ITBO20090034A1 - Metodo ed apparato per il monitoraggio ed il controllo dello stato di funzionamento delle singole celle di un accumulatore elettrico. - Google Patents

Metodo ed apparato per il monitoraggio ed il controllo dello stato di funzionamento delle singole celle di un accumulatore elettrico. Download PDF

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Description

DESCRIZIONE dell’ invenzione industriale dal titolo:
“Metodo ed apparato per il monitoraggio ed il controllo dello stato di funzionamento delle singole celle di un accumulatore elettrico”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
II trovato fa riferimento agli accumulatori elettrici in genere ed in particolare a quelli della nuova generazione, ad esempio del tipo ai polimeri di litio o d’altro tipo, che a parità di prestazioni rispetto agli accumulatori elettrici della vecchia generazione, presentano ingombri estremamente limitati, grazie ai quali questi stessi accumulatori vengono attualmente sempre più usati nel settore della telefonia, nelThardware informatico, in quello hobbistico ed anche nei mezzi di locomozione a trazione completamente elettrica o di tipo ibrido.
Anche gli accumulatori elettrici di nuova generazione, impiegano celle che singolarmente forniscono tensioni modeste, così che per raggiungere le tensioni necessarie all’impiego al quale sono destinati gli stessi accumulatori, è necessario collegare tra loro in serie più celle. Anche adottando rigidi standard di produzione, le celle di un accumulatore di nuova generazione presentano caratteristiche di funzionamento diverse Luna dall’altra ed il loro comportamento nella fase di carica o di scarica, può nel tempo modificarsi e può degenerare ad un punto tale da compromettere il funzionamento di tutta la serie di celle che formano l’accumulatore. Poiché questi accumulatori hanno costi ancora molto elevati e poiché le dete anomalie di funzionamento possono determinare anche problemi di sicurezza per l’utenza, la tecnica nota è orientata a controllare le carateristiche di funzionamento delle singole celle di un accumulatore, prevedendo per ogni cella dei trasduttori di tensione e di temperatura e collegando questi sensori con dei cablaggi eletrici ad una unità centrale di controllo che è predisposta per controllare ed eventualmente equalizzare il funzionamento delle singole celle nella fase di carica ed in quella di scarica, per mantenere inalterato e sicuro il funzionamento nel tempo dell’accumulatore o per comandare la temporanea disattivazione dello stesso accumulatore al verificarsi di inconvenienti di notevole importanza.
Nel caso in cui, come nell 'auto trazione, vengano impiegate unità di accumulo formate da un grande numero di accumulatori del tipo di cui trattasi, collegati tra loro in serie od in serie e parallelo, i cablaggi dianzi deti di collegamento delle singole celle aU’unità centrale di controllo e/od il collegamento tra loro di più di tali unità, diventerebbe di difficile realizzazione, comporterebbe notevoli problemi di funzionalità ed introdurrebbe problemi di ingombro che eliminerebbero in gran parte i vantaggi derivanti dal limitato ingombro dei nuovi accumulatori.
Il trovato intende ovviare a questi e ad altri inconvenienti della tecnica nota, con la soluzione enunciata nell’annessa rivendicazione 1) e nelle successive rivendicazioni dipendenti, basata sulla seguente idea di soluzione. Ogni cella di un accumulatore viene dotata di ima unità elettronica periferica di controllo alla quale sono collegati dei trasduttori di temperatura, di tensione e/o di altri parametri di funzionamento di ogni singola cella e/o sono collegati dei mezzi di controllo della fase di carica o di scarica della stessa cella e questa unità periferica di controllo è predisposta per il collegamento ad una piccola unità Rx/Tx di ricevimento e di trasmissione di dati, funzionante ad esempio in radiofrequenza o con altro sistema wireless. L’accumulatore viene dotato di almeno una unità elettronica centrale di governo che attraverso una CPU ed una propria unità Rx/Tx è in grado di collegarsi con le corrispondenti unità Rx/Tx delle singole celle per ricevere da queste i dati di funzionamento delle celle stesse, per confrontarli con dati di sicurezza programmati, per poter interrompere automaticamente il funzionamento dell’accumulatore qualora i dati di funzionamento rilevati da una o più celle, risultino diversi dai detti dati programmati e per eventualmente trasmettere alle celle degli eventuali comandi di regolazione, il tutto senza la necessità di cablaggi elettrici e senza le difficoltà che per contro si riscontrano nella tecnica nota.
Maggiori caratteristiche del trovato ed i vantaggi che ne derivano, appariranno meglio evidenti dalla seguente descrizione di una forma possibile di realizzazione dello stesso, illustrata a puro titolo d’esempio, non limitativo, nella tavola allegata di disegno dove l’unica figura illustra uno schema a blocchi di realizzazione del trovato.
Nella figura, con 1, 1 ’ ed l<n>sono indicate le varie celle che formano un accumulatore elettrico 3 e che coi loro poli negativi 101 e positivi 201 sono collegate tra loro in serie per mezzo del circuito 2 attestato ai morsetti negativo 102 e positivo 202 dello stesso accumulatore 3. Ogni cella dell’accumulatore viene dotata di una unità elettronica periferica 4 di controllo della cella stessa, nel seguito denominata anche con la sigla CCU (Celi Control Unit), dotata di mezzi per rilevare la tensione ai poli 101, 201, la temperatura in almeno un punto significativo della cella ed altri eventuali caratteristiche o parametri di funzionamento della cella stessa ed eventualmente dotata di mezzi per poter controllare la fase di carica o di scarica della cella medesima. L’unità CCU 4 è predisposta per il collegamento operativo ad una unità 6 almeno con funzioni trasmittenti, ma di preferenza con funzioni sia trasmittenti che riceventi, che lavora ad esempio in radiofrequenza o con altro sistema noto di ricetrasmissione a distanza che non prevede la necessità di fili elettrici, quindi di qualsiasi tipo wireless. I componenti periferici 4 e 6 possono essere realizzati in gran parte come circuiti integrati, con un ingombro molto limitato e possono essere inseriti agevolmente in ogni cella dell’ accumulatore già al momento della produzione della cella stessa.
Le unità ricetrasmittenti 6 delle varie celle 1, Γ ed Γ dell’accumulatore 3 sono predisposte per dialogare con l’unità almeno ricevente, ma di preferenza sia ricevente che trasmittente 7, di una unità elettronica centrale 8, nel seguito denominata anche con la sigla BMS (Battery Management System), collegata al circuito principale 2 dell’accumulatore, in modo da derivare da questo la tensione ai capi dei morsetti 102, 202 ed eventualmente anche il valore della corrente che circola nello stesso accumulatore. Una CPU 9 con apposito software, collega tra loro le unità 7, 8 ed è dotata di una linea di comunicazione 109 verso mezzi esterni (vedi oltre).
Dal collegamento dell’unità ricetrasmittente 7 con le singole unità ricetrasmittenti 6 delle unità periferiche 4 delle diverse celle 1, Γ ed l<n>che compongono l’accumulatore 3, l’unità centrale BMS 8 è in grado di conoscere i vari parametri di funzionamento delle celle stesse, di confrontarli con parametri programmati e può provvedere automaticamente al controllo selettivo del loro funzionamento durante le fasi di carica o di scarica, ad esempio attraverso eventuali CPU (non illustrate), fisse o programmabili e proprie delle stesse unità periferiche 4, o può provvedere ad interrompere automaticamente l’erogazione di corrente da parte dell’accumulatore 3 qualora si presentino condizioni anomale di funzionamento di una o più celle, che potrebbero pregiudicare la sicurezza di funzionamento dello stesso accumulatore. Attraverso la linea di comunicazione 109 sarà possibile effettuare operazioni di interrogazione o di programmazione della CPU 9. Attraverso la stessa linea 109 ed una unità elettronica esterna di facile realizzazione, non illustrata, sarà anche possibile controllare con sicurezza il funzionamento di più accumulatori elettrici accorpati in qualsiasi adatto modo per formare una singola unità di accumulo. Se una tale unità dovesse essere formata da un numero notevole di accumulatori elettrici, la linea di comunicazione 109 può essere sostituita da una unità ricetrasmittente, il tutto in modo intuibile e facilmente realizzabile dai tecnici del ramo.
Resta inteso che dalla descrizione sono stati omessi i dettagli costruttivi relativi alle unità Rx/Tx 6 e 7 ed alle unità periferiche CCU, 4 e centrale BMS, 8, in quanto il tutto è facilmente realizzabile dai tecnici del ramo sulla base delle finalità esposte. Resta altresì inteso che la descrizione si è riferita ad una forma preferita di realizzazione del trovato, al quale possono essere apportate numerose varianti e modifiche costruttive, il tutto per altro senza abbandonare il principio informatore dell’invenzione, come descritto, illustrato e come a seguito rivendicato.
Nelle rivendicazioni, i riferimenti riportati tra parentesi sono puramente indicativi e non limitativi dell’ambito di protezione delle stesse rivendicazioni.

Claims (9)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Apparato per il monitoraggio ed il controllo dello stato di funzionamento delle singole celle (1, 1 ’ ed Γ ) di un accumulatore elettrico (3), che comprende: - una unità elettronica periferica di monitoraggio e controllo (CCU, 4) alla quale sono collegati dei trasduttori di temperatura, di tensione e/o di altri parametri di funzionamento di ogni cella (1, l’ ed l<n>) e dotata di mezzi per il collegamento con corrispondenti mezzi di una unità elettronica centrale (BMS, 8) di governo del funzionamento dell’ accumulatore (3), dotata di mezzi che rilevano la tensione ai morsetti dello stesso accumulatore ed eventualmente anche la corrente di carica e/o scarica del medesimo accumulatore; - in cui il collegamento operativo tra i detti mezzi delle dette unità periferiche (CCU, 4) e della detta unità centrale (BMS, 8), avviene tramite rispettive unità almeno trasmittenti (6) ed almeno riceventi (7), funzionanti ad esempio in radiofrequenza o con altro sistema wireless, il tutto in modo che la stessa unità eletironica centrale (BMS, 8) possa ricevere i dati di funzionamento delle singole celle per confrontarli con valori programmati e per poter decidere almeno sulla eventuale necessità di disattivazione automatica ed in sicurezza dell’accumulatore qualora i detti dati di funzionamento di una o più celle degradino a valori tali da pregiudicare il funzionamento ripetuto ed in sicurezza dell’accumulatore.
  2. 2. Apparato secondo la rivendicazione 1), in cui le dette unità trasmittenti (6) e riceventi (7) delle unità periferiche (CCU, 4) e dell’unità centrale (BMS, 8), sono entrambe sia riceventi che trasmittenti (Rx/Tx).
  3. 3. Apparato secondo la rivendicazione 2), in cui le unità periferiche (CCU, 4) di ogni cella (1, 1’ ed l<n>) possono essere dotate di rispettive CPU, fisse o programmabili.
  4. 4. Apparato secondo la rivendicazione 2), in cui le unità periferiche (CCU, 4) di ogni cella (1, Γ, l<n>) possono essere dotate anche di mezzi per il controllo della fase di carica o di scarica della stessa cella, ad esempio di mezzi di equalizzazione e l’unità centrale (BMS, 8) può essere dotata di mezzi per trasmettere selettivamente alle unità periferiche (4, CCU) delle medesime celle dei comandi di regolazione per le fasi di carica o di scarica.
  5. 5. Apparato secondo la rivendicazione 1), in cui la detta unità centrale (BMS, 8) è dotata di una linea di comunicazione esterna (109) per ogni necessità di controllo e di programmazione e per l’eventuale controllo in sicurezza del funzionamento di più accumulatori elettrici accorpati in qualsiasi adatto modo per formare una singola unità di accumulo.
  6. 6. Apparato secondo la rivendicazione 5), in cui la detta linea di comunicazione esterna (109) può essere del tipo con fili elettrici o di tipo wireless.
  7. 7. Procedimento per il monitoraggio ed il controllo dello stato di funzionamento delle singole celle (1, 1’ ed l<n>) di un accumulatore elettrico (3), che comprende: - delle fasi di rilevamento dei dati di funzionamento di ogni cella (1, 1’ ed l<n>), quali ad esempio i dati relativi alla tensione ed alla temperatura e fasi di trattamento per la trasmissione a distanza di tali dati, con una qualsiasi soluzione wireless; - una fase di ricevimento dei dati di funzionamento di ogni cella dell’accumulatore (3) e fasi di elaborazione di tali dati e di confronto con dati programmati ed una fase di interruzione automatica del funzionamento dello stesso accumulatore qualora gli stessi dati di funzionamento di ogni cella degradino a valori tali da pregiudicare il funzionamento corretto ed in sicurezza nel tempo del medesimo accumulatore.
  8. 8. Procedimento secondo la rivendicazione 7), caratterizzato dal comprendere anche delle fasi di regolazione selettiva del funzionamento di ogni cella nella fase di carica od in quella di scarica ed una fase per comandare tale regolazione selettiva qualora vengono rilevate condizioni di non corretto funzionamento di una cella, al fine di equalizzare i funzionamenti delle varie celle ed evitare fenomeni di deriva che porterebbero all’interruzione automatica del funzionamento dell’accumulatore.
  9. 9. Metodo ed apparato per il monitoraggio ed il controllo dello stato di funzionamento delle singole celle di un accumulatore elettrico, concepito e realizzato in tutto o sostanzialmente come descritto, come illustrato nell’unica figura della tavola allegata di disegno e per gli scopi sopra esposti.
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