ES2260469T3 - Procedimiento y dispositivo para controlar la recarga de una bateria de vehiculo automovil. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para controlar la recarga de una bateria de vehiculo automovil.Info
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Abstract
Procedimiento para controlar la recarga de una batería (1) de vehículo, en el que - la batería (1) del vehículo está unida con un generador (3), - el generador (3) suministra energía eléctrica a una red eléctrica (19) a bordo de un vehículo automóvil y a un consumidor suplementario (5) y - el generador (3) suministra energía eléctrica al consumidor suplementario (5) únicamente cuando está cubierta la demanda de potencia de la red (19) de a bordo, caracterizado porque se controlan de la manera siguiente la alimentación del consumidor suplementario (5) y la recarga de la batería (1) del vehículo: - cuando no está completamente cubierta la demanda de potencia del consumidor suplementario (5), - cuando se comprueba que una corriente de carga que circula del generador (3) a la batería (1) del vehículo es mayor que un valor límite, y - cuando la potencia del generador permite adicionalmente la alimentación del consumidor suplementario (5), se suministra energía del generador (3) al consumidor suplementario (5) y se ajusta la corriente de carga de modo que sea menor que la máxima corriente de carga posible para la misma potencia del generador y para la misma demanda de potencia de la red (19) de a bordo.
Description
Procedimiento y dispositivo para controlar la
recarga de una batería de vehículo automóvil.
La invención concierne a un procedimiento y un
dispositivo para controlar la recarga de una batería de
vehículo.
Las redes eléctricas a bordo de vehículos
automóviles presentan usualmente una batería del vehículo y un
generador conectado en paralelo con ésta que, al funcionar el motor,
genera ininterrumpidamente energía eléctrica. En general, la
potencia del generador es suficiente para alimentar todos los
consumidores conectados a la red de a bordo. Por tanto, la batería
del vehículo sirve casi siempre tan sólo como un acumulador de
energía para el proceso de arranque y la alimentación de corta
duración de los consumidores eléctricos, por ejemplo en el caso de
una breve parada del motor. Particularmente después de un arranque
en frío, la batería del vehículo deberá ser abastecida de energía
eléctrica por el generador convenientemente hasta que esté
completamente recargada. Incluso después puede seguir siendo cargada
bajo pequeña corriente de carga a fin de alcanzar el estado de
carga.
El documento DE 44 22 329 A1 describe un
procedimiento de funcionamiento de una red eléctrica a bordo de un
vehículo automóvil. Para la reducción de la alimentación de
consumidores con energía eléctrica, el procedimiento tiene en cuenta
la capacidad momentánea de la batería de a bordo considerando su
historial y el rendimiento de la generación de energía eléctrica,
proporcionado por los rendimientos momentáneos del motor de
accionamiento y el generador.
En vehículos con motores de combustión se
calienta usualmente el habitáculo del vehículo empleando calor
residual del motor. Sin embargo, en la fase de marcha de
calentamiento después de un arranque en frío los motores de
combustión ceden tan solo un poco de calor. Esto se aplica en medida
especial a motores de combustión con alto rendimiento, por ejemplo
modernos motores diesel.
Por tanto, se ha propuesto ya hacer que durante
la fase de marcha de calentamiento funcione una calefacción
eléctrica adicional que sea abastecida de energía por la red
eléctrica de a bordo. El documento DE 197 28 589 C1 describe un
sistema con una calefacción suplementaria de esta clase. Para que se
aproveche bien el generador, se toma una llamada señal de campo de
dinamo (señal DF) que controla una corriente de excitación del
generador y es una medida del aprovechamiento del generador, y se
regula el aprovechamiento del generador a un valor prefijado por
adaptación de la resistencia eléctrica de la calefacción
suplementaria. La batería del vehículo está conectada
permanentemente al generador durante el funcionamiento de la
calefacción suplementaria.
En este modo de proceder es desventajoso el
hecho de que la oferta de energía para la calefacción suplementaria
depende del estado de carga de la batería del vehículo y de la
demanda de energía de los consumidores eléctricos en la red de a
bordo y, por tanto, pueden presentarse un abastecimiento
insuficiente y/o fluctuaciones de la potencia de calentamiento que
son percibidas por los ocupantes del vehículo. Esto se aplica
especialmente para sistemas con baterías de vehículo de gran
capacidad de acumulación que pueden recargarse con corrientes de
carga muy altas, por ejemplo corrientes de más de 150 A. Para
garantizar en tales casos un abastecimiento de la calefacción
suplementaria con energía eléctrica, se han utilizado en la práctica
generadores con una potencia nominal del generador especialmente
grande. Sin embargo, tales generadores son pesados, resultan caros
en su fabricación y necesitan mucho espacio.
La invención está definida en las
reivindicaciones 1 y 6.
El cometido de la presente invención consiste en
indicar un procedimiento y un dispositivo que hagan posible un buen
aprovechamiento del generador, prevengan una descarga de la batería
del vehículo y, no obstante, incluso bajo potencia nominal normal
del generador y en fases de marcha de calentamiento, permitan un
abastecimiento lo más uniforme posible de un consumidor
suplementario con energía eléctrica. El consumidor suplementario es
especialmente una calefacción eléctrica suplementaria, pero puede
ser también otro consumidor que esté previsto adicionalmente a los
demás consumidores eléctricos y que no tenga que ser abastecido
permanente y/o prioritariamente con energía eléctrica. El generador
abastece el consumidor suplementario con energía eléctrica
únicamente cuando está cubierta la demanda de potencia de la red de
a bordo.
Una idea esencial de la presente invención
reside en ajustar una corriente de carga con la que el generador
recarga la batería del vehículo de tal manera que la corriente de
carga sea más pequeña que la máxima corriente de carga posible a la
misma potencia del generador y con la misma demanda de potencia de
la red de a bordo. Este ajuste se realiza cuando se comprueba que la
corriente de carga es mayor o igual que un valor límite, cuando
existe una demanda de potencia del consumidor suplementario y cuando
la potencia del generador permite una alimentación del consumidor
suplementario. Preferiblemente, se ajusta la corriente de carga de
modo que no se quede por debajo del valor límite. Se garantiza así
una recarga de la batería del vehículo en caso necesario,
especialmente en estado de baja carga de la batería del
vehículo.
Una posibilidad de asegurar la corriente de
carga consiste en prever en un circuito amperimétrico del generador
a la batería del vehículo un miembro de ajuste y hacer funcionar
éste de modo que la corriente de carga sea ajustada a un valor más
pequeño que el máximo posible.
Preferiblemente, la corriente de carga se ajusta
indirectamente ajustando una resistencia eléctrica del consumidor
suplementario. El documento DE 197 28 589 C1 describe dos variantes
adecuadas que pueden combinarse también. Según la primera variante,
el consumidor suplementario, en este caso la calefacción
suplementaria, presenta una pluralidad de elementos de calentamiento
conectados en paralelo que pueden ser conectados y desconectados
individualmente. Conforme a la segunda variante, la calefacción
suplementaria presenta un transistor de potencia, por ejemplo un
MOSFET (transistor de efecto de campo de
metal-óxido-semiconductor), cuya resistencia de
calentamiento es ajustable por activación de una entrada de control
del transistor. Sin embargo, en contraste con las enseñanzas del
documento DE 197 28 589 C1, el ajuste de la resistencia sirve para
ajustar la corriente de carga de la manera descrita. Se puede
conseguir así, por un lado, una recarga suficiente de la batería del
vehículo y, por otro lado, debido a la reducción de la corriente de
carga en comparación con la máxima corriente de carga posible, se
puede lograr una alimentación más uniforme del consumidor
suplementario.
Asimismo, se puede emplear un generador con
menor potencia nominal que cuando ha de ofrecerse una reserva de
potencia para el caso de mayores corrientes de carga de la batería.
Por tanto, se aprovecha mejor en conjunto el generador.
En un perfeccionamiento se incrementa aún el
aprovechamiento del generador elevando la corriente de carga cuando
la demanda de potencia del consumidor suplementario está cubierta
hasta un grado determinado y, en particular, está plenamente
cubierta.
En una ejecución de la invención se regula la
corriente de carga al valor límite al menos en las condiciones
antes citadas. Esto quiere decir que se intenta que la corriente de
carga no sea menor ni mayor que el valor límite. Sin embargo, por
ejemplo debido a tiempos muertos y/o inercias en el circuito de
regulación, la corriente de carga puede desviarse entonces del valor
límite. Por ejemplo, el ajuste de la corriente de carga se efectúa
como se ha descrito más arriba en relación con el documento DE 197
28 589 C1 mediante un ajuste de la resistencia eléctrica del
consumidor suplementario.
Sin embargo, la corriente de carga puede
regularse también a un valor más alto cuando y/o en tanto la
potencia del generador sea suficiente para ello y, además, permita
también la alimentación del consumidor suplementario.
Preferiblemente, el consumidor suplementario no
es abastecido o no es ya abastecido por el generador con energía
eléctrica cuando la corriente de carga es más pequeña que el valor
límite y/o cuando la corriente de carga cae por debajo del valor
límite no sólo durante un breve tiempo o no sólo a consecuencia de
una regulación de la corriente de carga.
En un perfeccionamiento se detecta un estado de
carga de la batería del vehículo y se admite que la corriente de
carga caiga por debajo del valor límite y/o que se descargue la
batería del vehículo cuando exista una demanda de alimentación del
consumidor adicional y cuando el estado de carga alcance un nivel
alto, especialmente cuando una medida del estado de carga sea mayor
o al menos igual que un valor mínimo determinado. Por tanto, en este
caso, cuando el estado de carga no sea crítico, el consumidor
suplementario puede, no obstante, ser alimentado por el generador
aunque la potencia de este generador no sea suficiente en ciertas
circunstancias para recargar simultáneamente la batería del vehículo
con una corriente de carga que sea mayor que el valor límite. Por
tanto, se puede conseguir una cobertura aún mejor de la demanda de
alimentación del consumidor suplementario y/o se puede utilizar un
generador con una menor potencia nominal.
Preferiblemente, se prefija el valor límite. En
particular, el valor límite depende de al menos una variable, por
ejemplo la temperatura de la batería del vehículo y/o el estado de
carga de la batería. Por ejemplo, se prefija un valor límite más
bajo en el caso de una mayor cantidad de energía almacenada en la
batería. Es posible también variar el valor límite en función de la
potencia momentánea del generador, no quedándose preferiblemente por
debajo de un valor límite mínimo determinado. Sin embargo, cuando se
ha recargado completamente la batería, es posible quedarse también
por debajo de este valor límite mínimo.
Se propone evaluar una señal de demanda que
reproduzca la demanda de alimentación eléctrica del consumidor
suplementario, y realizar el control aquí descrito de la recarga de
la batería del vehículo en función del resultado de la evaluación.
Mediante la señal de demanda se solicita un abastecimiento del
consumidor suplementario con energía eléctrica.
En particular, se le permite a la corriente de
carga adoptar el máximo valor posible que permita la potencia
momentánea del generador, en caso de que no exista ninguna demanda
de alimentación del consumidor suplementario. Como alternativa o
adicionalmente, se adapta el valor límite de la corriente de carga
cuando se modifica la demanda de alimentación.
Por generador se entiende cualquier clase de
dispositivo que genere energía eléctrica. El generador puede ser,
por ejemplo, un generador electromagnético convencional accionado
por un motor o una pila de combustible. Asimismo, en el caso de una
pila de combustible, se puede detectar un estado de carga o un grado
de aprovechamiento del generador que puede evaluarse y/o emplearse
como la señal DF de un generador convencional.
Se describen ahora ejemplos de realización de la
invención ayudándose de los dibujos adjuntos. La única figura del
dibujo muestra:
Una representación esquemática de un sistema
eléctrico a bordo de un vehículo con un consumidor suplementario
conectado al mismo.
En la figura se representa un generador 3 que
puede ser accionado por un motor 7 de un vehículo, por ejemplo un
motor diesel, a través de un equipo 9 de transmisión de fuerza. Una
señal de campo de dinamo (señal DF), que controla una corriente de
excitación del generador 3 y de la que puede deducirse el
aprovechamiento del generador, es tomada en una unidad de señal DF
4 y alimentada a una unidad de control 11 a través de una línea de
señal 21a. La unidad de señal DF 4 está unida con el generador 3 a
través de una línea de señal 21f. Otros detalles referentes a la
clase y la evaluación de la señal DF pueden encontrarse en el
documento DE 197 28 589 C1.
Además, se calcula el número de revoluciones del
generador 3, por ejemplo se toma directamente este número en el
generador 3 o se calcula indirectamente a través del número de
revoluciones del motor 7 del vehículo, y se alimenta aquel número
de revoluciones a la unidad de control 11 a través de una línea de
señal 21e.
La figura representa con líneas ininterrumpidas
una parte de la red eléctrica a bordo de un vehículo automóvil. Unos
consumidores eléctricos 19 no representados con más detalle, como
bujías incandescentes del motor 7 del vehículo y unidades
electrónicas de control para controlar funciones del motor u otras
funciones del vehículo automóvil, son abastecidos de energía
eléctrica por el generador 3 y, en ciertas circunstancias, por una
batería 1 del vehículo conectada en paralelo con el mismo. Al menos
una parte de los consumidores 19 realiza funciones esenciales para
la conducción del vehículo automóvil y/o para la seguridad y, por
tanto, ha de ser alimentada con prioridad. Mientras está funcionado
el motor 7 del vehículo, el generador 3 asume generalmente por sí
solo la alimentación de los consumidores 19 y recarga al mismo
tiempo la batería 1 del vehículo.
Un consumidor suplementario 5, aquí una
calefacción suplementaria, está unido eléctricamente con el
generador 3. Sirve para calentar el habitáculo del vehículo cuando
no está disponible suficiente calor residual del motor para su
calentamiento.
En un circuito amperimétrico 27, a través de
cual el generador 3 está unido con la batería 1 del vehículo, se
encuentra un miembro de medida 13 para medir la corriente de carga
con la que el generador 3 recarga la batería 1 del vehículo. El
miembro de medida 13 está unido con la unidad de control 11 a través
de una línea de señal 21b. Asimismo, está previsto un miembro de
ajuste 15 que está unido con la unidad de control 11 a través de
una línea de señal 21c y que sirve para ajustar la corriente de
carga. El miembro de ajuste 15 ajusta, por ejemplo, la resistencia
eléctrica del consumidor suplementario 5.
Como alternativa, el miembro de ajuste puede
estar previsto, por ejemplo, en el circuito amperimétrico 27 y ser
adecuado especialmente para ajustar la corriente de forma directa,
por ejemplo mediante una breve interrupción repetida del flujo de
corriente, de modo que la corriente media a lo largo de un intervalo
de tiempo de, por ejemplo, un segundo tenga el valor deseado. Otra
posibilidad de ajustar indirectamente la corriente de carga consiste
en el empleo de un convertidor de tensión continua ajustable. Un
lado de entrada del convertidor, al que se aplica una tensión de
entrada, está unido con el generador. Un lado de salida del
convertidor, al que se aplica una tensión de salida ajustable, está
unido con la batería del vehículo. Especialmente mediante un ajuste
de la tensión de salida a un valor más bajo que la tensión de
entrada se puede ajustar la corriente de carga a un valor más
pequeño que el que es posible para la misma potencia del
generador.
La unidad de control 11 presenta un terminal 23
al que está conectada una línea de señal 21d que une dicha unidad
de control 11 con el consumidor suplementario 5. Este consumidor
suplementario 5 señaliza a través de la línea de señal 21d la
magnitud de su demanda de alimentación y/o si existe una demanda de
alimentación.
Con la batería 1 del vehículo está unido un
detector de estado de carga 29 que detecta el estado de carga de la
batería 1 del vehículo, por ejemplo indirectamente mediante la
medición de la tensión de la batería. El detector de estado de
carga 29 está unido con la unidad de control 11 a través de una
línea de señal 21g. La unidad de control 11 controla la recarga de
la batería 1 del vehículo en función de una señal que ella obtiene
del detector de estado de carga 29.
Se describe ahora un algoritmo según el cual la
unidad de control, especialmente la unidad de control 11 según la
figura, puede controlar la recarga de la batería del vehículo.
Preferiblemente, la unidad de control presenta para ello un
procesador microelectrónico que ejecuta repetidamente los distintos
pasos del algoritmo.
Al principio, se fija el valor límite de la
corriente de carga, eventualmente en función de variables como la
tensión eléctrica de la batería del vehículo, que es una medida del
estado de carga. A continuación se ingresan un valor de medida
actual de la corriente de carga y la señal DF. Cuando no existe
ninguna demanda de alimentación del consumidor suplementario o no
se ha cumplido al menos una de las condiciones descritas en lo que
sigue, se repiten estos pasos dentro de cortos intervalos de tiempo.
Cuando existe una demanda de alimentación, se comprueba si la señal
DF corresponde a un aprovechamiento menor del generador que un valor
límite de aprovechamiento, por ejemplo 95%. Cuando ocurre esto, se
admite una regulación de la corriente de carga o bien, si la
regulación está ya activada, no se la desactiva. En caso contrario,
no se admite la regulación o bien se la desactiva cuando el
aprovechamiento del generador sea igual al valor limite de
aprovechamiento o mayor que éste.
A continuación, se comprueba si la corriente de
carga es mayor que el valor límite de dicha corriente de carga.
Cuando ocurre esto, se activa la regulación o bien permanece activa
la regulación. En caso contrario, se desactiva la regulación o bien
ésta permanece inactiva.
En variantes posibles del algoritmo se ejecutan
los pasos descritos hasta ahora en una secuencia diferente. Sin
embargo, se asegura que, estando activada la regulación de la
corriente de carga, se satisfagan las condiciones antes citadas.
Estando activada la regulación, el consumidor
suplementario es abastecido de energía eléctrica por el generador.
Se regula la corriente de carga al valor límite.
Durante la regulación se realizan repetidamente
los pasos anteriormente citados. Se le permite entonces a la
corriente de carga que caiga por debajo del valor límite durante un
breve tiempo o a consecuencia de inercias y/o tiempos muertos de la
regulación. Sin embargo, si se comprueba que no se alcanza
permanentemente el valor límite o que no se ha cumplido ya una de
las otras condiciones, se desactiva la regulación y el consumidor
suplementario ya no es alimentado por el generador.
En un perfeccionamiento se comprueba durante la
regulación si la demanda de alimentación del consumidor
suplementario está completamente cubierta. Cuando ocurre esto, se
ajusta la corriente de carga de modo que sea mayor que el valor
límite momentáneo. Esto se realiza preferiblemente de modo que el
consumidor suplementario siga siendo plenamente alimentado o bien
que se cubra la demanda de alimentación al menos hasta un
determinado porcentaje. El aumento de la corriente de carga puede
conseguirse especialmente por medio de un aumento correspondiente
y/o una adaptación continua del valor límite de dicha corriente de
carga.
Preferiblemente, durante la regulación se sigue
evaluando el estado de carga de la batería del vehículo y en caso
de un estado de carga alto, especialmente como se ha descrito antes,
se admite que la corriente de carga caiga por debajo del valor
límite. Una posibilidad consiste en concluir la regulación y otra
consiste en rebajar el valor límite.
Aparte de las ventajas ya citadas de la
invención, se alarga también la vida útil de la batería del
vehículo, puesto que la corriente de carga se ajusta a valores más
bajos durante la regulación. Por tanto se pueden evitar altas
corrientes de carga que conduzcan a que resulte dañada la batería
del vehículo. Opcionalmente, la corriente de carga puede ser
ajustada, es decir, limitada, a un valor más bajo (que el posible
para la misma potencia del generador), aun cuando el consumidor
adicional no tenga ninguna demanda de alimentación.
Claims (7)
1. Procedimiento para controlar la recarga de
una batería (1) de vehículo, en el que
- -
- la batería (1) del vehículo está unida con un generador (3),
- -
- el generador (3) suministra energía eléctrica a una red eléctrica (19) a bordo de un vehículo automóvil y a un consumidor suplementario (5) y
- -
- el generador (3) suministra energía eléctrica al consumidor suplementario (5) únicamente cuando está cubierta la demanda de potencia de la red (19) de a bordo,
caracterizado porque se
controlan de la manera siguiente la alimentación del consumidor
suplementario (5) y la recarga de la batería (1) del
vehículo:
- -
- cuando no está completamente cubierta la demanda de potencia del consumidor suplementario (5),
- -
- cuando se comprueba que una corriente de carga que circula del generador (3) a la batería (1) del vehículo es mayor que un valor límite, y
- -
- cuando la potencia del generador permite adicionalmente la alimentación del consumidor suplementario (5),
se suministra energía del generador
(3) al consumidor suplementario (5) y se ajusta la corriente de
carga de modo que sea menor que la máxima corriente de carga
posible para la misma potencia del generador y para la misma
demanda de potencia de la red (19) de a
bordo.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, en
el que el consumidor suplementario (5) no es abastecido de energía
eléctrica por el generador (3) cuando la corriente de carga es menor
que el valor límite.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
en el que se regula la corriente de carga al valor límite cuando el
consumidor adicional (5) es abastecido de energía por el generador
(3).
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, en el que se varía el valor límite de la
corriente de carga en función de al menos una
variable, especialmente en función de la temperatura de la batería del vehículo y/o del estado de carga de la batería.
variable, especialmente en función de la temperatura de la batería del vehículo y/o del estado de carga de la batería.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 4, en el que se detecta un estado de carga de
la batería (1) del vehículo y se admite que la corriente de carga
caiga por debajo del valor límite y/o que se descargue la batería
(1) del vehículo cuando exista una demanda de alimentación del
consumidor suplementario (5) y cuando el estado de carga alcance un
nivel alto, especialmente cuando una medida del estado de carga sea
mayor o al menos igual que un valor mínimo determinado.
6. Dispositivo para controlar la recarga de una
batería (1) de vehículo, que comprende
- -
- un equipo de ajuste (15) para ajustar una corriente de carga con la cual un generador (3) recarga la batería (1) del vehículo,
- -
- un equipo de detección (13) para detectar si la corriente de carga sobrepasa un valor límite, y
- -
- un equipo de control (11) que está unido con el equipo de detección (13) y con el equipo de ajuste (15) y que presenta un terminal (23) para recibir una señal de demanda que señaliza una demanda de alimentación eléctrica de un consumidor suplementario (5) conectado al generador (3),
caracterizado porque, en
caso de una demanda de alimentación de la calefacción suplementaria,
la corriente de carga puede ser ajustada por el equipo de ajuste
(15) de modo que sea más pequeña que la máxima corriente de carga
posible para la misma potencia del generador y para la misma demanda
de potencia de otros consumidores (19) conectados al generador
(3).
7. Dispositivo según la reivindicación 6, que
comprende un equipo de detección (29) para detectar el estado de
carga de la batería (1) del vehículo, el cual está unido con dicha
batería (1) del vehículo y está unido también con el equipo de
control (11), estando configurado el equipo de control (11) de tal
manera que realice el control de la recarga de la batería (1) del
vehículo en función de una señal de detección del equipo de
detección (29).
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