PT86618B

PT86618B - Circuito para o controlo de qualidade permanente de uma bateria com varios elementos

Info

Publication number: PT86618B
Application number: PT86618A
Authority: PT
Inventors: Wolfgang Geuer; Peter Lurkens; Hans Peter Schoner
Original assignee: Sonnenschein Accumulatoren
Priority date: 1987-01-29
Filing date: 1988-01-26
Publication date: 1993-09-30
Also published as: EP0277321A1; US4833459A; PT86618A; DE3702591C2; DE3702591A1

Description

Memória descritiva referente à patente de invenção de Accumulatorenfabrik Sonnenschein GmbH, alemã industrial e comercial, com sede em Thiergarten, Postfach 11B0, D-6470 Budingen, República Federal Alemã, para:

CIRCUITO PARA 0 CONTROLO DE QUALIDADE PERMANENTE DE UMA MATgRIA COM VÃRI05 ELEMENTOS

A presente invenção refere-se a um circuito de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1,

Como medida para esta controlo pretende-se utilizar, no caso de elementos em série, primariamente a comparação das tensões dos vários elementos ou a comparação das tensões de certos grupos de elementos entre si e com valores de referência memorizados· No caso de elementos ligados em paralelo, em vez disso, ou além disso, pode avaliar-se a corrente dos elementos para o controlo. A partir das duas informações é possível uma conclusão sobre o valor da resistência interna dos elementos, que permitem ter informações significativas sobre o estado dos elementos. Além disso, por exemplo a temperatura dos vários elementos é também de grande importância para uma optimização do processo da carga.

Os circuitos deste tipo, bem como os processos

- 1 usados sao importantes por exemplo para o desenvolvimento de baterias, para optimizar a sua duração ou para a solicitação de % A informações a distancia, de maneira simples, sobre o estado da qualidade de grandes instalações de baterias para as mais diversas finalidades, por exemplo no caso de grupos de emergência, visto que, em especial no caso das baterias extremamente solicitadas, o comportamento do elemento mais fraco deve determinar o tratamento de toda a bateria.

Até agora era usual levar as tensões dos vários elementos através de cabos eléctricos individuais a um colector dos valores medidos central onde é feita a sua tradução. Devido e montagem paralela dos cabos de medição com diferenças de potencial elevadas isso é perigoso, tanto mais que em geral estes cabos têm de ser montados em ambiente agressivo e explosivo. Além disso, o número elevado de cabos a montar significa um custo elevado e uma certa susceptibilidade a perturbações por campos eléctricos e magnéticos, que podem ser muito pronunciados na vizinhança daa baterias.

A presente invenção tem por objecto resolver o problema de proporcionar um circuito de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 aperfeiçoado de modo que, com uma constituição simples, seja possível a determinação segura da tensão e/ou de outra grandeza física ou química variável de maneira contínua, tal como a corrente ou a temperatura de cada um dos elementos individuais ou de grupos de elementos de baterias com muitos elementos e, a partir daí, um controlo permanente, simples e seguro, da qualidade de uma bateria com vários elementos. Pretende-ae aqui em especial limitar a um mínimo a passagem de cabos eléctricos.

Segundo a presente invenção, o problema resolve-se com um circuito com as caracteristicas da parte de caracterizaçãc da reivindicação 1. Outras características aperfeiçoadas da presente invenção são protegidas pelas reivindicações secundárias.

Representam-se formas de realização da presente invenção, dadas como exemplos, nos desenhos anexos, cujas figuras representam:

A fig. 1, um esquema geral do circuito;

A fig. 2, um exemplo de realização especial com utilização de acopladores ópticos, numa representação esquemática;

A fig. 3, o circuito de um transdutor de medição usual;

A fig. 4, o esquema geral de um circuito de medição segundo a fig. 1.

A fig. 5, um circuito de adaptação segundo a fig. 1 para a utilização num circuito no qual se utiliza um esquema de medição para vários elementos;

A fig. 6, a representação da fig. 2, mas na qual coincidem a linha de comando e a linha de medição; e

A fig. 7, um caso especial do esquema geral segundo a fig. 1, no qual se previu uma linha de comando única, que simultaneamente forma a linha de medição.

Nos desenhos, as mesmas partes têm os mesmos números de referência. Na representação esquemática da fig. 1, indicam-se como exemplo três elementos (2a), (2b) a (2c) coloca'

- 3 dos uns ao lado dos outros. 0 número de elementos pode aumentar-se. Além disso, é também possível em vez de um elemento único associar em cada caso um grupo de elementos e ligá—los num circuito de medição comum.

Segundo a fig. 1, a cada um dos elementos (2a), (2b) e (2c) está ligado, respectivamente, um circuito de medição com as designações globais (la), (lb) e (lc). Os terminais dos elementos estão ligados, respectivamente, com um adaptador de tensão (7a), (7b) e (7c). A partir de dois terminais deste adaptador de tensão o circuito vai a uma alimentação de corrente (6a), (6b) e (6c), respectivamente. Em paralelo com esta ligação há uma ligação a um transdutor de medição (3a),(3b) e (3c), respectivamente· Os sinais de saída destes adaptedores de tensão são valores reduzidos proporcionalmente das tensões nos terminais aplicadas nestes edaptadores de tensão. Estes adaptadores de tensão são necessários apenas no caso de tensões elevadss, em geral acima dos 12V. Representam portanto uma ampliação do campo de medida dos circuitos de medição. Os alimentadores (6a), (6b) e (6c) fornecem a corrente para os respectivos transdutores de medição (3a), (3b) e (3c), eventualmente para os órgãos de acoplamento (4a), (4b) e (4c), respectivamente, que constituem as saidas dos transdutores de medição (3a), (3b) e (3c), bem como eventualmente pera os elementos separadores doe sinais, ligados entre a linha de comando (9) proveniente de um circuito tradutor (10) e os transdutores de medição (3a), (3b) e (3c). Conforme o tipo dos órgãos de acoplamento (4a), (4b) e (4c), bem como dos elementos de separação dos sinais (5a), (5b) e (5c), é necessário ou não um alimentador deste género. Por exemplo, os acopladores ópticos preferidos não necessitam, como órgãos de acoplamento, de qualquer alimentador.

De um comando, não representado, no exemplo de realização da fig. 1 colocado no interior do circuito tradutor

(10), são emitidos por uma linha de comando (9) sinais de arranque que são levados aos elementos de separaçao dos sinais (5a), (5b) e (5c). No exemplo de realização representado que, em primeiro lugar, supomos ser constituído sem as secções (9d), (9e) e (9f) da linha de comando, esta trans^miseao dos sinais de comando faz-se de um circuito ds medição para o circuito de medição seguinte e do último circuito de medição, pala linha de comando (9c), regressa ao comando colocado no interior do circuito tradutor (10). 0 sinal de saida do elemento de separação do sinal (5a) do primeiro circuito de medição (la) desencadeia no interior do transdutor de medição (3a) a medição do valor instantaneo da grandeza aplicada, por exemplo da tensão da bateria aplicada, da intensidade de corrente instantânea retirada da bateria, da temperatura no interior da bateria, etc, transdutor de medição (3a) transforma o sinal da medida recebido em impulsos de tensão apropriados com uma duração que é proporcional ao valor medido da grandeza, 0 órgão de acoplamento faz a retransmissão destes impulsos de tensão pela linha de medição comum (6) para o circuito tradutor comum (10). 0 flanco traseiro deste impulso de tensão é retransmitido pelo órgão de acoplamento (4ai, através da uma linha parcial de comando (9a) para o elemento de separação do sinal (5b) do circuito de medição seguinte (lb), onde, de maneira análoga se desencadeiu o processo de medição. 0 flanco traseiro do impulso de tensão fornecido pelo órgão de acoplamento correspondente (4b) comanda, por sua vez, através de uma linha de comando parcial (9b), o elemento de separaçao do sinal (5c) do circuito de medição seguinte (lc), e assim por diante.

Se se previrem também as secções (9d), (9e) e (9f) da linha de comando, então a transmissão dos sinais de comando da medição faz-ee para os circuitos de medição individuais (la), (lb), (lc) por meio de um código de endereço associado a cada um dos circuitos

D circuito tradutor (10) fornece um sinal que dá uma informação sobre o estado instantâneo da qualidade de uma bateria. Este sinal pode ser retransmitido para um dispositivo indicador (11), podendo também ser retransmitido a partir deste.

No exemplo de realização da fig. 1 está representada uma bateria (B) com três elementos (2a), (2b) e (2c). Em vez desta bateria pode também usar-se uma com qualquer número de elementos· Por exempla, para uma bateria de 220 V, são necessários 110 elementos de 2 V·

A fig. 2 mostra, numa representação esquemática, um exemplo de realização no qual se previu uma linha de medição (12) com dois fios, ligada com cada um dos circuitos de medição (14a), (14b) e (14c) através de acopladores ópticos do sinal de medição respectivos (16a), (16b) e (16c)· Os vários sinais de medição são levados do circuito de tradução sob a forma de um computador (15)· No interior do computador (15) previu-ee o comando que fornece através de um primeiro acoplador do sinal de comando (18), bem como através de uma primeira linha de comando (13a) com dois fios, um impulso de comando de disparo de saida para um primeiro circuito de medição (14a), para realizar a medição do valor instantâneo da grandeza aplicada do primeiro elemento respectivo (2a) e retransmiti-lo através de um primeiro acoplador úptico (16a) para a linha omnibus de medição (12)« Como atrás se mencionou, o sinal medido é de preferência constituído por um impulso com uma duração proporcional ao valor medido, C flanco traseiro do sinal medido é simultaneamente usado para, através de um primeiro acoplador éptico do sinal de comando (17a) no interior do primeiro circuito de medição (14a), e de uma segunda linha de comando (13b) ligada ao segundo circuito de medição (14b), efectuar a medição do segundo elemento respectivo (2b), a assim por diante

A fig. 3 representa um circuito da camutaçao que pode ser usado no exemplo de realizaçao segundo as fig. 1

circuito representa um exemplo de realizaçao preferido de um transdutor de medição (3a), (3b) ou (3c) segundo a fig. 1, ou (14a), (14b) ou (14c) segundo o exemplo de realização da fig.2.

ligado no ponto (E) com a massa, é aplicada, através de uma pri meira resistência (Rl) ao terminal da ligação (+) de um primeiro amplificador operacional (K^), enquanto que o terminal de ligação (-) deste amplificador operacional está ligado com o mesmo polo positivo, através de uma fonte de corrente constante terminal de ligação (+) de um segundo amplificador operacional (K2) está ligado com uma entrada de disparo (Tr), enquanto que o terminal de ligação (-) deste segundo amplificador operacional (K2), através de uma segunda resistência (R2) está ligada ao terminal de ligação (+) do primeiro amplificador operacional (Kl). 0 terminal de ligação (-) do segundo amplificador operacional (K2) está ligado, através de uma terceira resistência (R 3) com o terminal de ligação ao emissor de um transístor (T). □ terminal de ligação do colactor do transistor (T) está ligado com o terminal ds ligação (-) do primeiro amplificador operacional (K^). Tanto este terminal de ligação como o terminal de ligação (+) do primeiro amplificador operacional (Kl) estão ligados, respectivamente através dos condensadores (C) e (Cl) com a massa. A base do transístor (T) está ligada, através de uma resistência (R4), com a saida de um primeiro circuito E inversor (Gl). Uma primeira entrada (A) do primeiro circuito E inversor (Cl) está ligada com o polo positivo do

elemento, uma segunda entrada (B) do primeiro circuito E inversor está ligada com a saida do primeiro amplificador operacional (Kl). A saida do primeiro circuito E inversor (Gl) está ligada com uma primeira entrada (C) de um segundo circuito E inversor (G2), enquanto que uma segunda entrada (D) do segundo circuito E inversor (G2) está ligada com a saida do segundo amplificador operacional (K2). A saida do segundo circuito E invereox (G2) fornece o sinal de saida procurado do transdutor de medição, sob a forma de um impulso roctangular (Ll^), cuja duração (T) s proporcional ao valor a medir (U_n) aplicado ao transdutor de

D medição.

A fig. 4 representa a disposição do transdutor da medição no interior do circuito de medição (1), na qual o sinal de disparo de comando é levado'da linha de comando (13a) ao transdutor de medição (14), sendo □ sinal de saida do transdutor de medição (14), sob a forma do impulso de tensão (U) proporcional ao valor a medir, levado ao acoplador óptico do sinal de medição (16), e sendo o flanco traseiro deste sinal da medida usado para o disparo da operação de medição no elemento seguinte,sendo o sinal de medição enviado, atravás de uma resistência em série (R5), a um acoplador óptico do einal de comando (17). D acoplador óptico (17), através de uma segunda linha de comando (13b) está ligado com o circuito de medição, ou, respectivamente, com o transdutor de medição do elemento seguinte (não representado).

A transmissão do sinal de arranque de medição, que é gerado por um comando (não representado) no interior do computador ou do transdutor de medição do elemento anterior, para o transdutor de medição (14) faz-se atravée de um circuito diferenciador constituído pela resistência (R^-) de ligação à massa, o condensador (C2), a resistência (R7) e o díodo (Dl), que transforma o flanco traseiro do impulso de comando que e recebido através da linha de comanda (13a) num impulsa disparador (T) .

A fig. 5 mostra um circuito de adaptaçao segundo a fig. 1, que é utilizado para a ampliação do campo de medida, no caso de se ligarem vários elementos a um único circuito de medição, resultando daí valores da medida correspondentemente mais elevados, em especial no que se refere à tensão e à inten sidade de corrente da bateria. 0 núcleo do circuito de adaptação (7) segundo a fig. 5 é um amplificador operacional (0), cu ja entrada positiva (+) está ligada através de um fusível (5) e de uma primeira resistência (R^) à tensão nos terminais da ria, estando o terminal de ligação ( + ) ligado, através de uma resistência em série (Rg). à massa, 0 terminal de ligação (-) do amplificador operacional (0) está ligado à saída do mesmo bat e portanto o amplificador operacional J.0) representa ume fonte de tensão tensão nos (u_c), suscaptível de ser carregada, terminais (U_c).

proporcional à preparaçao da

A resistência (R^) e o díodo (D-,) servem para a tensão de alimentação do amplificador operacional

A saida do amplificador operacional (0), como sinal de tensão (U^.) , é ligado com o transdutor de medição (14), e fornece o sinal de saida (U ) sob a forma de um impulso recA tangular com uma duraçao determinada, proporcional ao valor da medida·

A fig. 6 representa,em princípio, o dispositivo de medição global representado esquematicamente na fig. 2, tendo as mesmas partes do circuito as mesmas referências respectivamente. Como diferença essencial deve considerar-se o circuito das linhas de comando e de medição· 0 circuito tradutor (15), na forma de um computador, contém o comando comum (nao represen-

tado) e emite, Btravés de uma primeira linha de comando (20a) um impulso de arranque para o primeiro circuito de medição (14a) para desencadear a medição no primeiro elemento (2a). Tanto o sinal de medição recebido como o sinal de comando para o desencadeamento da medição no elemento seguinte (2b) são transmitidos através da uma segunda linha (20b) combinada de comando e da medição para o segundo circuito de medição (14 b), e assim por diante. 0 último circuito de medição (14c) está ligado, através de uma linha omnibus de medição (21), com o circui to de tradução ne forma de computador (15). Deste modo podem realizar-se todas as medições de uma instalação grande com uma linha única. Isso tem particular vantagem na atmosfera agressiva existente.

A fig. 7 mostra uma disposição que, no seu princípio, corresponda ã da fig. 1, mas contém também os dispositivos segundo a fig. 2 e a fig. 6. A diferença reside numa linha única de comando e de medição subatancialmante am anel (22, 22c) que parte do comando no interior do circuito da tradução (10) a regressa a este. Os circuitos de medição individuais (la), (lb) e (lc), sao excitados através dos respectivos elementos de separação dos sinais (5a), (5b) a (5c) para a medição dos elementos respectivos. 0 sinal da medição obtido é então levado, através dos acopladores ópticoa (4a), (4b) e (4c) sucessivamente, à linha omnibu8. 0 sinal de medição respactivo desencadeia simultaneamente, através da linha omnibus com as secções da linha (22d), (22a), (22a), (22b) e (22f) a do respactivo elemento de separação dos sinais (5b) e (5c) a medição do elemento seguinte.

A realização prática poda fazer-se por exemplo de modo que podem usar-se diferentes sinais de comando a cada um dos quais apenas um elemento de separação de sinais responde. Este sinal de comando especial para cada circuito de medição pode por exemplo ser gerado directamente no comando no interior do

- 10 circuito de tradução (10), ou como sinal de saida do orgão de acoplamento anterior (4a) do circuito de medição anteriormente actuado.

Claims

R E I V IN D I C A Ç 8 E S

- 1« Circuito para o controlo de qualidade permanente de uma bateria (B) com vários elementos, caracterizado por:

a) se ligar a cada elemento (
2a, 2b, 2c) ou a vários grupos de elementos, respectivamente um circuito de medição (la, lb, lc; 14a, 14b, 14c) para a medição de grandezas físicas ou químicas, como a tensão (U), a corrente (I) ou a temperatura (7) existentes em cada um dos elementos ou, respectivamente, em cada um dos grupoa de elementos,

b) se ligar a aaída de cada circuito de medição (la, lb, lc) a uma linha omnibue de medição (8; 12; 21; 22),

c) se ligar entre a saída de cada circuito de medição (la, lb, lc) e a linha omnibus de medição (8) respectivamente um orgão de acoplamento (4a, 4b, 4c; 16a, 16b, 16c),

d) se ligar a linha omnibus de medição (8) a um circuito tradutor comum (10),

e) se prever um comanda como incluído no circuito tradutor (10) comum para, através de uma linha omnibus de comando (9), ciclicamente enviar para os circuitos de medição individuais para a medição e/ou retransmissão dos valores da tensão e/ou da corrente e/ou dos valores da temperatura e similares medidos pelos circuitos de medição individuais (la, lb, lc) para a linha omnibus de medição (8) e daí para activar o circuito tradutor comum (10),

f) se ligar à saída do circuito tradutor comum (10) um dispositivo indicador (11) que fornece uma indicação correspondente ã qualidade da bateria.

- 2« Circuito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os circuitos de alimentação (6a, 6b, 6c) de cada circuito de medição (la, lb, lc) estarem ligados ao elemento (2a, 2b, 2c) ou grupo de elementos associados.

Circuito de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado por se utilizarem acopladores ópticos como órgãos de acoplamento (4a, 4b, 4c).

- 48 _

Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a
3, caracterizado por se usar como circuito tradutor (10) um computador.

Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a
4, caracterizado por os elementoe de separação dos sinais (5a, 5b, 5c) na entrada de cada circuito de medição (la, lb, lc),para possibilitar sucessivamente o comando dos circuitos de medição individuais ou dos acopladores ópticos individuais, e para trans mitir sucessivamente no tempo os sinais de medição presentes para a linha omnibus de medição (8)·

- Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a
5, caracterizado por a linha omnibua de comando (9, 13a) estar ligada apenas com a entrada (5a) do primeiro circuito de medição (la, 14a) e por as entradas (5b, 5c) dos circuitos seguintes (lb, lc; 14b, 14c) estarem ligados apenas com as saidas (4a, 4b) do circuito de medição anterior (la, lb) através de linhas de comando parciais (9a, 9b, 13b, 13c), estando o último circuito de medição (lc) ligado através da linhas omnibus (8) com a entrada do circuito tradutor comum (10).

( - 7« Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado por uma linha combinada única (20a, 20b, 20c; 21) para a transmissão de sinais de comando (5a, 5b, 5c) dos vários circuitos de medição (14a, 14b, 14c), por se retransmitir um sinal de medição recebido sem alteração para o circuito de medição seguinte (14b, 14c) ou, respectivamente, para a linha de medição final (21), por um sinal de comando recebido desencadear no reapectivo circuito de medição uma operação da medição, aendo oa sinais de medição individuais de cada circuito de medição fornecidos ciclicamente e sucessivamente e com separação da poten- 13 ciais, ao circuito de tradução comum (10) e fornecendo o fim de um sinal de medição um sinal de comando ao elemento de separação dos sinais do circuito de medição seguinte:

- Be -

Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por a linha de comando (9, 20) e/ou a linha de medição (0, 21) serem uma linha de fibras dpticas.

- 9? -

Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a B, caracterizado por um tradutor de medição (3a, 3b, 3c) em cada um dos circuitos de medição (la, lb, lc) que transmite, reapectivamente, um Impulso de tenseo com uma duração correspondente ao valor da grandeza física ou química medida pela linha omnibus de medição (B).

- 109 _ ΐ í

Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a
9, caracterizado por uma linha de comando (13a, 13b, 13c) que o sinal de comando é retransmitido de um circuito de medição (la, lb) para o circuito de medição seguinte (lb, lc)·

- 11B -

Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a
10, caracterizado por os sinais de comando e de medição transmitidos através da linha de comando e medição combinada (20a-20c; 21) diferirem uns doa outros pela duração ou pela amplitude·

- 12- Circuito de acordo com uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado por existir entre a linha de entrada de comando (9; 22) qua conduz do circuito tradutor comum (10) ao primeiro circuito da medição, e a linha de saída de comando (9c; 22c) uma linha de ligação que está ligada, como linha omnibue através de secções de linha correepondentBS (9d, 9a, 9e, 9b, 9f; 22d, 22a, 22e, 22b, 22f), com as entradas e as saídas de todos os circuitos de medição (la, lb, lc).

Foram inventores Wolfgang Geuer, alemão, residente em Ravelsberger 5tr. 45, 5102 Wurselen, República Federal

- *♦ w

Alema; Peter Lurkens, alemao, residente em Alexianergraben 21, 5100 Aachen, República Federal Alemã; e Hana Peter Schoner, alemao, rasidente em Jahnplatz 3,5100 AAchen, República Federal Alemã*

A requerente declara que o primeiro pedido desta patente foi apresentado na República Federal Alemã, em 27 de Janeiro de 19Θ7, sob ο η®. P 37 02 591.0.

Lisboa, 26 da Janeiro de 19BB.

0 AGENTE OFICIAL

M J. aleundkb BOBONE

RESUMO

CIRCUITO PARA O CONTROLO_DE QUALIDADE PERMANENTE DE UMA BATERIA COM VÃRIDS ELEMENTOS

A invenção refere-se ao controlo de qualidade permanente de uma bateria com vários elementos.

Para determinadas aplicações especiais é necessário um controlo de qualidade permanente da bateria, Uma medida dessa qualidade é constituida pela tensão dos elementos, pela corrente que pode ser retirada em condições determinadas, bem como por outros valores, por exemplo a temperatura dos elementos .

Atá agora utilizava-se para efectuar estas medidas um grande número de cabos, nomeadamente para todos os elementos da bateria e para todos os sensores de medição. Nos grandes agregados de elementos, por exemplo para uma instalação de 220 V, com 110 elementos, um tel processo não á já possível praticamente devido à barafunda de cabos.

0 objecto da invenção consiste em proporcionar um esquema no qual se reduza consideravelmente o dispêndio de cabos, sendo todavia possível uma informação segura e fiável sobre a qualidade de uma bateria·

Segundo a invenção, liga-se a cada elemento ou a um grupo de vários elementos um circuito de medição que é desencadeado atraváe de uma linha comum de comando e ou uma linha de medição, sendo estes valores enviados sucessivamente através de uma linha de medição comum a um circuito comum de tradução. 0