MXPA01008209A - Bateria de dos terminales. - Google Patents

Abstract

Una bateria doble de dos terminales con un controlador de base de microprocesador que se incorpora en una unidad individual; dos baterias de 12 voltios estan contenidas en un alojamiento individual compartiendo una terminal negativa comun y una terminal positiva individual; la bateria auxiliar se acopla permanentemente a las terminales externas de la bateria; Una seccion de arranque puede acoplarse a las terminales de la bateria externas en forma paralela con la seccion auxiliar utilizando un rele electromecanico de bloqueo; el rele se controla mediante el microprocesador en respuesta a los parametros de bateria y a las entradas externas; una seccion de la bateria se construye para usos ciclicos profundos y normalmente provee energia para correr cargas auxiliares puesto que otras secciones de la bateria estan construidas para completar los requerimientos de la resistencia interna baja y la salida de la corriente intensa de baja duracion eficaz.

Description

BATERÍA DE DOS TERMINALES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a una batería de dos terminales, que se utiliza por ejemplo en un automóvil. La presente invención se refiere más particularmente a una batería de dos terminales que incluye baterías dobles dentro de una caja individual que tiene dos terminales.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La industria automotriz está en una búsqueda constante de nuevos métodos y sistemas que pudieran proveer una batería de automóvil inteligente capaz de tomar en cuenta la actividad del automóvil con el fin de de manera más efica? y efectiva energía para operar los distintos sistemáis dentro del automóvil con una incrementada complicación. En general, las baterías inteligentes son bien conocidas en la técnica. Normalmente, las baterías inteligentes consisten de batería gemelas de 12 voltios, por ejemplo, la variedad de las baterías de plomo. Los diseños anteriores tienen de tres a cuatro polos externos que requieren volver a hacer la instalación eléctrica de los sistemas convencionales de la batería para automóvil al momento de la instalación. El desarrollo de un sistema de batería inteligente de dos polos con baterías dobles pero únicamente cocí, des terminales externas provee distintas ventajas. Claramente, el uso de dos terminales en lugar de tres o cuatro hace obvia la necesidad de modificaciones en el arnés de cableado y los costos de instalación para los sistemas convencionales de cableado de batería. Por lo tanto, la confiabilidad y rendimiento mejorados sobre las baterías convencionales se encuentran fácilmente disponibles.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema de batería doble de dos terminales para utilizarse en un automóvil. El sistema incluye una unidad de alojamiento que sostiene las baterías dobles y el microprocesador que se basa en el controlador que únicamente requiere de dos terminales externas para conectarse a un sistema típico de cableado de batería para automóvil. Las dos baterías, contenidas dentro de una caja individual, comparten una terminal externa negativa común y una terminal externa positiva individual. Una de las baterías se conecta permanentemente a las terminales externas y a otra batería, puesto que al conectarse permanentemente a la terminal externa negativa se acopla a la terminal externa positiva mediante un relé electromecánico de bloqueo que al activarse conecta ambas, baterías en forma paralela. La operación del relé de bloqueo se controla mediante un microprocesador que opera bajo un algoritmo de control. El microprocesador opera en respuesta a los parámetros externos y a ------.-.-.-.-. , -.--- _»--,--. .; - i--...,^ „. .--- . -^?--Bfc.-a<..---(l-a----^^á--«Ífei--^--fe-- los parámetros de batería interna sensibles. El relé es un relé electromecánico biestable accionado por impulsos. El relé también incorpora un electrodo sensible al estado para dar una verificación lógica de circuito cerrado. Todas las transiciones del estado del relé son variables en tiempo protegidas con el programa principal que contiene los grados apropiados de redundancia y los sistemas de reserva seguros contra fallas. Una de las secciones de la batería se construye para usos cíclicos profundos. Esa sección de batería se conecta permanentemente a las terminales externas y normalmente provee energía a las cargas auxiliares de serie. La segunda sección de batería se construye para cumplir con los requerimientos de una baja resistencia interna y una salida de corriente intensa de corta duración eficaz. La segunda sección se conecta periódicamente a la terminal positiva externa mediante un relé de bloqueo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista superior del exterior de la batería de una modalidad de la presente invención. La figura 2 es una vista en elevación lateral del exterior de la batería de la figura 1. La fi-ffíaí^ 3 es una V\s\ß isométrica que ilustra los elementos internos de g figura 1.

La figura 4 es un diagrama eléctrico simplificado de la modalidad de la figura 1. La figura 5 es una vista superior externa de la modalidad preferida de la figura 1, que ilustra los conductores incluidos, el relé de bloqueo, y los polos internos de la batería. La figura 6 es una vista superior del exterior de una batería y otra modalidad de la presente invención. La figura 7 es una vista en elevación lateral del exterior de la batería de la figura 6. La figura 8 es un diagrama eléctrico simplificado de la modalidad de la figura 6. La figura 9 es una vista superior externa de la modalidad preferida de la figura 6, que ilustra los conductores incluidos, el relé de bloqueo, y los polos internos de la batería.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA Haciendo referencia a los dibujos, en donde números similares indican elementos similares, en las figuras 1 y 2 sé muestra un aparato de batería doble de dos terminales de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La batería incluye una caja de batería moldeada externa 2 y una tapa 4. Un sistema de ventilación integral se encuentra incoforado en la tapa 4. Una caja de toma de corriente 8 que contiene varias partes ltL<-t-Aa iiBA.---tt-]L--i . ., ¿«¿faa.Mm,,^,. ele? ffticas (descritas más adelante) también se integra a la tapa 4. Una primera terminal externa 10 sirve como la terminal positiva y se extiende desde la tapa 4. Una segunda terminal externa 44 actúa como la terminal negativa que también se extiende desde la tapa 4. La figura 3 ilustra los elementos internos de la batería que incluyen una sección de arranque 20 y una sección auxiliar 22 adyacentes a ellos. La sección de arranque 20 incluye un polo positivo 14 y un polo negativo 24. La sección de arranque 20 tiene seis grupos de placas 28 para proveer un rendimiento de corriente intensa. La sección auxiliar 22 incluye un polo positivo 26 y un polo negativo 16. La sección auxiliar 22 tiene seis grupos de placas 30 para proveer un rendimiento cíclico. Las secciones de batería individual 20 y 22 pueden ser acumuladores de plomo para promover el tipo de rendimiento descrito anteriormente. En la figura 4 se ilustra un diagrama eléctrico simplificado de la modalidad preferida de la presente invención. La sección de arranque 20 y la sección auxiliar 22 se acoplan eléctricamente en forma paralela entre la terminal positiva externa 10 y la terminal negativa externa 44. Un relé electromecánico de bloqueo (L/R) 32 se conecta entre el polo positivo de la sección de arranque 14 y el polo positivo de la sección de auxiliar 26. El UR 32 también se conecta eléctricamente a un microprocesador y a una sección de partes electrónicas de control 34. La sección de las partes electrónicas de control y de microprocesador 34 se conecta eléctricamente al polo positivo de la sección de arranque 14, al polo positivo de las secciones auxiliar 26, al polo negativo de la sección de arranque 24, y al polo negativo de la sección auxiliar \ 6.' En respuesta a las señales de entrada, la sección de las partes electrónicas de control y de microprocesador 34 abre y cierra el L/R 32. Cuando el L/R 32 está abierto, únicamente se conecta la sección auxiliar 22 a las terminales de batería externas 10, 44. Cuando LJR 32 está cerrado, tanto la sección de arranque 20 como la sección auxiliar 22 se conectan en paralelo a lo largo de las terminales de batería externas 10, 44. Las conexiones del conductor unen los polos internos de las secciones de arranque y auxiliar con los polos externos como se ilustra en la figura 5. El polo positivo de la sección de arranque 14 se une al UR 32 mediante un conductor 42. Otro conductor 40 une el polo positivo de la sección auxiliar 26 con la terminal positiva externa 10 y con el UR 32. También otro conductor 46 une el polo negativo de la sección de arranque 24 con la terminal negativa externa 44. La terminal negativa externa 44 se posiciona por arriba del polo negativo de la sección auxiliar 16 y se acopla al mismo. En otra modalidad preferida, que se ilustran con las figuras 6 a 9, la presente invención incluye una unión de polo negativo externo opcional 18. Como se muestra en la figura 9, la unión del polo 18 acopla el polo negativo de la sección auxiliar 16 a otro conductor 38 que se acopla a la terminal negativa externa 44 y al polo negativo de la sección de arranque 24. La sección de control y de microprocesador 34 (de aquí en lo sucesivo mencionada como "la µP") monitorea y detecta varias condiciones de operación de la batería. Basándose en estas condiciones la µP 34 controla la operación del UR. La µP 34 monitorea continuamente los siguientes parámetros: el voltaje (Va) de la sección auxiliar (AUX), el voltaje (Va) de la sección de arranque (STA), la salida del sensor de vibración, la corriente de la sección AUX, el estado de contacto del L R, la condición de varias placas metálicas de estado y varios medidores de tiempo. Cuando es necesario, las señales que entran a la µP 34 están condicionadas previamente en varias formas convencionales, por ejemplo, el filtrado de R-C. Por ejemplo, en el caso de la detección de la vibración, una señal virgen filtra para la respuesta de frecuencia, rectificada y combinada en la µP 34 con una señal de tiempo retrospectiva de 30 segundos para establecer un estado de Vibración Detectada válido y establecer la VIBD = Verdadero. Al detectar las entradas del parámetro que concuerdan con las condiciones previamente programadas, la µP 34 envía una señal a un circuito de impulso de UR para cambiar el estado del L/R. La µP 34 verifica entonces el resultado del cambio de estado. El circuito de impulso del L/R puede comprende, por ejemplo un FET en series con una bobina de UR. La fuente de FET se conecta al riel de energía negativa. La bobina del relé se conecta entre la descarga de FET y la terminal de la sección STA positiva 14. Un diodo protector se conecta en una polarización inversa y paralela a la bobina para ettnwiar los voltajes de salida horizontal inductivos.

Para activar el UR 32, la µP 34 aplica una señal de voltaje a la salida de FET. La señal de voltaje activa el FET mediante el cual permite que la corriente fluya. La corriente activa la bobina que a su vez cierra el UR 32. Para abrir el UR 32, la µP 34 interrumpe la señal de voltaje a la salida de FET. Con el fin de permitir que la µP 34 monitoree el estado del UR 32 se incluye un contacto de verificación en el alojamiento UR. El contacto de verificación se conecta a la µP 34. Cuando el UR 32 se cierra, el potencial en los contactos del UR 32 también está presente en el contacto de verificación. La µP 34 determina que el UR 32 esté cerrado o abierto basándose en el potencial en el contacto de verificación. Si el UR 32 se va ha cerrar la µP 34 envía una descarga de voltaje al FET. La µP 34 entonces monitorea al contacto de verificación. Si la µP 34 no detecta un potencial en el contacto de verificación éste impulsará el FET de nuevo. Este repetirá el impulso hasta 15 veces o hasta que el UR 32 se cierre. Si el UR 32 no se verificó conforme se cerró después de 15 intentos, la µP 34 no toma una acción adicional hasta recibir una instrucción válida para abrir el UR 32 desde un estado "que se supone está cerrado". La reverificación toma lugar después de que el cese del impulso de corriente "abierto" se ha aplicado al UR 32 y un registro de intentos de verificación se registró en cero. Generalmente, la batería opera en cinco estados reconocidos por la µP 34: (A) un circuito abierto o libre, en donde ocurre una carga o descarga o poca descarga: 10.8V<Va<13V, (B) arranque, corriente intensa, bajo voltaje, descarga de período corto, (C) cargar 13V<Va<14V por meneo de i .. ffi-ihutos, (D) sobrecarga de Va>14V y Vreg>Vc>13.2V, en donde Vreg es el voltaje de un regulador del sistema y Vc es el voltaje a lo largo de la estación STA 20 y la sección AUX 22 en paralelo, (E) descarga profunda: Va < 10.8V durante un período largo con o sin vibración presente. La presente invención opera de la siguiente manera: como una condición de arranque la batería se encuentra en estado A. Tanto la sección de arranque 20 como la sección auxiliar 22 de la batería están completamente cargadas (estado normal) y el UR está en un estado abierto. En este estado, únicamente la sección auxiliar 22 se conecta a un sistema de cableado del vehículo acoplado a la batería mediante las terminales externas 10, 44. El vehículo incluye un sensor de vibración (no se muestra) conectado a la µP 34. El sensor de vibración puede ser, por ejemplo, un circuito detector de vibración piezoeléctrico. Cuando el vehículo se enciende, la vibración asociada con abrir la puerta y otras interferencias se detectarán mediante el sensor de vibración. A su vez, la µP 34 establece una placa metálica de "vibración detectada" (VIBD) como verdadero. La µP 34 verifica el Va. Puesto que la µP 34 encontrará que Va > 10.8 V, se mantendrá la configuración actual de la batería, es depir, únicamente la sección AUX conectada a un motor de arranque. Una clave es establecerla en una posición de arranque que se acople a un soleinode de arranque para girar el motor de arranque. La corriente intensa que corre por el motor de arranque provocará la disminución del voltaje V2 de la sección AUX. La µP 34 monitorea el V2. Si el V2 permanece por arriba de un primer punto de Ftejy&ro (10.8V por ejemplo) entonces el automóvil muy probablemente arrancará. Si el automóvil arranca, la µP 34 no cerraré el UR 32. Una vez arrancado el vehículo y la carga del motor de arranque se elimina, un alternador carga la sección AUX, aumentando el V2. Sin embargo, si el V2 cae por debajo de 10.8V, la µP 34 cerrará la UR32, mediante la cual se combina la sección AUX 22 y la sección STA 20 en forma paralela para un voltaje mayor combinado de Vc. La combinación de VIBD = verdadero y V2 < 10.8V monitoreado por la µP34 provoca que la µp34 cierre el L/R32. El motor de arranque se acciona en ese momento mediante el voltaje combinado Vc. Una vez que el vehículo arranca, el alternador cambiará tanto la sección STA 20 como la sección AUX 22 en forma paralela. En la situación en donde uno arranca un vehículo (VI BD = verdadero) los intentos por arrancar el vehículo y la µP 34 encuentra V2 es inicialmente menor a 10.8V, la µp 34 automáticamente cerrará el UR32 con lo cual se combina la sección AUX 22 y la sección STA 20 antes de que se acople el solenoide de arranque. Esto asegurará la mejor condición para el arranque del motor. Como se estableció anteriormente, cuando el senspr de vibración percibe una vibración, la µP 34 establece que VIBD = verdadero. La µP 34 también instala un cronómetro para contar 30 segundo una vez que el vehículo se ha arrancado. Si el UR 32 se ha cerrado (debido ya sea a i-ioa búsqueda inicial de Va<10.8 V o Va que cae por debajo de 10.8V co o resuf^ab de los intentos de arranque) y no se percibió una vibración adicional durante el periodo de 30 segundo, la VIBD se establecerá como falso. Si los parámetros de carga, descritos más adelante, no requieren mantener el UR cerrado, la µP 34 abrirá el UR 32 y desconectará la sección STA 20 de la sección AUX 22. Bajo ciertas circunstancias el sensor de vibración no registrará una entrada al vehículo, es decir, sensor inoperable, vibración de entrada insignificante, etc., o pueden transcurrir 30 segundos entre una entrada y un intento de arranque. En cualquiera de los casos, la VIBD se establecerá como falso. Por lo tanto, no se encuentra presente una condición inicial de VIBD = verdadero necesaria para arrancar el motor. Si V2 < 10.8V, ambas secciones de la batería son necesarias para arrancar el motor. Sin embargo, debido a que VIBD = falso, el UR 32 no se cerrará. Un circuito de reserva adicional, conectado al Va y a la µP 34 se enfoca a esta circunstancia. La µP 34, a través del circuito de reserva, monitorea el porcentaje de Va de (dVg/dt) y el Va de descenso. Si el dV2/dt excede un valor previamente seleccionado y el Va cae por debajo de un valor previamente seleccionado, la µP 34 cerrará el UR 32. En este punto, el cierre del UR 32 no dependerá del estado de la VIBD. Una vez que el vehículo se arrancó, las µP 34 comienza a monitorear los parámetros de carga. Como se describió anteriormente, el UR 32 puede o no puede cerrarse una vez que el vehículo se arranca, dependiendo del valor de Va. La µP 34 monitorea el Va. Si el Va se incrementa por arriba de 13V a través de una recarga mediante el sistema de carga del alternador, ía µP 34 verificará el estado del UR 32. Si está cerrado, permanecerá cerrado y si está abierto, la µP 34 indicará a éste que se cierre. Una vez que el UR se cerró, el sistema de carga cargará tanto la sección AUX 22 como la sección STA 20, restableciendo ambas secciones a su estado normal de carga incrementando el Vc a un valor máximo, como se establece mediante un regulador de voltaje externo del vehículo. Si el UR 32 se cierra y el motor continua corriendo, ambas sección de la batería se cargan con un voltaje que finalmente alcance un valor constante, como se determina por el regulador de voltaje del vehículo, por ejemplo, 14.2-14.7 voltios. Bajo estas condiciones, la carga prolongada y excesiva de la sección STA 20 puede provocar una corrosión positiva de la rejilla. Para enfocarse en este efecto, la µP 34 implementa una función de voltaje de protección contra carga (CPV). Si el Vc excede los 14V, la µP 34 establece un contador de tiempo durante un período T1 previamente seleccionado, como por ejemplo, 40 minutos. Si el Vc permanece por arriba de 14V durante el período T1 la µP 34 abre el UR 34. Una vez que la sección STA 20 se desconecta al abrir el UR 34, el Vs disminuye en forma natural a una potencia de equilibrio, por ejemplo, 13.2 voltios. Cuando la µP 34 detecta que el Vs ha alcanzado la potencia de equilibrio, la µP 34 cierra el UR 32 y establece un contador de tiempo durante un período T2 previamente seleccionado, como por ejemplo, 5 minutos. Durante este período, la sección STA 20 y la sección AUX 22 se cargan en forma paralela. Al término del período T2 la µP 34 abrirá el UR 32 de nuevo permitiendo que se disminuya el voltaje Vs de la sección STA. Una vez que el Vs cae por debajo de 13.2 voltios (,at,al.A-¡á,. .A»i tí--., .----¿--..i ..""""t"-*- ff ül l i l i -- --.-t--- ? ---ta -^^, la µP 34 establecerá de nuevo el contador de tiempo para un período T2. El ciclo del período T2 continuará indefinidamente hasta que los parámetros requieran lo contrario. Por ejemplo, si el V2 cae por debajo de 12.8V el UR 32 se abrirá forzado para cargar la sección AUX 22 sola o si el motor está apagado, el UR se abrirá forzado. Si el Vc está por debajo de 13.2V durante cualquier período T1 o T2, el contador de tiempo se reiniciará a cero de manera que el siguiente contador implementado será aquel que se reinicie. Cuando el vehículo llega a estar libre, él voltaje de ambas secciones de batería 20, 22 cae hacia los valores de circuito abierto normales. Cuando el voltaje Va de la sección AUX cae al extremo superior de este intervalo, el UR 32 se impulsa al estado abierto aislando así la sección STA 20 de cualquier carga auxiliar fija que pueda estar presente. Se prefiere que la sección AUX 22 provea corriente a cargas auxiliares que no estén o que no puedan ser soportadas por el sistema de carga. Si el vehículo está libre y una carga auxiliar está presente y el UR 32 está abierto, entonces la sección AUX 22 acciona por si sola la carga. Bajo esta circunstancia, la sección STA 20 se aisla y el Va se disminuirá constantemente con el tiempo. En una situación sin vibración, la sección AUX 22 puede descargarse por completo. Sin embargo, si el Va cae por debajo de un punto de disparo, por ejemplo, 10.8 voltios y una vibración es percibida por el sensor de vibración, por ejemplo la entrada de una persona, ruidos fuertes, etc., la VIBD se colocará en verdadero y el UR 32 se cerrará. La sección AUX 22 y la sección STA 20 se colocarán en forma paralela proporcionando un voltaje común Vc (que es mayor a 10.8V) para las cargas auxiliareis. La µP 34 monitorea al sensor de vibración para vibraciones adicionales. Si no se percibe vibración durante 30 segundos ía VIBD sé establece como falso y el UR 32 se abre. La µP 34 monitorea continuamente al sensor de vibración. El procedimiento se repite como sea requerido por el Sensor de vibración. Esta condición puede ocurrir, por ejemplo, si el vehículo está en uso y si existe una falla en el sistema de carga o una sobrecarga por ti mpo prolongado. Si no se detecta una entrada externa cuando el voltaje Va auxiliar cae por debajo del punto de disparo, entonces el UR 32 permanecerá en estado abierto y la sección AUX 22 estará lista para realizar la descarga para la terminación. Esta condición normalmente ocurre si el vehículo está libre y si algún aditamento, por ejemplo, las luces, están encendidas. Los circuitos electrónicos son dobles suministrados con corri nte de ambas secciones STA 20 y AUX 22. En el caso en que el voltaje de ambas secciones de la batería esté por debajo de 5 voltios, entonces la µP 34 entrará a un modo "estático". Cuando la batería se coloca sobre la carga y el voltaje de la sección AUX 22 este sola o ambas secciones juntas están por arriba de un valor previamente establecido, entonces la µP34 colocará a la batería en un estado "activo" mediante una reiniciación y un pircuito de reinicia ón para reanudar la operación normal. La presente invención podrá ser modalizada en otras formas espeoífipas sin apartarse del espíritu o atributos esenciales de la misma y, por I -,-1.,Á.--fcji ..l J-AJ ~í*t. a ¡fcja., *¿A*üJk ponsiguiente, debe hacerse referenda a las reivindicaciones anexas, en lugar de la especificación anterior, como lo indica el alcance de la invención.

Claims (8)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una batería que contiene: un alojamiento de batería, una primera sección de batería alojada en el alojamiento de la batería, una segunda sección de batería alojada en el alojamiento de la batería adyacente a la primera sección de la batería, un par de terminales externas que se extienden desde el alojamiento de la batería, un interruptor controlable que tiene un estado abierto y un estado cerrado, un dispositivo de control para operar selectivamente el interruptor controlable entre el estado abierto y el estado cerrado en respuesta a una señal de entrada, en donde la primera sección de la batería se conecta permanentemente a través del par de terminales externas, y en donde la segunda sección de la batería se conecta a lo largo del par de terminales externas a través del interruptor controlable de tal forma que cuando el interruptor controlable se encuentre en estado cerrado la primera sección de la batería y la segunda sección de la batería se conecten en forma paralela a lo largo del par de terminales externas.

2.- Una batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la primera sección de la batería es una batería auxiliar para accionar los componentes auxiliares.

3.- Una batería de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada además porque la batería auxiliar incluye un grupo de placas para proveer un rendimiento cíclico.

4.- Una batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque la segunda sección de la batería es una batería de arranque para arrancar un motor.

5.- Una batería de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque la batería de arranque incluye grupos de platas para proveer un rendimiento de corriente intensa.

6.- Una batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque el interruptor controlable es un relé de bloqueo.

7.- Una batería de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además un sensor de vibración y en donde la señal de entrada es representativa de al menos un voltaje de la primera sección de la batería, un voltaje de la segunda sección de la batería, una corriente de la primera sección de la batería, una corriente de la segunda sección de la batería, y un estado del sensor de vibración.

8.- Una batería de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada además porque el dispositivo de control cierra el interruptor si la señal de entrada indica que el primer voltaje de la sección de la batería está por debajo de un punto de disparo.