ITTO930752A1 - Procedimento per l'equalizzazione della tensione ai capi di batterie di trazione connesse in serie, in fase di ricarica, per autoveicoli elettrici e dispositivo per la sua attuazione. - Google Patents
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Description
DE5CRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Procedimento per l'equalizzazione della tensione ai capi di batterie di trazione connesse in serie, in fase di ricarica, per autoveicoli elettrici e dispositivo per la sua attuazione"
DESCRIZIONE
La presente invenzione si riferisce ad un procedimento per l'equalizzazione della tensione ai capi di batterie di trazione connessi in serie, in fase di ricarica, per autoveicoli elettrici e ad un dispositivo per la sua attuazione.
Gli autoveicoli elettrici richiedono per il loro funzionamento un numero elevato di batterie di trazione collegate in serie che, al momento attuale, sono solitamente al piombo pi? acido oppure al piombo gel (a ricombinazione).
Qualunque tipo di batterie venga utilizzato, l'autonomia della vettura ? piuttosto ridotta ed ? quindi necessario provvedere molto frequentemente alla loro ricarica tramite un caricafaatterie che pu? essere a bordo veicolo oppure a terra, e che fornisce energia elettrica alle batterie prelevandola dalla rete.
A causa della disposizione in serie sul veicolo e delle difficolt? di caricarle in parallelo (occorrerebbe infatti accedere ad ogni singola batteria), la ricarica viene effettuata in serie, per cui la corrente di carica ? uguale per tutte le batterie.
E' anche noto che tra una batteria e l'altra esistono piccole differenze di tensione; tali differenze possono essere intrinseche alla costruzione delle batterie stesse, o dovute a periodi di stoccaggio diversi prima dell'installazione in vettura o semplicemente a differenti temperature tra una batteria e l'altra.
E' evidente che anche piccole differenze di tensione tra le varie batterie, procedendo ad una ricarica in serie, non vengono compensate, al contrario vengono esaltate ad ogni ciclo di ricarica.
E' anche noto che una batteria caricata in modo eccessivo o scarso rispetto alle altre viene rapidamente danneggiata, compromettendo totalmente l'utilizzazione del veicolo su cui ? montata. Scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un procedimento per l'equalizzazione della tensione ai capi di batterie di trazione connessi in serie, in fase di ricarica, per autoveicoli elettrici che consenta l'equalizzazione della tensione su tutte le batterie costituenti la serie.
La presente invenzione raggiunge lo scopo suddetto grazie ad un procedimento per l'equalizzazio? ne della tensione ai capi di batterie di trazione connesse in serie, in fase di ricarica, per autoveicoli elettrici, mediante un caricabatterie collegato alla rete elettrica di distribuzione esterna all'autoveicolo, avente la sua uscita positiva collegata al terminale positivo della prima batteria della serie e la sua uscita negativa collegata al terminale negativo dell'ultima batteria della serie caratterizzato dal fatto di comprendere in successione e nell'ordine i seguenti passi:
a) avviare la ricarica delle batterie;
b) misurare e memorizzare la tensione ai terminali di ciascuna batteria e la sua temperatura;
c) ricavare e memorizzare, per ogni batteria, una tensione normalizzata, ottenuta applicando alla rispettiva tensione misurata, un fattore di correzione in dipendenza dalla rispettiva temperatura misurata;
d) determinare la/e batteria/e cui corrisponde la minore tensione normalizzata;
e) applicare a tutte le batterie con tensione normalizzata superiore alla tensione normalizzata minore, un by-pass di corrente;
f) proseguire la ricarica delle batterie-per un periodo di tempo prefissato;
g) eliminare tutti i by-pass applicati;
h) ripetere tutti i passi da b) a g) fino a quando tutte le batterie hanno uguale valore di tensione normalizzata, e terminare quindi il procedimento di equal izzazione.
L'invenzione comprende anche un dispositivo per attuare il procedimento di cui sopra, in cui un car icabatterie ricarica una pluralit? di batterie connesse in serie, detto caricabatterie avendo la sua uscita positiva connessa al morsetto positivo della prima batteria della serie e la sua uscita negativa connessa al morsetto negativo dell'ultima batteria della serie, caratterizzato dal fatto di comprendere un microprocessore atto a pilotare detto caricabatte rie; mezzi pilotati da detto microprocessore atti a consentire a detto micrcproressore la misura rispettivamente della tensione ai capi di ciascuna di dette batterie e la loro temperatura per la memorizzazione di detta tensione e temperatura in detto microprocessore; detto microprocessore essendo predisposto per ricavare e memorizzare per ogni batteria, una tensione normalizzata, ottenuta applicando alla rispettiva tensione misurata un fattore di correzione, in dipendenza dalla rispettiva temperatura misurata e per determinare la/e batteria/e cui corrisponde la minore tensione normalizzata, e mezzi pilotati da detto microprocessore atti ad applicare alle batterie con valore'di tensione normalizzata maggiore del valore minore di tensione normalizzata, un by-pass di corrente, consentendo la ricarica a corrente pi? elevata solo della/e batteria/e con minore tensione normalizzata.
L'invenzione verr? ora descritta a titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati in cui;
- la figura 1 rappresenta il diagramma di flusso del pirecedimento secondo l'invenzione,
- la figura 2 rappresenta uno schema a blocchi del dispositivo che attua il procedimento oggetto dell'invenzione, e
33 figura 3 rappresenta un parlaicolare di figura 2. nei suoi dettagli realizzativi.
Facendo riferimento alla figura 1 nella fase a) viene avviata,la ricarica delle batterie.
Melisi fase h) vengono misurati e memorizzati i valori di tensione e la temperatura di ogni singola batteria e viene ricavata e memorizzatar per ogni batteria. una tensione normalizzata,- ottenuta a??1icando alla c0rrispondente teneione misurat,a un fattore di correzione in dipendenza dalla rispettiva tem?eratura misurata.
Nella fase c) si confrontano fra loro le varie tensioni normalizzate; quando tutte le batterie hanno raggiunto uguale tensione normalizzata, la ricerita delle batterie viene fatta proseguire secondo le tecniche usuali, salvo continue verifiche delle tensioni ed eventuale ripresa del processo di equalizzazione; nel caso in cui tale situazione non ? verificata (fase d)) viene determinata la./e batteria/e cui corrisponde la tensione normalizzata minore e viene applicato un circuito di by-pass di corrente a tutte le batterie che hanno tensiane norma1izzata superiore alla tensione normalizzata. minore, dopo un tempo determinato vengono disaccoppiati tutti i by-pass e vengano ripetuti tutti i passi da b) a d) fino a che tutte le batterie hanno raggiunto uguale tensione normalizzata.
Facendo riferimento alla figura 2, con 1 a n sono indicate n batterie connesse in serie per la trazione di un autoveicolo . elettrico non rappresentato.
Il polo positivo- della batteria 1 ed il polo negativo della batteria n sono collegati al motore elettrico di trazione (non rappresentato). Un caricabatterie 8 ha il suo polo positivo collegato con il polo positivo della batteria 1 ed il suo polo negativo collegato con il polo negativo della batteria n.
I poli positivi delle batterie da 1 a n sono collegati ai primi ingressi 101 ... 10n di celle rispettivamente 121 ...12n; i primi ingressi 101 ... 10n sono collegati rispettivamente con secondi ingressi 141, ... 14n delle celle 121, .... 12n tramite interruttori rispettivamente 161 ...16n.
Le celle da 121 fino a 12 resentano prime uscite rispettivamente 181 ...18 connesse con le prime entrate rispettivamente 102 10n della cella immediatamente successiva mentre la prima uscita 18n della cella 12n ? connessa con il prolo negativo della batteria n.
I primi ingressi delle celle 121 ... 12n sono collegati con interruttori rispettivamente 201 ...
20 n. mentre la prima uscita 18n della cella 12n ? collegata con un interruttore 20 .
Ogni cella 121 a 12n presenta seconde uscite rispettivamente 311 a 31n e terze uscite rispettivamente 321 a 32n connesse rispettivamente all'ingresso positivo e negativo dello stabilizzatore di corrente 8.
Un microprocessore 50 controlla mediante cavi di comando 52 gli interruttori 201 a 20 e riceve i segnali provenienti dai primi ingressi 101 a 10n delle celle 121 a 12n quando gli interruttori 201 a 20n+1 sona chiusi.
Ogni singola cella 121 a 12n ? connessa ai suoi terzi ingressi 541 a 54n e quarti ingressi 561 a 56n con l'uscita rispettivamente 58 e 60 del microprocessore 50.
Gli interruttori 161 a 16n sono collegati rispettivamente con uscite 601 a 60n del microprocessore 50 ai cui ingressi 621 a 62n sono collegati sensori di temperatura 641 a 64n presenti sulle batterie 1 a n, mentre un'uscita 66 del microprocessore 50 ? collegata all'ingresso 68 del caricabatterie 6.
Descriviamo ora una delle celle 121 a 12n e precisamente la 121, facendo riferimento alla figura 3, quanto detto valendo identicamente per le altre celle.
Nella figura 3 con 105 ? indicato un optoi solatore che riceve il segnale chopper proveniente dalle uscite 58, 60 del microprocessore (non rappresentato in questa figura) che comanda un driver 107 per il pilotaggio di un circuito mosfet 109.
L'optoisolatore 105, il driver 107 ed il Mosfet 109 sono col-legati con il morsetto negativo dell 'associata batteria 1 mentre l'optoisolatore 105 ed il driver 107 sono anche collegati ad un primo contatto dell'associato interruttore 161 per il comando on-off della cella 121..
Il mosfet 109 ? collegato con l'avvolgimento primario 110 di un trasformatore 111, tale avvolgimento primario 111 essendo collegato tramite un condensatore 112 al polo negativo della-batteria 1 e tramite un raddrizzatore 113 al polo positivo di detta batteria 1; l'anodo di detto raddrizzatore 113 connesso al polo positivo della batteria 1 essendo collegato all'associato interruttore 201 pei-?la misura della tensione di detta batteria 1. L'avvolgimento secondario 120 di detto trasformatore 111 ? collegato ai due poli del caricabatterie (non rappresentato in questa figura); il collegamento al polo positivo avviene con interposizione di un raddrizzatore 122; tra il catodo di detto raddrizzatore 122 ed :il collegamento al polo negativo del caricabatterie ? presente un condensatore 124.
Nell'uso,, supiponendo di essere in fase di ricarica delle batterie da 1 a n, si procede ad attuare la carica delle batterie mediante il caricahatterie 8; tutti oli interruttori 161 a 16 e 201 a 20n sono aperti.
Si procede quindi alla misura ed alla memorizzazione nel microprocessore 8 della tensione ai capi di ciascuna batteria, per far ci? il microprocessore 50 comanda in chiusura la coppia di interruttori 201 e 202, in questo modo rilevando la tensione ai capi della batteria 1 che viene memorizzata nel microprocessore 50; viene poi chiusa la coppia di interruttori 202 e 203 , misurando cosi la tensione ai capi della batteria 2 e cos? via di seguito fino alla coppia 20n, 20 +1, rilevando e merriorizzando la tensione Vn.
Alla fine della misurazione delle tensioni a Vn tutti gli interruttori 201 a 20n+1 sono aperti.
Contemporaneamente alla misura e alla memorizzazione delle tensioni a Vn vengano rilevate e memorizzate nel microprocessore 50 le temperature istantanee T1.a Tn delle batterie da 1 a n tramite i sensori 641 a 64n?
Il microprocessore 50 ricava e memorizza, per ogni batteria 1 a n una tensione normalizzata, ottenuta applicando alla rispettiva tensione misurata a un fattore di correzione, in dipendenza dalla rispettiva temperatura misurata a Tn; il microprocessore 50 quindi verifica se tutte le batterie 1 a n hanno uguale tensione normalizzata ed, in caso affermativo, il procedimento di equalizzazione termina come verr? descritto nel seguito; in caso contrario il microprocessore 50 confronta tra loro le tensioni normalizzate e ne determina quella pi? bassa; provvede quindi a limitare la corrente di carica a tutte le batterie con tensione normalizzata superiore alla tensione normalizzata minima.
Per far ci? il microprocessore 50 comanda in chiusura gli interruttori 161 a 16n corrispondenti alle batterie a cui occorre limitare la corrente di realizzando su esse dei by-pass di corrente, ndo aperto/i solo l'interruttore/i pondente/i alla/e batteria/e con tensione
questa situazione le celle 121 a 12n con gli uttori 161 a 16n corrispondenti chiusi, ono corrente, shuntando in pratica la a cui sono associate.
celle 121 a 12n possono essere del tipo cernente resistivo ed in questo caso assorbono ute corrente trasformandola in calore per Joule oppure, preferibilmente, sono di tipo come sar? descritto nel seguito, in cui una i corrente assorbita viene restituita al atterie 8 tramite le uscite 311 a 31n e 321
microprocessore 50, tramite il collegamento caricabatterie 6 realizzato tra i terminali , pilota il caricabatterie 8 ad assorbire ete solo la parte di corrente necessaria ad e la corrente di carica nominale tenendo dell'apporto della corrente fornita al atterie 8 dalle celle 121 ... 12n cui ? pplicato il by-pass.
situazione appena descritta dura un periodo di tempo prefissato, trascorso il quale il microprocessore 50 provvede all'eliminazione di tutti i by-pass, comandando in apertura tutti gli interruttori 161 a 16n.
Il microprocessore 50 ripete quindi nell'ordine tutti i passi appena descritti, fino a che tutte le batterie hanno raggiunta la stessa tensione normalizzata, dopodich? il processo di equalizsazione di tensione ? terminato e la ricarica pu? avvenire seconda le tecniche usuali, salvo continue verifiche delle tensioni ed eventuale ripresa dell'equalizzazione, se necessario.
Descriviamo il funzionamento della cella 121 facendo riferimento alla figura 3, quanto detto valendo identicamente per tutte le altre celle.
Quando l'interruttore 161 ? aperto, nella cella 121 non circola corrente. Chiudendo tale interruttore il mosfet 109 passa da interdizione a saturazione ciclicamente, pilotato dal segnale chopper proveniente dal microprocessore 50 tramite i collegamenti 58 e 60 e sul secondario 120 del trasformatore 111 si produce una corrente di tipo alternato, che viene raddrizzata dal raddrizzatore 122 e livellata dal condensatore 124. Tale corrente viene inviata al caricabatterie ottenendo un risparmio energetico in quanto il caricabatterie B, pilotato dal microprocessore 50, -richieder? alla rete solo la differenza fra quanto nominalmente necessario e quanto restituito dalla cella 121.
Naturalmente, fermo restando il principio dell'invenzione, i particolari di realizzazione e le forme di attuazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato, senza per questo uscire dall'ambito della presente invenzione. In particolare i componenti circuitali delle celle 121 a 12n potranno essere ampiamente variati, gli interruttori 161, a 16n e gli interruttori 20 1, a 20 n+1 potranno essere incorporati nelle celle 121 a 12n, il microprocessore 50 potr? essere incorporato nel caricabatterie B oppure essere il microprocessore gi? presente a bordo della vettura.
Claims (1)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per l'equalizzazione della tensione ai capi di batterie di trazione connesse in serie, in fase di ricarica, per autoveicoli elettrici, mediante un caricabatterie collegato alla- rete elettrica di distribuzione esterna all'autoveicolo, avente la sua uscita positiva collegata al terminale positivo della prima batteria della serie e la sua uscita negativa collegata al terminale negativo dell'ultima batteria del.la serie, caratterizzato dal fatto di comprendere in successione e nell'ordine i seguenti passis a) avviare la ricarica delle batterie; b) misurare e memorizzare la tensione (V 1 a Vn) ai terminali di ciascuna batteria (1 a n) e la sua temperatura (T1 a Tn); c) ricavare e memorizzare, per ogni batteria (1 a n), una tensione normalizzata, ottenuta applicando alla rispettiva tensione misurata (V1 a Vn), un fattore di correzione in dipendenza dalla rispettiva temperatura misurata (T1 a Tn); d? -determinare la/e batteria/e cui corrisponde la minore tensione normalizzata,-e) applicare a tutte le batterie (1 a ni con tensione normalizzata superiore alla tensione normalizzata minore, un by-pass di corrente; f) proseguire la ricarica delle batterie (1 a n) per un periodo di tempo prefissato; g) eliminare tutti i by-pass applicati; h) ripetere i passi da b) a g) fino a quando tutte le batterie (1 a n) hanno uguale valore di tensione norihalizzata, e terminare quindi il procedimento di equalizzazione 2. Dispositivo per attuare il procedimento secondo la rivendica?ione 1, in cui un caricabatterie (S) ricarica una pluralit? di batterie 1 a n connesse in serie, detto caricabatterie (8) avendo la sua uscita positiva connessa al morsetto positivo della prima batteria della serie e la sua uscita negativa connessa al morsetto negativo dell'ultima batteria della serie, caratterizzato dal fatto di cbmprendere: - un microprocessore (50) atto a pilotare detto carica batterie; mezzi (201 a 20n+1) e (641 a 64n) pilotati da detto microprocessore (50) atti a consentire a detto microprocessore (50) la misura rispettivamente della tensione (V1 a Vn) ai capi di ciascuna di dette batterie (1 a n) e la loro temperatura (T1 a T ) per la memorizzazione di detta tensione e temperatura in detto microprocessore (50); detto microprocessore (50) essendo predisposto per ricavare e memorizzare per ogni batteria (1 a n), una tensione normalizzata, ottenuta applicando alla rispettiva tensione misurata (V1 a Vn) un fattore di correzione, in dipendenza dalla rispettiva -temperatura misurata (T1 a T ) e per determinare la/e batteria/e cui corrisponde la minore tensione normalizzata, e - mezzi (16, a 16 ; 12,a 12 ) pilotati da detto microprocessore (50) atti ad applicare alle batterie con valore di tensione normalizzata maggiore del valore minore di tensione normalizzata, un by-pass di corrente, consentendo la ricarica a corrente pi? elevata solo della/e batteria/e con minore tensione normalizzata. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2 caratterizzato dal fatto che detto by-pass di corrente ? ottenuto deviando la corrente di carica in celle attive (121 a 12n) atte a recuperare parte della corrente fornita da detto caricabatterie (8). 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 caratterizzato dal fatto che ogni cella attiva (121 a 12n) comprende un optoisolatore (105) collegato alle uscite (58, 60) di detto microprocessore (50), per ricevere da questo un segnale chopper, detto optoisolatore (105) ? collegato con un driver (107) connesso con un circuito mosfet (109); 1 'optoisolatore (105), il driver (107) ed il mosfet (109) essendo collegati con il morsetto negativo dell 'associata batteria (1); l'optoisolatore (105) e il driver (107) essendo collegati al primo contatto dell'associato interruttore (161) per il comando on-off di detta cella (121), il mosfet (109) essendo collegato con l'avvolgimento primario (110) di un trasformatore (111), tale avvolgimento primaria (110) essendo collegato tramite un condensatore (112) al polo negativo della batteria (1) e tramite un raddrizzatore (113) al polo positivo della batteria (1); l'anodo del raddrizzatore (113) essendo connessa al polo positivo della batteria (1) e all'associato interruttore (201), per la misura della tensione di detta batteria (1); l'avvolgimento secondario (120) di detto trasformatore (111) essendo collegato al polo positivo di detto caricabatterie (8) tramite l'interposizione di un raddrizzatore (122), un condensatore (124) essendo collegato tra il catodo di detto raddrizzatore (122) e il polo negativo di detto caricabatterie (8) . Il tutto come descritto ed illustrato e ?er gli scopi specificati.
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| DE69418570D1 (de) | 1999-06-24 |
| ITTO930752A0 (it) | 1993-10-14 |
| EP0652620A1 (en) | 1995-05-10 |
| IT1261611B (it) | 1996-05-23 |
| DE69418570T2 (de) | 1999-09-16 |
| EP0652620B1 (en) | 1999-05-19 |
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