ITMO20070152A1 - Dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto per Invenzione Industriale avente per titolo:

“DISPOSITIVO PER IL CONTROLLO DELLA CARICA DI UNA BATTERIA DI UN VEICOLO OPERATORE ELETTRICO”.

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico.

Sono noti apparecchiature meccaniche, come carrelli elevatori, trasportatori, o altri veicoli azionati da motori elettrici. Questi motori devono fornire elevate potenze per la movimentazione del veicolo stesso e degli organi operatori ad esso associati. Generalmente tali apparecchiature possono essere dotate di una batteria da trazione, che deve essere selettivamente collegabile al motore elettrico per l'alimentazione dello stesso, e/o ad eventuali altre utenze, durante la fase di utilizzo del veicolo, e ad un caricabatterie, durante le fasi di inattività per l'effettuazione delle usuali operazioni di ricarica.

Per la supervisione delle fasi di utilizzo e di ricarica della batteria sono noti dei dispositivi connettori per la misurazione della tensione di batteria che, oltre ad alcuni parametri operativi (temperatura di esercizio ecc..), interrompono la carica una volta raggiunto un valore di soglia della tensione di batteria stessa.

Per il controllo preciso ed accurato della carica effettivamente accumulata dalla batteria questi dispositivi noti, descritti nel brevetto n. EP 1.420.977, prevedono almeno un circuito elettronico di controllo, che è collegato ai cavi di alimentazione colleganti la batteria e selettivamente il motore e il caricabatteria. Inoltre, il dispositivo di tipo noto presenta mezzi trasduttori di corrente per la rilevazione di una corrente fluente nei cavi di alimentazione stessi.

Questi dispositivi connettori di tipo noto, non sono scevri, comunque, di inconvenienti tra i quali va annoverato il fatto che l'utilizzatore del veicolo può effettuare dei cicli di carica - scarica della batteria non ottimali, ovvero caricare la batteria fino ad un livello inferiore al valore di soglia e/o non scaricare completamente la stessa.

Il perpetrarsi nel tempo di questi erronei cicli di carica e scarica poterebbe ad un deterioramento precoce delle caratteristiche tecniche della batteria, con conseguente diminuzione del rendimento della stessa.

Altro inconveniente riscontrato nei dispositivi di tipo noto è dovuto al fatto che nei casi di deterioramento della batteria dovuto alle cause precedentemente citate e nel caso in cui l'utilizzatore del veicolo non sia il reale proprietario, ad esempio quando siano presenti contratti di noleggio o affitto del veicolo stesso, è di difficile dimostrazione da parte del proprietario il reale utilizzo della batteria nelle fasi di carica e scarica.

Compito precipuo del presente trovato è quello di eliminare gli inconvenienti sopra lamentati della tecnica nota escogitando un dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico che consenta il regolare utilizzo della batteria del veicolo in condizioni ottimali.

Altro scopo è quello di garantire alla batteria, così utilizzata, tempi di vita ed autonomia d'uso maggiori nonché regolarità di utilizzo in ogni condizione di lavoro.

Un ulteriore scopo del trovato è quello di impedire l'utilizzo totale o parziale della batteria e, dunque, del veicolo in condizioni di carica non completata.

NeH’ambito di tale compito tecnico, altro scopo del presente trovato è quello di assolvere il compito precedente con una struttura semplice, di relativamente facile attuazione pratica, di sicuro impiego ed efficace funzionamento, nonché di costo relativamente contenuto.

Questo compito e questi scopi vengono tutti raggiunti dal presente dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico, comprendente un corpo di supporto alloggiante almeno un primo e un secondo cavo di alimentazione collegabili ad una batteria; detti primo e secondo cavo essendo inoltre selettivamente collegabili ad almeno un caricabatterie ed almeno un dispositivo utilizzatore; almeno un circuito elettronico di controllo collegato a detti primo e secondo cavo di alimentazione e mezzi trasduttori di corrente per la rilevazione di una corrente fluente in detti primo e secondo cavo di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di interruzione di almeno una parte della corrente fluente da detta batteria a detto dispositivo utilizzatore in corrispondenza di un valore di carica, erogata da detto caricabatterie a detta batteria, inferiore rispetto ad un predeterminabile valore di carica minimo, detto valore di carica essendo rilevato da detti mezzi trasduttori.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione di dettaglio di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico, illustrata a titolo indicativo, ma non limitativo, nelle unite tavole di disegni in cui:

la figura 1 è uno schema a blocchi del dispositivo, secondo il trovato;

la figura 2 è uno schema a blocchi semplificato di un sistema di alimentazione e ricarica per un veicolo elettrico con il dispositivo, secondo il trovato;

la figura 3 è uno schema a blocchi relativo al procedimento di controllo ricarica implementato mediante il dispositivo, secondo il trovato.

Con particolare riferimento a tali figure, si è indicato globalmente con 1 un dispositivo per il controllo del ciclo di carica/scarica di una batteria 2 di un veicolo elettrico. In particolare, il dispositivo 1 controlla, in continuo, le fasi di carica/scarica della batteria stessa.

Il veicolo elettrico, in particolare è alimentato mediante un dispositivo utilizzatore 3, ad esempio, del tipo di un motore elettrico, dotato, ad esempio, di un suo specifico circuito elettrico di controllo associato ad una centralina che, come noto al tecnico del ramo ne controlla, ad esempio l'avviamento o altro.

La batteria 2 è selettivamente collegabile al dispositivo utilizzatore 3 e ad un caricabatterie 4.

In particolare il dispositivo 1 comprende un corpo di supporto realizzato in materiale isolante elettricamente, alloggiante un primo e un secondo cavo 5 e 6, che sono collegati alla batteria 2 e selettivamente collegabili al dispositivo utilizzatore 3 o al caricabatterie 4 mediante elementi di connessione di tipo maschio-femmina di tipo noto.

Il dispositivo 1 comprende, inoltre, un circuito elettronico di controllo 7, che è portato almeno parzialmente in una sede del corpo di supporto e mezzi trasduttori 8 di corrente per la rilevazione della corrente (I) fluente nei cavi di alimentazione 5 e 6.

Il dispositivo 1, in particolare comprende mezzi di interruzione 9 di almeno una parte della corrente fluente dalla batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3 corrispondenza di un valore di carica (Qb), erogata dal caricabatterie 4 alla batteria 2, durante una precedente fase di ricarica della stessa, inferiore rispetto ad un predeterminabile valore di carica minimo (Qmin).

In particolare il valore di carica Qb è rilevato dai mezzi trasduttori 8.

I mezzi di interruzione 9, comprendono almeno un elemento di interruzione 9a di almeno una parte della corrente elettrica erogata dalla batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3, ed è operativamente associato al circuito elettronico di controllo 7. L'elemento di interruzione 9a comprende almeno un relè, che è comandato dal circuito elettronico di controllo 7 per l'abilitazione/disabilitazione selettiva del dispositivo utilizzatore 3, o di una o più delle sue utenze, in funzione del livello di carica raggiunto nella batteria stessa.

In una prima forma di realizzazione del dispositivo 1 i mezzi di interruzione 9 sono tali da intervenire in modo indiretto sulla corrente erogata dalla batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3 ed, in particolare, il relè è dimensionato in modo da interrompere ima parte di un circuito elettrico di comando associato ad una centralina del dispositivo utilizzatore 3 o altro tecnicamente equivalente, come noto al tecnico del ramo, per l'abilitazione/disabilitazione selettiva dello dispositivo utilizzatore stesso, o di una o più funzioni dello stesso.

In un'alternativa forma di realizzazione del dispositivo 1 i mezzi di interruzione 9 sono tali da intervenire direttamente sul flusso di corrente dalla batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3, il relè in questo caso è dimensionato in modo da abilitare/disabilitare selettivamente l'erogazione dell'intera corrente dalla batteria al dispositivo utilizzatore stessi, il relè stesso essendo tra loro direttamente interposto.

Alternativamente, si può prevedere che il circuito elettronico di controllo 7 programmabile e tale da prevedere al suo interno funzioni di interruzione, dirette od indirette, della corrente fluente dalla batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3 quando venga rilevata dai mezzi trasduttori 8 un valore di carica (Qb), erogata dal caricabatterie 4, minore del valore di carica minimo Qmin, che può essere preimpostato.

Vantaggiosamente, il valore di carica minimo Qmin è posto, a titolo esemplificativo, ma non limitativo, sostanzialmente uguale, ad un valore corrispondente al 95% del valore di carica massima (Qmax) della batteria 2, che, in particolare, corrisponde al valore della capacità nominale della batteria stessa, per la salvaguardia e il risparmio della batteria stessa. Non si esclude la possibilità di programmare il valore di carica minimo Qmin.

Il dispositivo 1 comprende almeno un primo, un secondo e un terzo cavo di controllo rispettivamente 10a, 10b e 10c, anch'essi alloggiati nel corpo di supporto e collegati al circuito elettronico di controllo 7. In particolare, il primo e il secondo cavo di controllo 10a e 10b sono collegabili al caricabatterie 4 mentre il terzo cavo di controllo 10c è collegabile al dispositivo utilizzatore 3.

I mezzi di interruzione 9, e dunque, il relè è, in particolare, associato al terzo cavo di controllo 10c per l'interruzione selettiva della corrente in essa fluente e l'interruzione indiretta o diretta della corrente fluente dalla batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3, il relè essendo alloggiato all'interno della sede del corpo di supporto stesso.

I mezzi trasduttori 8 comprendono un elemento resistivo 11, comunemente detto “shunt”, preferibilmente realizzato in manganina e disposto in serie a uno fra il primo e il secondo cavo di alimentazione 5 e 6, in figura 1 a titolo esemplificativo è stato posto in corrispondenza del primo cavo di alimentazione 5.

Equivalentemente a seconda degli scopi è possibile utilizzare al posto dello “shunt” un circuito corrente con effetto “Hall”, noto al tecnico del ramo.

A monte e a valle dell'elemento resistivo 11 un primo e un secondo contatto di rilevamento, rispettivamente 12 e 13, operativamente collegati al circuito elettronico di controllo 7. Un terzo contatto di rilevamento 14, anch'esso operativamente collegato al circuito elettronico di controllo 7, è disposto sul secondo cavo di alimentazione 6. I mezzi trasduttori 8 di corrente e i contatti di rilevamento 12-14 sono alloggiati all'interno della sede del corpo di supporto. Il circuito elettronico di controllo 7, ad esempio, comprende un circuito alimentatore 15, un'unità logica di elaborazione 16, un gruppo sensori 17, una memoria 18, un'interfaccia seriale 19 ed un dispositivo di visualizzazione 20. Il gruppo sensori 17, in particolare comprende un circuito rilevatore di corrente 21, avente una coppia di ingressi rispettivamente collegati al primo e al secondo contatto di rilevamento 12 e 13 e un'uscita collegata all'unità logica di elaborazione 7, fornente un primo segnale di controllo SI, indicativo della corrente I fluente nei cavi di alimentazione 5 e 6.

Il gruppo sensori 17 comprende, poi, un circuito rilevatore di tensione 22, avente una coppia di ingressi rispettivamente collegati al primo e al terzo contatto di rilevamento 12 e 14 e un'uscita collegata all'unità logica di elaborazione 7 e fornente un secondo segnale di controllo S2, indicativo di una tensione Vb presente tra i cavi di alimentazione 5 e 6.

Il gruppo sensori 17, comprende, ancora, un sensore di temperatura 23, avente un'uscita collegata all'unità logica di elaborazione 7 e fornente un terzo segnale di controllo S3.

Infine, i mezzi sensori 17 comprendono un rilevatore di presenza di rete 24

<'>avente un ingresso collegabile al caricabatterie 4 mediante il primo cavo di controllo 1 Oa e un'uscita collegata all'unità logica di elaborazione 7 e fornente un quarto segnale di controllo S4, avente un primo valore quando la batteria 2 è collegata al caricabatterie 4 e un secondo valore in caso contrario.

L'unità logica di elaborazione 16 è, inoltre, collegata alla memoria 18, all'interfaccia seriale 19 e al dispositivo di visualizzazione 20 e presenta una prima uscita collegabile, attraverso il secondo cavo di controllo 10b, ad un ingresso di abilitazione del caricabatterie 4 e fornente un primo segnale di abilitazione Al . Inoltre, l'unità logica di elaborazione presenta una seconda uscita collegabile, attraverso il terzo cavo di controllo 10c, ad un ingresso di abilitazione utenze del veicolo elettrico e fornente un secondo segnale di abilitazione Al. L'interfaccia seriale 19, di tipo noto, permette il collegamento, ad esempio wireless, ad un calcolatore elettronico esterno, per l'accesso alla memoria 18 sia per leggerne il contenuto (storico dell'utilizzo e delle operazioni di ricarica), sia per programmare una pluralità di parametri operativi (valori di soglia, in particolare valore di carica minimo Qmin da raggiungere, tempi massimi di ricarica, ecc...).

Il dispositivo di visualizzazione 20, anch'esso di tipo noto, permette la visualizzazione di informazioni relative allo stato della batteria 2, come ad esempio, il livello di carica, la diagnostica della batteria stessa, o eventuali allarmi.

Durante le fasi d'uso l'unità logica di elaborazione 16 riceve i segnali di controllo SI, S2, S3 e S4, li campiona, in modo noto di per sé, e li utilizza per eseguire una delle procedure di controllo tra il controllo della fase di scarica, il controllo della fase di carica o altro. Inoltre, in base al valore del primo segnale di controllo S che, istante per istante, è indicativo della corrente I fluente nei cavi di alimentazione 5 e 6, l'unità logica di elaborazione 16 stima il valore della carica disponibile Qb, che è presente nella batteria 2, e lo registra nella memoria 18 (normalmente, la carica è misurata in amperora, Ah).

A titolo esemplificativo si riporta di seguito, facendo riferimento in particolare a figura 3, una procedura di controllo ricarica, che viene eseguita dall'unità logica di elaborazione 7 quando la batteria 2 è collegata al caricabatterie 4 e, dunque, l'ingresso del circuito rilevatore di rete 24 e la prima uscita dell'unità logica di elaborazione 16 sono collegate al caricabatterie stesso tramite, rispettivamente, il primo e il secondo cavo di controllo 5 e 6. In particolare, in questa fase il rilevatore di presenza rete 24 viene attivato e pone il quarto segnale di controllo S4 al primo valore.

L'unità logica di elaborazione 16 viene così comandata in modo da procedere con il controllo ricarica.

Il valore di carica disponibile Qb, blocco 101 di figura 3, viene posto uguale ad un valore di carica iniziale Qi che è registrato nella memoria 18. Successivamente, nel blocco 102, vengono misurati i valori di conente I e della tensione Vb, rispettivamente mediante il circuito rilevatore di corrente 21 e il circuito rilevatore di tensione 22, tramite i quali, inoltre, il dispositivo 1 riconosce che la batteria 2 è in carica. Il valore della carica disponibile Qb viene, dunque, incrementato e registrato nella memoria 18. La carica disponibile Qb, ad esempio, viene stimata mediante integrazione temporale della corrente. In questa fase, blocco 103, i mezzi di interruzione 9 sono attivati, il relè essendo in posizione OFF, in modo da impedire direttamente il passaggio di corrente tra la batteria 2 e il dispositivo utilizzatore 3 o, equivalentemente intervenendo indirettamente, interrompere i passaggio di corrente nel circuito elettrico di comando associato al dispositivo utilizzatore 3 stesso, che comunque non avverrebbe, essendo gli stessi in configurazione scollegata.

Come descritto dal blocco 104 la carica disponibile Qb incrementa durante la fase di carica della batteria 2.

Come primo controllo viene confrontata, nel blocco 105, la tensione di batteria Vb con un valore nominale di tensione Vmax, pari ad esempio a 2,4V * N dove N è il numero di elementi che compongono la batteria 2. Se la tensione di batteria Vb è inferiore alla tensione nominale Vmax viene continuata l'operazione di carica, a patto che non si sia superato un tempo limite superiore di 12 ore, blocco 106. Qualora il tempo limite superiore di 12 ore sia stato superato il dispositivo di visualizzazione 20 emette un segnale di allarme, blocco 107, e la fase di ricarica viene terminata, blocco 108, riscontrando l'anomalia. Se Vb, invece, ha raggiunto un valore prossimo a Vmax, si controlla che Qb sia sostanzialmente uguale a Qmax o per lo meno maggiore del valore di carica minimo impostato Qmin (blocco 109) e, in caso affermativo, si concludono le operazioni di ricarica e contemporaneamente i mezzi di interruzione 9 vengono disattivati e il relè si porta in posizione di ON, blocco 110, consentendo il passaggio di corrente dalla la batteria 2 al dispositivo utilizzatore 3 una volta che essi vengano collegati mediante i cavi di alimentazione 5 e 6. ;Se la batteria 2 viene scollegata dal caricabatterie 4 prima che il valore di carica disponibile Qb, leggibile anche sul dispositivo di visualizzazione 20, non abbia sostanzialmente raggiunto il valore di carica massimo Qmax predeterminato e corrispondente alla capacità della batteria 2, allora i mezzi di interruzione 9 rimangono attivati, ovvero il relè rimane in posizione OFF, in modo che, quando la batteria 2 venga collegata al dispositivo utilizzatore 3, il relè, interrompendo direttamente o indirettamente, dunque, il collegamento elettrico tra la batteria 2 e il dispositivo utilizzatore 3, interrompa il flusso di corrente dalla batteria al dispositivo utilizzatore stessi e impedisca l'utilizzo ed anche il semplice spostamento del veicolo elettrico. ;In tal caso si rende necessario ricollegare la batteria 2 al caricabàtterie 4 per ultimare le operazioni di carica. ;Equivalentemente, i mezzi di interruzione 9 rimangono attivati, e dunque, il relè viene posto in posizione OFF, se il controllo effettuato dall'unità logica di elaborazione 16 avviene sulla tensione o su altri parametri e, dunque, se la tensione di batteria Vb è inferiore ad un valore nominale di tensione Vmax, pari ad esempio a 2,4V * N dove N è il numero di elementi che compongono la batteria 2.

Come detto, nel caso contrario in cui il valore di carica disponibile raggiunga o superi il valore di carica massimo Qmax, il relè, comandato dal circuito elettronico di comando 7 e dall'unità logica di elaborazione 16, viene portato in posizione ON in modo che, quando la batteria 2 viene collegata al dispositivo utilizzatore 3, ripristina direttamente o indirettamente il collegamento elettrico tra la batteria e il dispositivo utilizzatore stessi e con esso la possibilità di utilizzo e locomozione del veicolo.

Se Qb è inferiore a Qmin viene eseguito un ulteriore controllo, come descritto nel blocco 111, se il tempo di carica finale in cui Vb è maggiore o uguale a 2.4 N risulta maggiore o uguale di 3 ore allora si finiscono le operazioni di carica, blocco 108, altrimenti se il tempo di carica finale è inferiore a 3 ore si reitera il procedimento di ricarica.

Si è in pratica constatato come il trovato descritto raggiunga gli scopi proposti e in particolare si sottolinea il fatto che il dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico, secondo il trovato consente il regolare utilizzo della batteria del veicolo in condizioni ottimali e di garantire, dunque, alla batteria, così utilizzata, tempi di vita ed autonomia d'uso maggiori nonché regolarità di utilizzo.

Infine, si è riscontrato come il trovato così come realizzato permetta di impedire l'utilizzo della batteria, e dunque, del veicolo in condizioni di carica non completata.

Il trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nell’ ambito del concetto inventivo.

Inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da altri elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali impiegati, nonché le forme e le dimensioni contingenti, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze senza per questo uscire dall’ambito di protezione delle seguenti rivendicazioni.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 dispositivo per il controllo della carica di una batteria di un veicolo operatore elettrico, comprendente un corpo di supporto alloggiante almeno un primo e un secondo cavo di alimentazione collegabili ad una batteria; detti primo e secondo cavo essendo inoltre selettivamente collegabili ad almeno un caricabatterie ed almeno un dispositivo utilizzatore; almeno un circuito elettronico di controllo collegato a detti primo e secondo cavo di alimentazione e mezzi trasduttori di corrente per la rilevazione di una corrente fluente in detti primo e secondo cavo di alimentazione, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di interruzione di almeno una parte della corrente fluente da detta batteria a detto dispositivo utilizzatore in corrispondenza di un valore di carica, erogata da detto caricabatterie a detta batteria, inferiore rispetto ad un predeterminabile valore di carica minimo, detto valore di carica essendo rilevato da detti mezzi trasduttori. 2)Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di interruzione comprendono almeno un elemento di interruzione di almeno una parte della corrente elettrica erogata da detta batteria a detto dispositivo utilizzatore, detto elemento di interruzione essendo operativamente associato a detto circuito elettronico di controllo. 3)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto elemento di interruzione comprende almeno un relè comandato da detto circuito elettronico di controllo per l'abilitazione/disabilitazione selettiva di detto dispositivo utilizzatore in funzione del livello di carica raggiunto in detta batteria. 4)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che comprende almeno un primo, secondo e terzo cavo di controllo, collegati al circuito elettronico di controllo, rispettivamente detto primo e secondo cavo di controllo essendo collegabili al caricabatterie e detto terzo cavo di controllo essendo collegabile al dispositivo utilizzatore, detto relè essendo associato a detto terzo cavo di controllo per l'interruzione selettiva di almeno una parte della corrente in essa fluente da detta batteria a detto dispositivo utilizzatore. 5)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di interruzione sono portati in una sede di detto corpo di supporto. 6)Dìspositivo secondo una o più delle rivendicazioni caratterizzato dal fatto che detto valore di carica minimo di detta batteria è preimpostabile ad un valore sostanzialmente pari al 95% del valore di carica massimo (Qmax) della batteria stessa. 7)Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti caratterizzato dal fatto che detto corpo di supporto è realizzato in materiale elettricamente isolante. 8)Metodo di controllo della carica di una batteria di un veicolo elettrico che comprende la fase di caricare detta batteria mediante un caricabatterie e successivamente collegare detta batteria ad almeno un dispositivo utilizzatore di detto veicolo elettrico, caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di interrompere l'erogazione di almeno una parte della corrente fluente da detta batteria a detto dispositivo utilizzatore in corrispondenza di un valore di carica, erogata da detto caricabatterie a detta batteria nella fase di carica, inferiore rispetto ad un predeterminabile valore di carica minimo.