WO2003056683A1

WO2003056683A1 - Circuito y método de control de la carga de las baterias de un vehiculo

Info

Publication number: WO2003056683A1
Application number: PCT/ES2002/000597
Authority: WO
Inventors: Carles Borrego Bel; Gabriel Figuerola Barrufet
Original assignee: Lear Automotive (Eeds) Spain, S.L.
Priority date: 2001-12-27
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2003-07-10
Also published as: ES2189696A1; US20040195997A1; EP1467464A1; ES2189696B1

Abstract

Sistema de gestión de un vehículo con doble batería y método que comprende una batería (B1) que alimenta cargas de una red (1) conectada a uno de sus bornes (2), un generador (G) en dicha red (1), una batería (B2) para una segunda red (3) y funciones de arranque, y un interruptor BCO2 controlado que en función del estado de carga de (B1) y (B2) y de las demandas de las cargas C1, C2 de dichas redes (1) y (3), habilita el paso de corriente entre las redes (1) y (3) en cualquier sentido, incluyendo un diodo de potencia (4) que puentea el citado interruptor BCO2 proporcionando un flujo de corriente inferior al que circula por BCO2 cuando está cerrado y también inferior a la corriente hacia la batería (B1) procedente del generador (G). El método proporciona una transferencia de energía entre las baterías (B1) y (B2).

Description

Circuito y método de control de la carga de las baterías de un vehículo

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención concierne a un sistema de gestión de un vehículo automóvil, dotado de al menos dos baterías en donde una de las mismas alimenta una red de servicio (integrando varias cargas de naturaleza diversa) y la segunda batería está destinada esencialmente a funciones de arranque (alimentando una segunda red que incluye un motor de arranque), comprendiendo una unidad o módulo de control que actúa sobre al menos un interruptor que establece una conexión entre dichas dos baterías y redes, con el objetivo de dar prioridad a la función de arranque del motor. En concreto, la presente invención proporciona una arquitectura en la que, con independencia del citado interruptor, se establece una unión permanente de las redes y batería de servicio y batería de arranque de forma que se garantiza que la batería de arranque y la red donde se inscribe siempre reciban energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La patente GB-A-2 302 622 describe en un sistema de gestión de un vehículo con doble batería que comprende: una primera batería B1 destinada a una alimentación de una serie de cargas de una primera red de servicio que está conectada a uno de los bornes de dicha batería B1 , a la cual también se halla conectado un generador; una segunda batería B2 destinada a alimentación de una segunda red dedicada esencialmente a funciones de arranque y un interruptor gobernado por una unidad o módulo de control que en función del estado de carga de ambas baterías B1 y B2 y de las demandas de las cargas de dichas respectivas redes, habilita el paso de corriente entre las baterías B1 , B2 y correspondientes redes, en cualquiera de los sentidos, siempre dando prioridad a las funciones de arranque.

Otras patentes como la DE-A196 45 944 A1 y US-A- 6.232.674 describen arquitecturas y sistemas destinadas a la misma finalidad explicada y que proporcionan unas similares prestaciones.

Sin embargo, los inventores han detectado que en los sistemas desarrollados en dichos antecedentes se controla la unión de ambas redes y baterías asociadas, según las necesidades de consumo las cargas y el estado de carga de las baterías, B1 , B2, dando prioridad al arranque, pero quedando la batería de arranque B2, a veces, desconectada de la batería de servicio B1 y del generador, corriendo el riesgo de que durante dichos períodos de aislamiento la batería B2 se descargue a través de su propia red por fugas indeseadas, etc, pudiendo quedar a un nivel de carga por debajo de un umbral mínimo que garantice su operativa en caso de ser requerida entonces. La presente invención aporta un sistema y método para asegurar una alimentación en todo momento de la batería B2 y red de arranque y con ello la permanente recarga de la batería de arranque B2, que de esta manera siempre está a punto para aportar sus funciones.

BREVE EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se caracteriza por incluir un dispositivo de paso de corriente unidireccional que establece un puente o conexión permanente entre los bornes del citado interruptor gobernado por dicho módulo de control, dispuesto entre las dos redes una primera de servicio (que abastece una serie de cargas y está conectada a un generador) y una segunda de arranque, y sus correspondientes baterías B1 y B2 como ya ha sido citado anteriormente, aplicándose dicho dispositivo de paso de corriente unidireccional a asegurar un flujo de transferencia de energía eléctrica entre dichas baterías B1 , y B2 y redes asociadas. Ha de destacarse que dicho dispositivo de paso de corriente unidireccional proporciona un flujo de corriente inferior al que circula por el citado interruptor de dicho módulo de control, cuando está cerrado y que también es inferior a la corriente de abastecimiento que alimenta la batería B1 procedente del generador. Lo esencial es que el flujo de corriente que circula a través de dicho dispositivo de paso de corriente unidireccional permite y asegura una alimentación constante de la red de arranque y con ello una permanente recarga de la batería de arranque B2, con la certeza de que la unidireccionalidad evita que la batería B2 pueda descargarse a través de la red asociada a la batería B1 , en el caso de ocurrir algún problema en dicha red, y con la seguridad de que el flujo de corriente nunca superará un cierto umbral de seguridad, máximo.

Conforme a una ejecución preferida de esta invención el citado dispositivo de paso unidireccional conectado entre las dos redes de servicio y de arranque es un diodo de potencia. Por su parte la unidad o módulo de control que gestiona la conexión / desconexión del citado interruptor comprende un microcontrolador, un detector del estado de salud (SOH) y un detector del estado de carga (SOC).

En una versión preferida de la invención dicho interruptor controlable que conecta la batería (B1) y su red de servicio con la batería (B2) y la red que integra el dispositivo de arranque es un interruptor con funciones de desconexión o BCO (Battery Cut Off) de la batería (B1). Para una mejor comprensión de las características de la invención que se está exponiendo se continuará la descripción de la misma con referencia a una hoja de planos en la que, en una única figura, se ha ilustrado, a título de ejemplo no limitativo una ejecución posible de la invención.

Breve descripción de los dibujos

En la Fig. 1 y única se muestra una arquitectura que implementa la solución propuesta por esta invención, comprendiendo una primera batería B1, conectada a un generador G y que abastece dos cargas C₁ y C₂ , y una segunda batería B2 de arranque que alimenta un motor eléctrico de arranque S.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN

Con referencia a la Fig. 1 en la misma se ha representado una arquitectura y sistema en sí conocidos, tal como los descritos por la patente GB-A-2 302 622, que comprende: una primera batería B1 destinada a alimentación de las cargas Ci y C₂ de una primera red de servicio 1 que está conectada a uno de sus bornes 2; un generador G el cual también se halla conectado al borne 2 de la batería B1 y que alimenta a dicha batería B1 , red 1 y eventualmente a una segunda batería B2 destinada al abastecimiento de una segunda red 3 dedicada esencialmente a funciones de arranque incluyendo en particular un motor eléctrico de arranque S; un interruptor de desconexión de batería tipo BCO (Battery Cut Off) asociado a cada batería B1 , B2, que, como es bien conocido en el estado de la técnica, asegura la desconexión automática de la batería en caso de accidente, siendo el interruptor BCO1 el asociado a la batería B1 y el interruptor BCO2 el asociado a la batería B2 y habilitando el interruptor BCO2 el paso de corriente entre las dos redes 1 y 3 en cualquiera de los sentidos. Dicho interruptor BCO2 está gobernado por una unidad o módulo de control 5 que realiza una monitorización permanente del estado de carga (SOC) de ambas baterías B1 , B2 por un lado, y de las demandas de las cargas C-, C₂ de dichas redes 1 y 3 por otro, y en función de las exigencias del consumo y estados detectados realiza una conexión / desconexión del interruptor BCO2 permitiendo una transferencia de energía entre las baterías B1 y B2 y redes respectivas 1 y 3. Esta unidad o módulo de control 5 comprende en general un microcontrolador, y un detector del estado de carga (SOC).

La aportación de la presente invención a una tal arquitectura y sistema de gestión consiste, tal como se muestra en este ejemplo de realización, en la inclusión de un diodo de potencia 4, que establece un puente entre los dos bornes del citado interruptor BCO2. Este diodo es un dispositivo de paso de corriente unidireccional que como ya se ha descrito en la anterior explicación de los principios de la invención, establece una conexión permanente entre las dos redes 1 y 3, con independencia de cual sea el estado del interruptor BCO2, circulando a través de dicho diodo 4 un flujo de corriente inferior al que circula por el citado interruptor BCO2 cuando está cerrado y también inferior a la corriente de alimentación hacia la batería B1 procedente del generador G. Pero con una tal estructura se asegura una alimentación en todo momento de la red de arranque 3 y una permanente recarga de la batería de arranque B2 permitiendo que pueda recurrirse a la misma en cualquier momento con garantía de obtener una adecuada respuesta.

Para una mejor comprensión de la operativa y funcionalidades del sistema propuesto, se complementa la descripción del ejemplo de realización preferido con una tablas Tablas intencionales en las que se ilustra el control ejercido sobre el interruptor BCO2 en función de unas franjas o rangos del estado de carga (SOC) de las baterías B1 y B2, y dependiendo de si se da prioridad al arranque o al servicio.

Tabla 1

Efectivamente puede apreciarse en dicha Tabla 1 que, independientemente del estado de carga de la batería de servicio B1 , el interruptor BCO2 casi siempre estará conectado permitiendo la transferencia de energía desde la red 1 con el generador G y batería B1 a la batería B2, mientras ésta necesite ser recargada (cuando se llega a la franja 85%-100% se desconecta dicho interruptor BCO2). Conforme a la propuesta de la invención, el diodo de potencia 4, aporta además, en todo momento, un flujo de carga hacia la batería B2.

Tabla 2

En esta Tabla 2 se observa como sólo en el caso de que la batería de servicio

B1 esté bien cargada o que la batería de arranque B2 esté muy descargada, se conecta el interruptor BCO2 de forma que la batería B2 pueda ser cargada. En los demás casos se desconecta dicho interruptor BCO2 y la batería B2 sólo recibe corriente a través del citado diodo 4.

Cabe destacar en relación con estas tablas, que las franjas (0-50% de SOC) son orientativas y también ha de indicarse que podrían hacerse más divisiones para más valores dependiendo del tipo de batería o número de cargas y/o condiciones de funcionamiento de las dos redes.1 y 3. En una variante de ejecución de la invención, preferida, se ha previsto además que la citada unidad de control 5 incluya unos medios de detección del estado de salud de ambas baterías SOH, además de la adquisición, ya conocida del estado de carga. En las Tablas 1 y 2 referidas anteriormente no se ha indicado el parámetro de estado de salud SOH de las baterías. En cuanto al método implementado para aplicación del sistema según la invención, el mismo comprende las siguientes etapas: a) realizar una monitorización permanente del SOC de las citadas baterías B1 y B2 y de las demandas de las cargas de cada una de las redes 1 , 3, y proporcionar una actuación selectiva sobre el citado interruptor BCO2, permitiendo la conexión de una B1 o de las dos baterías B1 , B2 a ambas redes 1 y 3; y b) proporcionar un paso de corriente permanente unidireccional desde la red 1 de servicio con las cargas Ci y C₂ alimentadas desde la batería B1 a la red 2, que incluye la batería B2 y al menos un motor eléctrico de arranque S, con un flujo de corriente inferior al que circula por el citado interruptor BCO2 en situación de cerrado y también inferior al que circula en el abastecimiento a la batería B1 procedente del generador G.

En una versión preferida de la invención dicha monitorización del estado de carga SOC se complementa con la monitorización adicional del estado de salud SOH de cada una de las baterías B1 , B2. Tal como se ha indicado anteriormente dicha etapa b) de proporcionar un paso de corriente permanente unidireccional desde la red (1) a la red (2) se realiza empleando un dispositivo de paso de corriente unidireccional tal como un diodo de potencia. 4 que de hecho puentea el interruptor BCO2 explicado.

Es evidente que los principios de la invención podrían ponerse en práctica con utilización de otros medios equivalentes a los descritos, que aporten la funcionalidad indicada, detallándose la esencialidad de la invención en las siguientes reivindicaciones.

Claims

REIVINDICACIONES 1.- Sistema de gestión de un vehículo con doble batería que comprende, una primera batería (B1) destinada a una alimentación de las cargas de una primera red de servicio (1 ) que está conectada a uno de sus bornes (2), al cual también se halla conectado un generador (G), una segunda batería (B2) destinada a alimentación de una segunda red (3) dedicada esencialmente a funciones de arranque y un interruptor BCO2 gobernado por una unidad o módulo de control (5) que en función del estado de carga de ambas baterías (B1 ) y (B2) y de las demandas de las cargas de dichas redes (1 ) y (3), habilita el paso de corriente entre las dos redes (1) y (3) en cualquiera de los sentidos, caracterizado por incluir un dispositivo de paso de corriente unidireccional (4) que puentea de forma permanente el citado interruptor BCO2 dispuesto entre las dos redes (1) y (3), alimentadas por las citadas baterías (B1) y (B2) respectivamente, cuyo dispositivo (4) proporciona un flujo de corriente hacia la batería (B2) de arranque que es inferior al que circula por el citado interruptor BCO2 cuando está cerrado y también inferior a la corriente de alimentación hacia la batería (B1 ) procedente del generador (G).

2.- Sistema, según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicha unidad de control (5) incluye unos medios de detección del estado de salud de ambas baterías (SOH).

3.- Sistema, según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho dispositivo (5) de paso unidireccional conectado entre las dos redes (1) y (3) es un diodo de potencia.

4.- Sistema, según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho módulo de control (5) que controla la conexión / desconexión del citado interruptor BCO" comprende un microcontrolador, un detector del estado de salud (SOH) y un detector del estado de carga (SOC).

5.- Sistema, según la reivindicación 1 , caracterizado porque dicho interruptor controlable que conecta la batería (B1) y la red (1) con la batería (B2) y la red (3) es un interruptor con funciones de desconexión BCO (Battery Cut Off) de la batería (B1 )

6.- Método de gestión de un vehículo con doble batería, que comprende, una primera batería (B1 ) destinada a una alimentación de las cargas de una primera red de servicio (1) que está conectada a uno de sus bornes (2), al cual también se halla conectado un generador (G), una segunda batería (B2) destinada a alimentación de una segunda red (3) dedicada esencialmente a funciones de arranque y un interruptor BCO2 gobernado por una unidad o módulo de control que en función del estado de carga de ambas baterías (B1) y (B2) y de las demandas de las cargas C-, y C₂de dichas redes (1) y (3), habilita el paso de corriente entre las dos redes (1) y (3) en cualquiera de los sentidos, caracterizado por: c) realizar una monitorización permanente del SOC de las citadas baterías (B1) y (B2) y de las demandas de las cargas C-i y C₂ y proporcionar una actuación sobre el citado interruptor BCO2, permitiendo la conexión de una o de las dos baterías B1 , B2a ambas redes (1) y (3) con transferencia de energía entre las mismas; y d) proporcionar un paso de corriente permanente unidireccional desde la red (1 ) que contiene la batería B1 a la red (2), que incluye la batería B2, con un flujo de corriente inferior al que circula por el citado interruptor BCO2 en situación de cerrado y también inferior al de alimentación a la batería (B1) procedente del generador (G).

7 '.- Método, según la reivindicación 6, en la que dicha monitorización del estado de carga SOC de la etapa a) se complementa con una monitorización del estado de salud de la batería (SOH).

8.- Método, según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha etapa b) de proporcionar un paso de corriente permanente unidireccional desde la red (1 ) a la red (2) se realiza a través de un dispositivo de paso de corriente unidireccional tal como un diodo de potencia (4).