ITBO950538A1 - Apparecchiatura e metodo per il controllo di accumulatori elettrici. - Google Patents

Abstract

Il trovato concerne un'apparecchiatura e un metodo per il controllo di accumulatori elettrici, in particolare per l'ottimizzazione di batterie (3) di accumulatori (30) collegati in serie; è prevista la misurazione della tensione a ciascuna coppia di morsetti (33, 34) dei singoli accumulatori (30), la determinazione del minimo valore tra quelli rilevati, ovvero l'identificazione dell'accumulatore presentante uno stato di carica minore in modo da definire un accumulatore temporaneamente deficitario e l'erogazione all'accumulatore temporaneamente deficitario di una corrente di supporto presentante valori corrispondenti a quelli di una corrente idonea alla ricarica dell'accumulatore. (FIG. 1)

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo: APPARECCHIATURA E METODO PER IL CONTROLLO DI ACCUMULATORI ELETTRICI.

II presente trovato concerne un’apparecchiatura ed un metodo per il controllo di accumulatori elettrici.

Il trovato è utilizzabile nella gestione, ossia per l’ottimizzazione, di accumulatori destinati all'alimentazione di servizio o di soccorso di apparati elettrici di vario tipo.

Possibili campi di applicazione, possono essere, ad esempio, relativi all’erogazione di energia elettrica a motori elettrici, al'utilizzazione di batterie tampone, all'alimentazione di circuiti di bordo di natanti e similari, ecc.: in pratica il trovato è utilizzabile in tutti quei casi nei quali venga utilizzata come sorgente di energia, normale o di emergenza (ovvero stabilmente o per periodi di tempo limitati), una batteria di accumulatori elettrici.

Nel corso della presente descrizione, sarà fatto riferimento, senza con questo voler limitare la portata di trovato, al caso di veicoli a trazione elettrica, in particolare veicoli autoalimentati, vale a dire del tipo che non necessita di un collegamento continuo con una rete di alimentazione dedicata. Tali veicoli vengono mossi da motori elettrici alimentati solitamente da batterie, intendendo con questo termine un insieme di più accumulatori elettrici tra loro elettricamente collegati.

I veicoli in questione possono, ad esempio, essere costituti da autoveicoli e nel resto della presente descrizione saranno chiamati semplicemente veicoli a trazione elettrica.

Questi veicoli hanno da sempre presentato l'inconveniente della limitata autonomia. La diffusione di tali veicoli è infatti ostacolata dalle relativamente basse distanze percorribili con la capacità unitaria delle batterie (capacità intesa come quantità di elettricità che l'insieme di accumulatori costituenti la batteria globale può mettere a disposizione durante la scarica).

Una delle cause della riduzione di autonomia di cui in precedenza è legata al fatto che i vari accumulatori costituenti la batteria sono tra loro collegati in serie: per questo motivo il veicolo non può più essere mosso dal motore quando anche uno solo degli accumulatori risulta insufficientemente carico. Jn pratica, nei veicoli a trazione elettrica finora noti, è possibile che la batteria non sia in grado di erogare l'energia necessaria a muovere il motore anche in situazioni nelle quali la maggior parte dei singoli accumulatori che la costituiscono (anche tutti meno uno) presenti valori di energia immagazzinata sufficienti al singolo contributo da fornire alla batteria. In altre parole, una situazione deficitaria di un singolo accumulatore di fatto determina l’inutilizzabilità dell'intera batteria.

Un altro fattore che può contribuire ad una riduzione della vita della batteria, ossia del numero di cicli di carica-scarica realizzabili, è relativo alla profondità di scarica: infatti la vita dell'accumulatore è misurabile in cicli, con un ciclo costituito da una carica e da una scarica. Ovviamente, il verificarsi della scarica con maggiore profondità implica un minore numero di cicli realizzabili e quindi una minore durata deH'accumulatore.

Quanto detto è maggiormente evidente alla luce del fatto che gli accumulatori elettrici presentano caratteristiche che possono variare in funzione di diversi fattori, a causa di differenze intrinseche strutturali e funzionali variabili tra un accumulatore ed un altro. In altre parole, la gestione degli accumulatori è negativamente condizionata dal fatto che i singoli accumulatori presentano efficienze non equivalenti, ma differenti in dipendenza di fattori quali, ad esempio, età, manutenzione, temperatura, caratteristiche dell'ultima ricarica, diagramma di scarica.

Come intuibile, i problemi esposti sono relativi alla gestione di batterie di accumulatori in senso generale, senza limitazioni allo specifico settore dei veicoli a trazione elettrica preso a scopo esemplificativo.

Lo scopo del presente trovato è pertanto quello di eliminare gli inconvenienti ora menzionati con un'apparecchiatura ed un metodo per il controllo di accumulatori elettrici.

Apparecchiatura e relativo metodo sono vantaggiosamente utilizzabili per apparati elettrici alimentati da batterie costituite da più accumulatori tra loro elettricamente collegati in serie.

L'apparecchiatura comprende un circuito di controllo che misura istante per istante la tensione presentata ai morsetti dei singoli accumulatori ed un circuito di alimentazione di supporto atto a supportare quello che tra gli accumulatori risulti, istante per istante, in una condizione deficitaria di carica (intesa come energia immagazzinata) rispetto agli altri.

Il circuito di alimentazione di supporto converte la corrente continua di alimentazione principale, che presenta valori di intensità e di tensione di corrente corrispondenti al dipolo definito daH'insieme della serie di accumulatori, in una corrente elettrica di supporto presentante valori idonei all'operazione di carica o ricarica degli accumulatori.

In questo modo è possibile distribuire più efficacemente l'energia totale disponibile tra i vari accumulatori, così da garantire il massimo chilometraggio relativo all'energia immagazzinata, nel caso dei veicoli e, riferendoci al caso generale degli apparati elettrici di cui in precedenza, una maggiore utilizzabilità nel tempo dell'energia fornita ai morsetti della batteria.

Il metodo si caratterizza nel misurare ciclicamente il valore della tensione alle singole coppie di morsetti di ogni accumulatore sia durante la ricarica che durante la scarica, o almeno durante quest'ultima, ovvero durante l'utilizzo della batteria come erogatore di energia all’apparato utilizzatore; in questo modo viene identificato, nell'accumulatore presentante uno stato di carica minore, un accumulatore temporaneamente deficitario; viene fornita a tale accumulatore identificato come temporaneamente deficitario una corrente con caratteristiche idonee alla ricarica del medesimo, in modo da equalizzare lo stato di carica dei vari accumulatori.

Si elimina così il problema sopra menzionato, presentato dai veicoli a trazione elettrica tradizionali (o da altri apparati elettricamente alimentati), relativo all’arresto del veicolo (o di altri apparati) in corrispondenza del raggiungimento di un insufficiente valore di energia di un singolo accumulatore.

In aggiunta a ciò, si contribuisce ad aumentare la vita degli accumulatori poiché viene contenuta la profondità di scarica totale dell'eventuale o degli eventuali accumulatori caratterizzati da peggiori caratteristiche di capacità ed efficienza, ovvero, grazie appunto al contributo del circuito di alimentazione di supporto, si prolunga nel tempo la durata della carica di tali accumulatori.

Collegando il circuito di controllo ad opportuni mezzi di elaborazione è inoltre possibile immagazzinare i dati relativi alle rilevazioni eseguite. In questo modo da un lato è possibile conoscere quale è l'accumulatore che al momento della misura si trova nella condizione di "deficit" e dall’altro è possibile realizzare una sorta di statistica volta a identificare l'accumulatore o gli accumulatori più di frequente in difficoltà. Si ha cosi una funzione diagnostica che permette di sostituire l'eventuale o gli eventuali accumulatori "difettosi".

Con l'apparecchiatura in oggetto si contribuisce, inoltre, ad aumentare la sicurezza del veicolo (o dell'apparato alimentato dalla batteria) per quanto riguarda la possibilità di esplosioni dovute alla produzione di idrogeno conseguente al fenomeno della inversione di corrente, probabile nei casi di eccessiva profondità di scarica. Infatti, ottimizzando l'utilizzazione degli accumulatori, si limita tale fenomeno caratteristico della fase finale della scarica degli accumulatori.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

la figura 1 illustra uno schema relativo ad un possibile esempio di realizzazione del presente trovato, nel quale un'apparecchiatura in accordo con il trovato viene utilizzata in abbinamento ad un motore elettrico.

L’apparecchiatura in oggetto, come detto in precedenza., è utilizzabile per il controllo dell'alimentazione di un motore elettrico M atto a muovere un veicolo a trazione elettrica, in particolare per la gestione degli accumulatori di energia.

Il motore M risulta collegato, tramite un circuito di alimentazione primario 2 ed opportuni dispositivi schematizzati con il blocco 20 perché non concernenti il trovato in oggetto, ad una batteria 3 di accumulatori e viene alimentato dalla medesima.

Il blocco 20 ed il motore 3 rappresentano, in pratica, un apparato elettrico alimentato dalla batteria 3.

La batteria 3 è costituita da una pluralità di accumulatori 30 tra loro elettricamente collegati in serie.

In figura 1 la pluralità degli accumulatori è rappresentata da tre di essi. Gli accumulatori 30 sono collegati in serie; per questo motivo ai morsetti 31, 32 della batteria 3 (o morsetti principali) è presente una corrente di tensione pari alla somma delle tensioni dei singoli accumulatori 30, mentre l'intensità in un certo istante è la stessa in ogni singolo accumulatore.

La corrente fornita dalla batteria 3 costituisce la corrente elettrica di alimentazione del motore M.

L'apparecchiatura, contrassegnata con il riferimento 1 nella sua totalità, comprende un circuito di controllo, un circuito di supporto e mezzi elettronici di elaborazione e comando; tutti questi componenti saranno di seguito descritti.

Il circuito di controllo comprende mezzi di misura 4 e mezzi campionatori 6, tra loro connessi tramite una linea di collegamento 5.

I mezzi di misura 4 sono collegati ai morsetti 33, 34 dei singoli accumulatori 30 per il tramite di circuiti indipendenti 41 la cui chiusura è comandata dai mezzi campionatori 6.

I mezzi di misura 4 sono atti a rilevare, almeno durante la fase di scarica, il valore della tensione ai morsetti 33, 34 dei singoli accumulatori 30, in modo da determinare, istante per istante, quale degli accumulatori 30 presenta una tensione minore, ovvero in modo da definire un accumulatore temporaneamente deficitario;

II circuito di supporto è provvisto di mezzi di conversione di corrente 8 collegati tramite una linea di entrata 81 al circuito di alimentazione primario 2 e tramite una linea di uscita 80 ai morsetti 33, 34 degli accumulatori 30.

I mezzi di conversione 8 possono essere costituiti da un convertitore atto a trasformare la corrente elettrica di alimentazione di cui sopra in una seconda corrente o corrente di supporto presentante caratteristiche elettriche di valori corrispondenti ai valori caratteristici di una corrente utilizzabile per la fase di carica degli accumulatori 30 stessi.

I mezzi elettronici di elaborazione e comando 7 sono collegati al circuito di controllo e risultano interposti tra i mezzi di conversione di corrente 8 e la linea di uscita 80.

I mezzi elettronici di elaborazione e comando 7 sono provvisti di mezzi di commutazione atti ad indirizzare la seconda corrente di supporto all'accumulatore temporaneamente deficitario, in modo da livellare tra loro le cariche degli accumulatori 30, ovvero le quantità di energia immagazzinate dai medesimi.

I mezzi elettronici di elaborazione e comando 7 possono essere collegati a mezzi di memorizzazione 9 atti all'archiviazione ed all'elaborazione di dati relativi all’identificazione degli accumulatori temporaneamente deficitari, in modo da definire un controllo statistico su parametri predeterminabili. Tali parametri predeterminabili possono essere costituiti dalla frequenza con la quale i singoli accumulatori 30 si vengono a trovare in un periodo di tempo nella condizione di accumulatore temporaneamente deficitario, in modo da eseguire una funzione diagnostica.

Eventualmente possono essere previsti mezzi di visualizzazione sul cruscotto atti a permettere più facilmente l’identificazione dell'accumulatore deficitario; tali mezzi di visualizzazione sono rappresentati dal blocco 10 in figura 1.

II metodo oggetto del trovato comprende una prima fase operativa costituita dalla misurazione della tensione ai morsetti dei singoli accumulatori, atta a stabilire quale tra gli accumulatori è, istante per istante, in uno stato di carica minore durante la ricarica ed anche durante l'erogazione di energia all'apparato utilizzatore, o almeno durante la fase di erogazione.

A tale accumulatore temporaneamente deficitario viene fornita una corrente di supporto presentante valori di tensione e intensità di corrente equivalenti a quelli di una corrente utilizzabile per la ricarica dell’accumulatore stesso, cosi da equalizzare Io stato di carica dei vari accumulatori.

Tale corrente di supporto può essere ottenuta convertendo la corrente di alimentazione primaria oppure con eventuali mezzi di immagazzinamento o trasformazione di energia.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura per il controllo di accumulatori elettrici, in particolare per una batteria (3) destinata all'alimentazione di un apparato elettrico (20, M), ad essa collegato tramite un circuito di alimentazione primario (2); detta batteria (3) essendo costituita da una pluralità di accumulatori (30) presentanti relative coppie di morsetti (33, 34) e tra loro elettricamente collegati in serie e fornenti ai morsetti (31,32) di detta batteria (3) o morsetti principali una corrente elettrica di alimentazione presentante primi valori di intensità e tensione atti all'alimentazione di detto apparato (20, M), apparecchiatura caratterizzata dal fatto di essere costituita da: - un circuito di controllo collegato a detti accumulatori e comprendente mezzi di misura (4) atti a rilevare il valore della tensione a ciascuna coppia di morsetti (33, 34) dei singoli accumulatori (30); - un circuito di supporto provvisto di mezzi di conversione di corrente (8), collegati tramite una linea di entrata (81) a detto circuito di alimentazione primario (2) e tramite una linea di uscita (80) a ciascuna coppia di morsetti (33, 34) di detti accumulatori (30), ed atti a trasformare detta corrente elettrica di alimentazione in una seconda corrente o corrente di supporto presentante caratteristiche elettriche di secondi valori corrispondenti ai valori caratteristici di una corrente utilizzabile per la fase di carica di detti accumulatori (30); - mezzi elettronici di elaborazione e comando (7), collegati a detto circuito di controllo, interposti tra detti mezzi di conversione di corrente (8) e detta linea di uscita (80), atti a determinare, istante per istante, il minimo valore di tensione, ovvero quale di detti accumulatori (30) presenti uno stato di carica minore in modo da definire un accumulatore temporaneamente deficitario e provvisti di mezzi di commutazione atti ad indirizzare detta seconda corrente di supporto a detto accumulatore temporaneamente deficitario, in modo da livellare tra loro le cariche di detti accumulatori (30), ovvero le quantità di energia immagazzinate dai medesimi.
2. 2. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto circuito di controllo, collegato a detti accumulatori (30), comprende mezzi di misura (4) atti a rilevare il valore della tensione a ciascuna coppia di morsetti (33, 34) dei singoli accumulatori (30) almeno durante la fase di scarica o di utilizzo degli accumulatori stessi.
3. 3. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi elettronici di elaborazione e comando (7) sono collegati a mezzi di memorizzazione (9) atti all'archiviazione ed all'elaborazione di dati relativi all'identificazione degli accumulatori temporaneamente deficitari, in modo da definire un controllo statistico su parametri predeterminabili.
4. 4. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 3, caratterizzata dal fatto che detti parametri predeterminabili sono costituiti dalla frequenza con la quale i singoli accumulatori (30) si vengono a trovare in un periodo di tempo nella condizione di accumulatore temporaneamente deficitario.
5. 5. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di conversione di corrente (8) sono costituiti da un convertitore da una prima corrente continua, presentante i parametri di detta corrente elettrica di alimentazione, in una seconda corrente continua idonea alle operazioni di carica e ricarica di detti accumulatori (30).
6. 6. Apparecchiatura secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto circuito di controllo comprende altresì mezzi campionatori (6) e che detti mezzi di misura (4) sono collegati ai morsetti (33, 34) dei singoli accumulatori (30) per il tramite di circuiti indipendenti (41) la cui chiusura è comandata da detti mezzi campionatori (6).
7. 7. Metodo per il controllo di accumulatori elettrici, in particolare per una batteria (3) destinata all'alimentazione di un apparato elettrico (20, M), ad esso collegata tramite un circuito di alimentazione primario (2) e costituita da una pluralità di accumulatori (30) presentanti relative coppie di morsetti (33, 34) e tra loro elettricamente collegati in serie; metodo caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi operative: - misurazione del valore della tensione a ciascuna coppia di morsetti (33, 34) dei singoli accumulatori (30); - determinazione del minimo valore tra quelli rilevati, ovvero identificazione dell'accumulatore presentante uno stato di carica minore in modo da definire un accumulatore temporaneamente deficitario; - erogazione a detto accumulatore temporaneamente deficitario di una corrente di supporto presentante valori corrispondenti a quelli di una corrente idonea alla ricarica dell'accumulatore.
8. 8. Metodo secondo la rivendicazione 7, laddove detti accumulatori (30) forniscono ai morsetti (31,32) di detta batteria (3) o morsetti principali una corrente elettrica di alimentazione presentante primi valori di intensità e tensione atti al'alimentazione di detto apparato (20, M), metodo caratterizzato dal fatto di utilizzare, per la detta fase di erogazione, una corrente di supporto ottenuta per conversione di detta corrente elettrica di alimentazione in una seconda corrente elettrica presentante secondi valori di intensità e di tensione corrispondenti a quelli di una corrente idonea alla ricarica dell'accumulatore.
9. 9. Apparecchiatura e metodo per il controllo di accumulatori elettrici secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.