva conexión de acumulador 12.i puede cortocircuitarse mediante cada interruptor de cortocircuito 24.i. En otras palabras, los respectivos contactos de conexión 26a.i, 26b.i de la conexión del acumulador 12.i se conectan al mismo potencial. De este modo, deja de circular corriente por el acumulador 20.i correspondiente.
El equipo de descarga de acumuladores 10 tiene una unidad de control 27 que está conectada a todos los voltímetros 22.i, con lo que la unidad de control 27 detecta todas las tensiones de los acumuladores U20.i. La unidad de control 27 también está conectada a todos los interruptores de cortocircuito 24.i para su control. En otras palabras, la unidad de control 27 puede cerrar y abrir automáticamente cada interruptor de cortocircuito 24.i.
El equipo de descarga de acumuladores 10 puede tener un indicador 28 que está conectado a la unidad de control 27 por medio de un conductor o por radio y que está diseñado para mostrar aquellas conexiones de acumulador 12.i en las que está presente una tensión de acumulador 20.i que es inferior a una tensión mínima predeterminada Umin o aquellas conexiones de acumulador 12.i en las que el respectivo interruptor de cortocircuito 24.i está cerrado. Un operador del equipo de descarga de acumuladores 10 puede entonces retirar el acumulador 12.i correspondiente, ya que el mismo está descargado. Por ejemplo, la tensión mínima es Umin = 0 voltios.
También es posible, aunque no necesario, que el equipo de descarga de acumuladores 10 disponga de un circuito de protección contra polaridad inversa 30.i para al menos una conexión de acumulador, en particular en cada caso todas las conexiones de acumulador 12.i. Si el voltímetro 22.i mide una polaridad incorrecta del acumulador conectado, estando conectado el acumulador por lo tanto con la polaridad incorrecta, entonces la unidad de control 27 controla el circuito de protección contra polaridad inversa 30.i de tal manera que éste invierte la polaridad para que se vuelva a tener la polaridad correcta en las conexiones del circuito de inversión de polaridad 32a.1, 32b.1.
La unidad de control 27 está configurada de tal manera que detecta automática y continuamente las tensiones de los acumuladores U20i. Si la tensión de los acumuladores U20i es superior a la tensión mínima Umin, la unidad de control 27 mantiene abierto el interruptor de cortocircuito 24.i correspondiente. Si todas las tensiones de los acumuladores 20.1 son superiores a la tensión mínima Umin, todos los interruptores de cortocircuito 24.i están cerrados y todos los acumuladores 20.i están conectados entre sí en un circuito serie. Las tensiones U20i de los acumuladores se suman así para dar una tensión de salida U<a>, que está presente en la conexión de la carga 14 y que corresponde a la suma de todas las tensiones U<20>.i de los acumuladores en el caso de estar sin carga.
Si la tensión del acumulador U<20>. cae por debajo de la tensión mínima Umin para un acumulador 20.i, la unidad de control 27 cierra el respectivo interruptor de cortocircuito 24.i, de forma que se puentea el acumulador 20.i correspondiente. A continuación no circula ninguna corriente por el acumulador 20.i correspondiente. Si no se ha elegido como tensión mínima Umin 0V, el circuito de descarga 18 dispone de otro interruptor para cada conexión de acumulador 12.i, el cual desconecta uno de los dos contactos de conexión 26a.i o 26b.i del resto del circuito.
Para lograr que la tensión de salida U<a>se encuentre siempre dentro de un intervalo multitensión predeterminado Z, la unidad de control 27 puede diseñarse de forma que conecte en serie sólo una parte de los acumuladores 20.i y puentee los demás acumuladores, para que se alcance la tensión de salida U<a>correspondiente.
El indicador 28 puede utilizarse para emitir avisos de alarma, por ejemplo un aviso de alarma de polaridad inversa o un aviso de alarma de caída de tensión, cuando la unidad de control 27 detecta una variación de la tensión de un acumulador Ú demasiado alta. La variación de la tensión del acumulador Ú se calcula en la unidad de control 27 mediante derivación numérica de la correspondiente tensión del acumulador U<20.3>.
Mediante un sensor térmico 34, en el presente caso en forma de una cámara termográfica 34, en cuyo campo de visión S se encuentran los acumuladores 20.i, se vigilan las correspondientes temperaturas Ti. El sensor térmico 34, está conectado con la unidad de control 27. Si aumenta una de las temperaturas Ti por encima de una temperatura de alarma Twarn predeterminada, entonces desconecta la unidad de control 27 el correspondiente acumulador 20.i. Según una forma de realización preferida, conecta la unidad de control 27 el acumulador 20.i correspondiente de nuevo a la conexión serie tras un tiempo de espera predeterminado. Alternativamente a la cámara termográfica, puede tener el sensor térmico por ejemplo también termoelementos.
La figura 2 muestra un esquema de circuitos de un equipo de descarga de acumuladores 10 de la invención, según una segunda forma de realización. Los interruptores de cortocircuito 24.i tienen en esta forma de realización un primer elemento de conexión 36a.i y un segundo elemento de conexión 36b.i. Los elementos de conexión 36a.i y 36b.i son por ejemplo relés. De esta manera puede desconectarse un acumulador 20.i cuando su tensión de acumulador U20.i se encuentre por debajo de una tensión mínima Umin, siendo dicha tensión mínima Umin = 0V.
Los elementos de conexión 36a.i pueden denominarse también relés de cortocircuito. Los elementos de conexión 36b.i pueden denominarse también relés de conexión.
En la unidad de control 27 está memorizado un intervalo de tensión objetivo Z. La unidad de control 27 conecta automáticamente en serie una cantidad de acumuladores 20.i tal que la tensión suma resultante se encuentre en el intervalo de la tensión objetivo Z. La conexión de un acumulador 20.i se realiza abriendo el correspondiente relé de cortocircuito 36a.i y cerrando el relé de conexión 36b.i. De esta manera aporta el acumulador energía eléctrica. Esto se realiza preferiblemente, pero no necesariamente, de forma automática, por ejemplo mediante la unidad de control 27. La desconexión de un acumulador 20.i se realiza (a) cerrando o permaneciendo cerrado el correspondiente relé de cortocircuito 36a.i y (b) cerrando o permaneciendo cerrado el relé de conexión 36b.i. Tras retirar un acumulador de su conexión del acumulador 12.i, se abre el relé de conexión 36b.i. A continuación se conecta otro acumulador 20'.i a la conexión del acumulador 12.i. A continuación se abre, si es necesario, el correspondiente relé de cortocircuito 36a.i y se cierra el relé de conexión 36b.i. También esto se realiza automáticamente con preferencia, pero no necesariamente, por ejemplo mediante la unidad de control 27. El nuevo acumulador 20'i está entonces conectado.
La cantidad N de conexiones de acumulador se elige con preferencia de forma tal que no tengan que conectarse todos los acumuladores en serie para que la tensión suma se encuentre en el intervalo de tensiones objetivo Z. Preferiblemente se elige el número N de forma tal que tenga que tomar contacto como máximo la mitad, en particular como máximo un tercio de las conexiones de acumulador para que la tensión suma se encuentre en el intervalo de tensiones objetivo Z.
Cuando ha alcanzado un acumulador la tensión mínima Umin o queda por debajo de ella, se puentea el mismo, tal como se ha descrito antes. Es entonces favorable, pero no necesario, que la unidad de control 27 emita una señal de que el correspondiente acumulador puede retirarse.
La figura 3 muestra una forma de realización alternativa de un equipo de descarga de acumuladores 10 según la invención, cuyo ondulador 17 está conectado con una red eléctrica pública 38' para devolver energía eléctrica.
Alternativa o adicionalmente está conectado el ondulador 17 con una red eléctrica 38, a la que están conectados consumidores eléctricos 40.j (j = 1, 2, ... J). Mediante un medidor de potencia 42 puede medirse la potencia eléctrica P<40>de los consumidores eléctricos 40.j en función del tiempo.
La unidad de control 27 está diseñada para captar automáticamente la potencia eléctrica P<40>, que es una entrega de potencia de consigna Psoll del equipo de descarga de acumuladores 10. Si una entrega de potencia real Pist, es decir, la entrega de potencia efectiva, del equipo de descarga de acumuladores 10 es inferior a la entrega de potencia de consigna Psoll, se toma potencia de la red eléctrica pública 38'. Si por el contrario la entrega de potencia real Pist es superior entrega de potencia de consigna Psoll, se suministra potencia eléctrica a la red pública 38'. Para evitar esto, puede estar diseñada la unidad de control para reducir la entrega de potencia real Pist desconectando por ejemplo uno o varios acumuladores del circuito.
Alternativa o adicionalmente puede tener el equipo de descarga de acumuladores 10 una memoria intermedia (tampón) 44. La memoria intermedia 44 puede ser por ejemplo un acumulador. La memoria intermedia 44 está conectada de forma tal que la energía eléctrica que se toma del equipo de descarga de acumuladores 10 procedente de los acumuladores 20, puede almacenarse en la memoria intermedia, al menos parcialmente y/o al menos temporalmente. Por ejemplo puede estar diseñada la unidad de control 27 de forma tal que la misma introduzca potencia eléctrica en la memoria intermedia 44 cuando la entrega de potencia de consigna Psoll sea inferior a la entrega de potencia real Pist. Por ejemplo se introduce así en la memoria intermedia 40 tanta potencia eléctrica que se minimiza la energía eléctrica aportada a la red eléctrica pública 38'.
Lista de referencias
10 equipo de descarga de acumuladores
12 conexión del acumulador
14 conexión de carga
16 carga
17 ondulador
18 circuito de descarga
20 acumulador
22 voltímetro
24 interruptor de cortocircuito
26 contactos de conexión
27 unidad de control
28 indicador
30 circuito de protección contra polaridad inversa
32 conexión del circuito de polaridad inversa
34 cámara termográfica
36a primer elemento de conexión, relé de cortocircuito
36b segundo elemento de conexión, relé de conexión
38 red eléctrica
38' red eléctrica pública
40 consumidor
42 medidor de energía
44 memoria intermedia (tampón)
f frecuencia
i índice correlativo de las conexiones de acumulador
j índice correlativo de los consumidores
N número de conexiones de acumulador
Psoll entrega de energía de consigna
Pist entrega de energía real
S campo visual
Ti temperatura del acumulador número i
Twarn temperatura de alarma
UAC tensión alterna
U20.i tensión del acumulador
Umin tensión mínima
UA tensión de salida
Ú variación de la tensión del acumulador
Z intervalo de tensión objetivo

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Equipo de descarga de acumuladores (10) para descargar acumuladores (20) en el marco de un proceso de eliminación, con
(a) una primera conexión de acumulador (12.1) para conectar un primer acumulador (20.1),
(b) una segunda conexión de acumulador (12.2) para conectar un segundo acumulador (20.2),
(c) al menos una tercera conexión de acumulador (12.3) para conectar un tercer acumulador (20.3) y (d) una conexión de carga (14) para una carga (16) para descargar una potencia eléctrica al descargar los acumuladores (20),
(e) un circuito de descarga (18), que tiene
(i) un primer voltímetro (22.1), dispuesto para medir una primera tensión de acumulador (U<20>.<1>), que cae a través de la primera conexión de acumulador (12.1),
(ii) un segundo voltímetro (22.2), dispuesto para medir una segunda tensión de acumulador (U2o2), que cae a través de la segunda conexión de acumulador (12.2),
(iii) un tercer voltímetro (22.3), dispuesto para medir una tercera tensión de acumulador (U203), que cae a través de la tercera conexión de la acumulador (12.3) y
(iv) una unidad de control (27),
(f) estando diseñada la unidad de control (27) para ejecutar automáticamente un procedimiento con las etapas de
(i) para todos los voltímetros (22.i), captar la tensión de acumulador respectivo (U20.i)
(ii) si la tensión del acumulador respectivo (U20.i) supera una tensión mínima especificada (Umin), conectar o mantener conectado el acumulador correspondiente (20.i) en una conexión serie con al menos otro acumulador y
(iii) si la tensión del acumulador correspondiente (U20.i) no supera la tensión mínima (U min), retirar el acumulador correspondiente (20.i) de la conexión serie,
(g) habiéndose elegido la tensión mínima (Umin) de forma que se evita una perforación del acumulador y (h) el circuito de descarga (18) tiene
(i) un primer interruptor de cortocircuito (24.1) para cortocircuitar la primera conexión de acumulador (12.1),
(ii) un segundo interruptor de cortocircuito (24.2) para cortocircuitar la segunda conexión de acumulador (<1 2>.<2>) y
(iii) un tercer interruptor de cortocircuito (24.3) para cortocircuitar la tercera conexión de acumulador (12.3) , y
(iv) está diseñado para retirar el acumulador correspondiente (20.i) del circuito serie mediante el interruptor de cortocircuito correspondiente (24.1, 24.2, 24.3)
(i) teniendo cada interruptor de cortocircuito (24.1, 24.2, 24.3) un primer elemento de conexión (36a.1, 36a.2, 36a.3),
caracterizado porque
(j) los interruptores de cortocircuito (24.1, 24.2, 24.3) tienen cada uno un segundo elemento de conexión (36b.1, 36b.2, 36b.3), que está conectado de tal manera que para cada segundo elemento de conexión, independientemente del estado de conexión del primer elemento de conexión, el acumulador conectado a la conexión de acumulador correspondiente sólo puede descargarse cuando el segundo elemento de conexión está cerrado.
2. Equipo de descarga de acumuladores (10) según la reivindicación 1,
caracterizado poruna carga (16), que está conectada a la conexión de carga (14), en forma de un ondulador (17) para generar una tensión alterna (UAC) de una frecuencia (f) y tensión predeterminadas.
3. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porquela carga es un convertidor de corriente continua para generar una tensión continua de una tensión predeterminada a partir de una tensión continua aplicada a la conexión de carga (14).
4. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porun indicador (28) para mostrar aquellos acumuladores (20. i) cuya tensión de acumulador (U<20>.i) respectiva no supere la tensión mínima (Umin) y/o aquellas conexiones de acumulador (14.i) cuyos contactos de conexión (26) estén cortocircuitados.
5. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porun circuito de protección contra inversión de polaridad (30) para
(i) detectar automáticamente un acumulador (20) conectado con polaridad incorrecta y emisión de un aviso de alarma de polaridad inversa y/o
(ii) conectar automáticamente con la polaridad correcta el acumulador (20) conectado con la polaridad incorrecta.
6. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porquela unidad de control (27) está diseñada para realizar automáticamente un procedimiento con las etapas:
a) determinar las variaciones de tensión de los acumuladores (U20) a lo largo del tiempo y
b) puentear el acumulador correspondiente (20) mediante el correspondiente interruptor de cortocircuito (24) y/o emitir un aviso de alarma de caída de tensión si la variación de la tensión del acumulador (U) a lo largo del tiempo está fuera de un intervalo de tolerancia predeterminado.
7. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porquela unidad de control (27) está diseñada para ejecutar automáticamente un procedimiento con la etapa:
conectar una parte de los acumuladores (20.i) en la conexión serie, de modo que una suma de las tensiones de los acumuladores (U<20>.O se encuentre dentro de un intervalo de tensión objetivo predeterminado (Z), en el que, cuando dos o más combinaciones de tensiones de los acumuladores (U20i) se encuentran dentro del intervalo de tensión objetivo (Z), se selecciona la combinación con el mayor número de tensiones de acumulador (U20 i).
8. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado poral menos un sensor térmico (34), que está dispuesto para detectar una temperatura (Ti) de al menos uno de los acumuladores (20.i).
9. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porquela unidad de control (27) está diseñada para ejecutar automáticamente un procedimiento con las etapas:
a) detectar un acumulador (20.i) que está conectado a una conexión de acumulador (12.i) y que no supera la tensión mínima (Umin),
b) cerrar o mantener cerrado un primer elemento de conexión (36a.i) del interruptor de cortocircuito (24.i) de la conexión de acumulador (12.i),
c) cerrar o mantener cerrado un segundo elemento de conexión (36b.i) del interruptor de cortocircuito (24.i) de la conexión de acumulador (12.i),
d) emitir una señal que codifica que el acumulador puede ser retirado,
e) detectar que no hay ningún acumulador (20.i) conectado a la conexión del acumulador (12.i),
f) abrir o mantener abierto el segundo elemento de conexión (36b.i), y a continuación
g) abrir o mantener abierto el primer elemento de conexión (36a.i) y a continuación
h) cerrar el segundo elemento de conexión (36b.i).
10. Equipo de descarga de acumuladores según una de las reivindicaciones 2 ó 4 a 9 anteriores,caracterizado porque
(a) el ondulador (17) está conectado a una red eléctrica (38, 38') a la que están conectados consumidores eléctricos (40.j),
(b) la unidad de control (27) está diseñada para realizar automáticamente un procedimiento con las etapas: (i) captar una entrega de potencia de consigna (Psoll) del equipo de descarga de acumuladores (10) y (ii) reducir una potencia de descarga de los acumuladores (20) cuando una entrega de potencia real (Pist) supera la entrega de potencia objetivo (Psoll).
11. Equipo de descarga de acumuladores (10) según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por
a) un acumulador eléctrico intermedio o tampón (42),
b) estando diseñada la unidad de control (27) para llevar a cabo automáticamente un procedimiento con las etapas:
(i) detección de la entrega de potencia objetivo (Psoll) del equipo de descarga de acumuladores (10) y (ii) carga del acumulador intermedio (42) para que la entrega de potencia real (Pist) no supere la entrega de potencia objetivo (Psoll).
12. Procedimiento para descargar una pluralidad de acumuladores (20) mediante un equipo de descarga de acumuladores (10), que comprende las etapas realizadas automáticamente:
a) medición continua de las respectivas tensiones de acumulador (U20) de una pluralidad de acumuladores (20.i), que están conectados a respectivas conexiones de acumulador (12.i) del equipo de descarga de acumuladores (10),
b) conexión de los acumuladores (20), cuyas tensiones de acumulador (U20) no caen por debajo de una tensión mínima predeterminada (Umin), en una conexión serie, de modo que los acumuladores (20.i) se descargan, y
c) desconectar un acumulador (20.1) cuya tensión de acumulador (U201) descienda por debajo de la tensión mínima especificada (Umin), de modo que deje de estar conectado en serie,
d) siendo la tensión mínima (Umin) de 0 voltios y/o comprendiendo el procedimiento cortocircuitar mediante un interruptor de cortocircuito (24.i) la conexión de acumulador (12.1) a la que está conectado una acumulador (20),
caracterizado porque
e) la desconexión de un acumulador (20.1) cuya tensión de acumulador (U20<1>) descienda por debajo de la tensión mínima predeterminada (Umin) para que deje de estar conectado en serie, comprende el cierre de un primer elemento de conexión (36a.i) del interruptor de cortocircuito (24.i),
yporqueel proceso incluye la etapa
f) cerrar o mantener cerrado un segundo elemento de conexión (36b.i) del interruptor de cortocircuito (24.i) de la conexión de acumulador (12.i),
estando el segundo elemento de conexión (36b.i) conectado de tal manera que, independientemente del estado de conexión del primer elemento de conexión (36a.i), el acumulador conectado a la conexión de acumulador correspondiente sólo puede descargarse cuando el segundo elemento de conexión (36b.i) está cerrado.
13. Procedimiento según la reivindicación 12,
caracterizado porla etapa:
(i) detectar que no hay ningún acumulador (20.i) conectado a la conexión de acumuladores (12.i),
(ii) abrir o mantener abierto el segundo elemento de conexión (36b.i) y a continuación
(iii) abrir o mantener abierto el primer elemento de conexión (36a.i) y a continuación
(iv) cerrar el segundo elemento de conexión (36b.i).
14. Procedimiento según la reivindicación 12 o 13,
caracterizado porlas etapas:
(i) detección de un acumulador (20) conectado con polaridad incorrecta y emisión de un aviso de alarma de polaridad inversa.
y/o
(ii) conectar con la polaridad correcta el acumulador (20) conectado con polaridad incorrecta.
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