Un primer aspecto de la invencion se refiere a un dispositivo de medida de impedancia de un elemento de almacenamiento energetico, que comprende:
- medios de generacion de un estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia con un contenido espectral dado;
- medios de transformacion de dicho estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia a una senal de corriente en el dominio del tiempo;
- medios para ajustar esta senal de corriente en el dominio del tiempo a un nivel de carga del elemento de almacenamiento energetico y para excitar el elemento de almacenamiento energetico con esta senal de corriente ajustada en el dominio del tiempo;
- medios para medir unas senales de tension y corriente, Vbat, Ibat en el dominio del tiempo del elemento de almacenamiento energetico y para acondicionar dichas senales medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond a un rango dinamico de unos medios de conversion analogico a digital;
- medios de conversion analogico a digital para convertir dichas senales de tension y de corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond, en una senales de tension V (t) y corriente I (t) digitalizadas; y, - medios de procesamiento y control configurados para:
- analizar la energfa de dichas senales en el dominio de la frecuencia de tension V (f) y corriente I (f) digitalizadas en torno a la frecuencia de estfmulo; y
- calcular un vector de impedancia Z (f).
Segun una realizacion preferida, los medios para acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond comprenden un filtro paso-alto para eliminar la componente continua de, al menos, la senal de tension medida. Estos medios de acondicionamiento preferiblemente ademas comprenden al menos una etapa amplificadora para amplificar la componente alterna de la senal de tension no bloqueada por el filtro paso-alto. De esta forma se acondicionan las senales de tension y corriente medidas en el elemento de almacenamiento energetico al rango dinamico de los medios de conversion analogico-digital eliminando primero la componente continua de la senal medida, centrandola (offset) al rango de entrada de dichos medios de conversion y amplificandola para mayor resolucion.
La frecuencia de corte de dicho filtro paso-alto depende preferiblemente del espectro de frecuencia del estfmulo de corriente i (f) , que así mismo depende del rango de frecuencias que se desee observar. En la practica, el rango de frecuencias empleado que da informacion util se encuentra en el intervalo 0, 01 Hz-2 kHz. Este intervalo de interes define la frecuencia de corte del filtro paso alto (en este caso, 0, 01Hz).
Segun una realizacion preferida, los medios para acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond comprenden un filtro paso-alto para eliminar la componente continua de, al menos, la senal de corriente medida.
De acuerdo con una realizacion preferida, el dispositivo comprende:
- un divisor de tension conectado entre la senal de tension Vbat medida y el filtro paso-alto;
- dos resistencias en serie conectadas a una entrada negativa de un primer amplificador, así como una resistencia de realimentacion conectada entre salida y entrada negativa del primer amplificador, estando una entrada positiva del primer amplificador puesta a tierra;
- dos resistencias en serie conectadas entre la salida del primer amplificador y una entrada negativa de un segundo amplificador, así como una resistencia de realimentacion conectada entre salida y entrada negativa del segundo amplificador; y estando conectado a una entrada positiva del segundo amplificador un divisor de tension formado por dos resistencias y dos condensadores.
Segun otra realizacion preferida los medios para acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond comprenden un filtro paso-bajo para obtener un valor de tension promedio Vprom de la senal de tension medida Vbat, y un comparador -como por ej., un amplificador- para obtener la senal de tension acondicionada Vbat_acond como comparacion de dichos valor de tension Vprom y medido Vbat.
En esta posible realizacion mediante filtro paso-bajo, preferiblemente:
- el filtro paso-bajo esta formado por una resistencia y varios condensadores conectados en paralelo;
- el filtro paso-bajo es inicializado mediante dos transistores -como por ej., transistores MOS- y un conjunto de resistencias;
- dicha senal de tension Vbat medida se pasa por el filtro paso-bajo para obtener un valor de tension promedio Vprom; y
- dicha tension promedio Vprom es comparada en el comparador a la senal de tenson Vbat medida, siendo la salida del comparador la senal de tension acondicionada Vbat_acond.
Los medios para ajustar esta senal de corriente en el dominio del tiempo a un nivel de carga del elemento de almacenamiento energetico y, para excitar el elemento de almacenamiento energetico con esta senal de corriente ajustada en el dominio del tiempo preferiblemente comprenden una fuente de corriente.
La fuente de corriente preferiblemente comprende un transistor (puede ser un transistor nMOS) con una resistencia conectada entre drenador del transistor y una tension de alimentacion, y una resistencia conectada entre una fuente del transistor y una puesta a tierra; y ademas comprende un amplificador conectado a una puerta del transistor en realimentacion negativa con la tension de la fuente.
Los medios de generacion de un estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia con un contenido espectral dado y los medios de transformacion de dicho estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia a una senal de corriente en el dominio del tiempo estan preferiblemente integrados en los medios de procesamiento y control, que puede ser un microprocesador o un procesador digital de senal.
Preferiblemente el contenido espectral del estfmulo de corriente es configurable a diferentes frecuencias de forma que se puede analizar distintas partes del DUT cuyo correcto funcionamiento frente a fallo se observa a frecuencias respectivas.
Es decir, el dispositivo de la invencion suministra un estfmulo o senal de entrada adecuado en cada momento (mayor amplitud de senal para las frecuencias mas bajas) , consiguiendo ademas un ahorro de energfa en el suministro de dicho estfmulo. Esto se consigue transformando la senal de frecuencia al dominio del tiempo mediante una etapa electronica de ajuste del estfmulo de corriente.
Finalmente, el dispositivo y procedimiento de medida de impedancia de un elemento de almacenamiento energetico de la invencion calcula la impedancia de dicho elemento de almacenamiento energetico en el dominio de la frecuencia pero aplicando un estfmulo transformado del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo, y midiendo inicialmente su respuesta electrica en terminos de tension y corriente en el dominio del tiempo para finalmente pasarla a un intervalo amplio de frecuencias, consiguiendo así realizar un modelo electrico de la baterfa en el dominio de la frecuencia.
Frente a otros dispositivos y procedimientos conocidos, la invencion presenta la ventaja anadida de que no dana el elemento de almacenamiento energetico gracias al control del estfmulo en amplitud y en frecuencia (no generando estfmulos en frecuencias que puedan ser perjudiciales para la salud) ; ademas el dispositivo es de facil manejo y los datos que se obtienen pueden analizarse utilizando un modelo de circuitos equivalentes.
La medida de la impedancia del elemento de almacenamiento energetico mediante el dispositivo de la invencion permite conocer el estado del mismo pudiendo realizar el correspondiente control o monitorizacion y detectando posibles fallos, como por ej., oxidaciones en contactos.
Otro aspecto de la invencion se refiere a un procedimiento de medida de impedancia de un elemento de almacenamiento energetico, que comprende:
- generar un estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia con un contenido espectral dado;
- transformar dicho estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia a una senal de corriente Ibat en el dominio del tiempo;
- ajustar esta senal de corriente en el dominio del tiempo a un nivel de carga del elemento de almacenamiento energetico y excitar el elemento de almacenamiento energetico con esta senal de corriente ajustada en el dominio del tiempo;
- medir unas senales de tension y corriente, Vbat, Ibat en el dominio del tiempo del elemento de almacenamiento energetico y acondicionar dichas senales medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond a un rango dinamico de unos medios de conversion analogico a digital;
- digitalizar dichas senales de tension y de corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond, y transformarlas en unas senales de tension V (t) y corriente I (t) digitalizadas en el dominio de la frecuencia;
- analizar la energfa de dichas senales en el dominio de la frecuencia de tension V (f) y corriente I (f) digitalizadas en torno a la frecuencia de estfmulo; y
- calcular un vector de impedancia Z (f) como el cociente V (f) /I (f).
La etapa de acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond preferiblemente comprende eliminar la componente continua de, al menos, la senal de tension Vbat medida.
Esta componente continua de la senal de tension Vbat medida puede eliminarse mediante un filtro paso-alto. En este caso preferiblemente se amplifica la componente alterna de la senal de tension no bloqueada por el filtro paso-alto.
La etapa de acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond puede comprender obtener un valor de tension promedio Vprom de la senal de tension medida Vbat, y obtener dicha senal de tension acondicionada Vbat_acond comparando dicho valor de tension promedio Vprom con la senal de tension medida Vbat.
El valor de tension promedio Vprom preferiblemente se obtiene pasando la senal de tension medida Vbat por un filtro paso-bajo y la comparacion se realiza con un amplificador.
En una realizacion preferida el procedimiento de la invencion ademas comprende una etapa adicional de interpretar los datos obtenidos de Z (f) con patrones y diagnosticar el elemento de almacenamiento energetico.
Realizaciones preferidas de este procedimiento se definen en las reivindicaciones dependientes.
Otras ventajas y caracterfsticas adicionales de la invencion seran evidentes de la descripcion detallada que sigue y seran particularmente senaladas en las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripcion de las fiauras
Para complementar la descripcion y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracterfsticas de la invencion, de acuerdo con un ejemplo de realizacion practica de la misma, se acompana como parte integrante de la descripcion, un juego de figuras en el que con caracter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1 muestra esquematicamente los diferentes elementos del dispositivo de medida de impedancia de la invencion.
La Figura 2 muestra un esquema detallado de una primera realizacion posible del acondicionamiento de la senal de tension medida en bornes de la baterfa.
La Figura 3 muestra un esquema detallado de una primera realizacion posible del acondicionamiento de la senal de corriente medida de la baterfa.
La Figura 4 muestra un esquema detallado de una segunda realizacion posible del acondicionamiento de la senal de tension medida en bornes de la baterfa. En este caso no es necesario un circuito para acondicionar la senal de corriente medida de la baterfa, puesto que ya esta a baja frecuencia.
La Figura 5 muestra un esquema de la fuente de corriente encargada ajustar el estfmulo de corriente generado por el DSP o microprocesador a la carga demandada por la baterfa en cada momento, y excitar con dicha corriente ajustada la baterfa.
La Figura 6 muestra de forma esquematica el acondicionamiento de la senal de tension medida en los terminales de la baterfa (que en la Fig. 1 ha sido esquematicamente representado como un voltfmetro 2) y que puede apreciarse con mas detalle en las figuras 2 y 4 en sus dos realizaciones preferentes.
La Figura 7 muestra de forma esquematica la medida de la senal de corriente de la baterfa (que en la Fig. 1 ha sido esquematicamente representado como un amperfmetro 3) , y que puede apreciarse con mas detalle en la figura 3.
Descripcion de un modo de realizacion de la invencion
En la Figura 1 se muestra un esquema general del dispositivo de medida de impedancia 100 de un dispositivo bajo prueba, en este caso un elemento de almacenamiento electrico como es una baterfa 1.
Para ello, el dispositivo de medida de impedancia de la invencion 100 comprende un microprocesador 7, que tambien puede ser un procesador digital de senal DSP, que genera un estfmulo consistente en una senal de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia con un contenido espectral dado. Esta senal de corriente es transformada del dominio de la frecuencia al dominio del tiempo mediante una transformada inversa de Fourier (IFFT) y un convertidor digital-analogico 6. Mediante una fuente de corriente 4 (vease Fig. 5) se ajusta esta senal de corriente resultante en el dominio del tiempo i (t) a la carga necesaria de la baterfa 1 en cada momento.
Como parte del dispositivo 100 de la invencion, este incluye sendos circuitos de medida y acondicionamiento de las senales de tension e intensidad instantaneas medidas de la baterfa 1. Estos circuitos han sido representados esquematicamente en la Figura 1 como un voltfmetro 2 y un amperfmetro 3 conectados en bornes de y en serie con la baterfa 1, respectivamente. En estos circuitos, ademas de realizarse las medidas de tension y corriente instantaneas de la baterfa, se acondicionan las senales al rango dinamico de un convertidor analogico-digital ADC 5, donde las senales son digitalizadas antes de entrar en el microprocesador 7, donde se transforman la
senales de tension y corriente al dominio de la frecuencia mediante por ej., transformacion directa de Fourier (FFT) , para determinar la impedancia de la baterfa en el rango de frecuencias correspondiente.
El circuito de medida y acondicionamiento de la senal de tension o voltfmetro 2 no mide tensiones escaladas como ocurre en los dispositivos del estado de la tecnica (la tension medida es en el punto intermedio entre dos resistencias) , sino que mide una tension filtrada o banda de interes de tension. Esto es porque solo interesa la parte alterna (desechando la componente de continua) de la senal de tension de la baterfa 1.
Para filtrar la senal de tension existen dos posibles realizaciones preferidas del circuito de medida y acondicionamiento de la senal de tension o voltfmetro 2.
En la Figura 2 se muestra una primera realizacion preferida posible del acondicionamiento de la senal de tension Vbat medida en terminales 1a-1b de la baterfa 1. La senal de tension Vbat es una senal de alta tension que es acondicionada eliminando su componente de continua para la gama de frecuencias a analizar (en el ejemplo mostrado para frecuencias superiores a 10 mHz) ; para ello se hace pasar la senal de tension por un filtro paso- alto formado por un condensador C23 y una resistencia R24 conectada a tierra, para así fijar su componente alterna a partir de 10 mHz antes de pasar por un primer amplificador 21a. Previo al filtro paso-alto formado por el condensador C23 y la resistencia R24 se incluye un divisor de tension de Vbat formado por las resistencias R1, R2 y R3; la ganancia del primer amplificador 21a se controla por medio de un potenciometro R4 conectado en serie con una resistencia R5 que se conectan a la entrada negativa del primer amplificador 21a, así como mediante una resistencia R6 de realimentacion conectada entre la salida del primer amplificador 21a y su entrada negativa. Por su parte el primer amplificador 21a esta alimentado mediante tensiones de +12 V y -12 V, con respectivos condensadores C10 y C11 puestos a tierra para evitar ruidos.
Mediante un segundo amplificador 21b se realiza la amplificacion de la senal de alterna que no ha sido bloqueada, controlandose la ganancia de este segundo amplificador mediante otro potenciometro R7 conectado en serie con una resistencia R8, que se conectan a la entrada negativa del segundo amplificador 21b, junto con una resistencia R9 de realimentacion. De forma similar al primer amplificador 21a, el segundo amplificador 21b esta alimentado mediante tensiones de +12 V y -12 V, con respectivos condensadores C5 y C4 puestos a tierra y que sirven para evitar ruido.
Mediante el divisor de tension formado por las resistencias R25 conectadas entre los condensadores C7 y C2 - que sirven para evitar ruido- se consigue tener una tension constante en la entrada positiva del segundo amplificador 21b que es comparada con la tension Vbat medida en bornes de la baterfa 1 tras la primera etapa de amplificacion. De esta forma se centra la senal de salida, que es la senal de tension de la baterfa ya acondicionada Vbat_acond, en el rango de entrada del convertidor analogico-digital DAC 5 (2, 5 V) , maximizandose el rango dinamico de la senal amplificada y aumentando la relacion senal ruido (SNR, signal to noise ratio) en esta senal de tension de la baterfa ya acondicionada Vbat_acond.
Los valores de las resistencias son: R1=R2=1 kohm; R3=100 kohm; R24=1, 6 kohm; R25=10 kohm. Y los valores de los condensadores son: C23=10 mF; C10=C11=C2=C4=C5=C7=100 nF.
Como se ha indicado, este circuito de acondicionamiento de la senal de tension tiene alta ganancia, puesto que los requerimientos de corriente son pequenos en relacion con la capacidad que tienen las baterfas de facilitar intensidad-potencia lo que se traduce en una pequena respuesta en forma de cafda de tension. Por ello se incluyen dos amplificaciones 21a y 21b para conseguir este objetivo, y modificando los valores de las resistencias R4-R5-R6 y R7-R8-R9 se controla el valor de la ganancia de cada amplificador.
En la Figura 3 se muestra un circuito de medida y acondicionamiento de la senal de corriente Ibat medida en la baterfa 1 (muy similar al circuito de medida y acondicionamiento de la senal de tension Vbat medida en la baterfa 1). Aunque la senal de corriente Ibat sea una senal cuasi-conocida ya que no es mas que la adaptacion del estfmulo de corriente, hay que medirla porque siempre puede haber distorsiones al generar la senal. Como hay que introducir un filtro para la medida y acondicionamiento de la parte de tension que va a introducir una distorsion definida, este mismo filtro se aplica para acondicionar la parte de corriente (la medida que se obtiene de impedancia es V/I, si a V se le aplican distorsiones, estas mismas se le aplican a I).
En esta Figura 3 las resistencias R24', R25', R1'-R9', los condensadores C23' C2', C4', C5', C7', C10' y C11' y los amplificadores 21a', 21b' realizan las mismas funciones que, respectivamente, las resistencias R24, R24, R1-R9, los condensadores R23, C2, C4, C5, C7, C10 y C11 y los amplificadores 21a, 21b de la Figura 2.
Los valores de las resistencias y de los condensadores son: R1-R2-100 ohm; R3-100 kohm; R24'=1, 6 kohm; R25'=10 kohm; C23'=10 mF; C10'=C11'=C2'=C4'=C5'=C7'=100 nF.
Esta etapa de acondicionamiento de corriente en paralelo al acondicionamiento de tension hace que las medidas de ambas senales sean mas similares entre sí en relacion a posibles interferencias de ruido y no-linealidades del dispositivo y del propio acondicionamiento. En este acondicionamiento de corriente se introduce tambien un filtro
paso-alto, para que ambas ramas esten afectadas por el mismo tipo de filtro en frecuencia. Si bien hay que indicar que el circuito de acondicionamiento de la senal de tension tiene una ganancia mas alta que la ganancia del circuito de acondicionamiento de la senal de corriente.
En la Figura 4 se muestra una segunda realizacion preferente posible del acondicionamiento de la senal de tension Vbat medida en terminales 1a-1b de la baterfa 1. En este caso concreto el circuito tiene un filtro paso- bajo 50 deja pasar unicamente la senal con frecuencia inferior a 10 mHz. Los dos transistores MOS 53 y las resistencias R mostradas en esta Figura 4 sirven para hacer una precarga de cinco condensadores C52 conectados en paralelo que componen el filtro paso-bajo 50 (para inicializar el filtro) , donde la resistencia 51 es la resistencia de entrada del filtro. De esta forma, aunque la baterfa 1 tiene oscilaciones en funcion de la corriente, tras pasar la tension instantanea de la baterfa Vbat por el filtro paso-bajo 50 se obtiene el valor de tension promedio Vprom, cuyo valor puede comprobarse a traves de una sonda 60 coaxial. La puerta del transistor MOS 53 esta conectada a una pata de salida digital del microprocesador 7. Mediante esta pata se controla el estado de activacion del MOS.
Este filtro paso-bajo 50 se ajusta al rango de frecuencias que se quiera medir. Este valor de tension promedio Vprom depende de la baterfa 1, entre otros, de su nivel de carga. En el caso de baterfas de vehículos electricos, son típicas tensiones de baterfa de 400V. Por tanto, en ambos nodos (Vbat y Vprom) los valores de tension hacen necesario elegir de forma cuidadosa, tanto el amplificador 21, como el transistor 53.
De esta forma en el amplificador 21 se introduce el valor instantaneo de la tension Vbat en bornes de la baterfa 1 que es comparado con el valor de tension promedio Vprom, obteniendose así la variacion en el tiempo de la tension en la baterfa 1 a la salida del amplificador 21, que es la senal de tension de la baterfa ya acondicionada Vbat_acond para ser introducida en el convertidor analogico-digital CAD 5.
Para obtener la tension promedio se elige el valor de R51=10 kohm y C52= 2mF (en este caso se han utilizado cinco en paralelo, haciendo un total de 10 mF). Por su parte, R10 tiene la funcion de ajuste de la ganancia del amplificador 21. Se elige un valor de R10=100 kohm para obtener una ganancia de 10.
Es decir, mediante una u otra realizacion se elimina la parte de continua de la senal de tension medida en los terminales 1a-1b de la baterfa 1 para tener una medida de tension dentro de un rango determinado. Este rango viene dado por el rango dinamico del convertidor analogico-digital DAC 5. La senal de la corriente continua ocupa mas bits que la de la senal alterna. Al quitar la parte continua de la senal de tension se aprovecha todo el rango del convertidor analogico-digital CAD 5 consiguiendo una medida de mejor resolucion.
De esta forma se consigue una senal filtrada en el rango de interes, que varfa con el tiempo, y con una alta resolucion de la medida de tension, lo que permite obtener una buena medida de impedancia.
En la Figura 5 se muestra la fuente de corriente 4 que proporciona el estfmulo de corriente o excitacion a la baterfa 1. Se trata de una fuente de corriente 4 controlada por tension, de manera que si se incrementa la tension se incrementa la corriente y si se reduce la tension en sus bornes de la misma forma se reduce la corriente. De esta forma la fuente de corriente 4 ajusta la senal generada por el microprocesador 7 o DSP para demandar un estfmulo de corriente determinado a la baterfa.
Esta etapa de ajuste de la senal generada por el microprocesador 7 en el estfmulo de corriente demandado a la baterfa 1 incluye un transistor nMOS 44 que modula este estfmulo de corriente y que se controla mediante la tension de su fuente Vs (punto 44s). El transistor nMOS 44 se abre o se cierra segun la tension. Entre fuente 44s y puerta 44g la resistencia Rs es conocida, por lo que aplicando la Ley de Ohm se puede conocer el estfmulo de corriente Ibat, eis que se le demanda a la baterfa: Ibat, eis=Is=Vs/Rs; este estfmulo de corriente Ibat, eis que se demanda a la baterfa 1 deberfa ser practicamente igual a la senal de corriente medida Ibat por el amperfmetro 3, salvo por distorsiones entre la generacion y la medida.
Como control del transistor 44 se tiene un amplificador operacional 41 en modo fuente de corriente 4 controlada por tension, ya que su lazo de realimentacion es la cafda de tension entre puerta 44g-fuente 44s. De esta forma se persigue que la tension de la fuente Vs siga al estfmulo de corriente bajo condiciones de realimentacion negativa y que el amplificador operacional 41 funcione en su zona lineal; es decir, que la tension Vs siga a la tension en la entrada positiva del amplificador operacional 41.
Por otra parte, para evitar que el transistor nMOS 44 tenga que disipar toda la potencia (que serfa VbaHbat, eis) demandada para el estfmulo de corriente, se inserta una resistencia R42 de 10 ohm en el drenador (punto 44d) del transistor 44. La resistencia R43 de 1 ohm conectada entre la fuente del transistor y tierra permite sensar el valor de corriente, ajustando la salida del amplificador 41 al valor necesario para que la corriente siga a la consigna (salida del CDA 6).
En la Figura 6 se muestra de forma esquematica el acondicionamiento de la senal de tension medida en la baterfa de la primera realizacion mostrada en la Figura 2. La senal de tension medida Vbat se pasa por un filtro
paso-alto formado por un condensador C23 de 10 mF y una resistencia R24 de 1, 6 kohm conectada a tierra; este filtro paso-alto deja pasar la alta frecuencia: rechaza la corriente continua y deja pasar la senal a partir de una frecuencia, en este ejemplo concreto a partir de 10 mHz. El amplificador 21 actua como seguidor de tension (para lo cual utiliza una tension de referencia Vref) , obteniendose una tension a la salida Vbat_acond, que esta dentro del rango dinamico del convertidor analogico-digital CAD 5.
En la Figura 7 se muestra un esquema del circuito del amperfmetro 3, que esencialmente esta formado por una resistencia R32 con valor conocido de muy baja tolerancia, por ej., 0.1% (o muy alta precision) y un amplificador 31 operacional, para amplificar la cafda de tension en la resistencia R32; esta cafda de tension logicamente es igual al valor de la resistencia R32 por la corriente Ibat procedente de la baterfa. Esta senal de tension a la salida 3a del amplificador 31 pasa por el convertidor analogico-digital 5 para transformar la senal a digital antes de su entrada al microprocesador 7. Como se puede ver en la Figura 1 este amperfmetro 3 esta conectado ffsicamente al terminal 1b de la baterfa; el otro terminal 1a de la baterfa 1 esta conectado a la fuente de corriente 4 que esta dispuesta en serie con el amperfmetro de forma que la corriente que sale de la baterfa 1 pasa por la resistencia R32=10 mohm interna del amperfmetro para una adecuada medida de la impedancia. Se escoge R32=10 mohm puesto que por ella pasa la corriente demandada a la baterfa, para evitar grandes perdidas de energfa y excesiva disipacion termica, y por ello tiene un valor muy reducido. La tension medida tambien lo sera, por lo que es necesaria la amplificacion dada por el amplificador 31.
En el dispositivo de la invencion se contempla demandar una corriente de aproximadamente 0, 1 A para una baterfa de 8Ah y transitorios de 80 mA de amplitud. Si se aumenta esta corriente se recalcularfan las resistencias del drenador del transistor nMOS 44 (Fig. 5).
Las dos medidas acondicionadas de tension y corriente Vbat_acond, Ibat_acond concentran la informacion para la medida de la impedancia Z, que se obtiene calculando su cociente (complejo) , una vez estas medidas de tension y corriente han sido digitalizadas en el convertidor analogico-digital CAD 5 y pasadas al dominio de la frecuencia, V (f) , I (f) , en el microprocesador 7 o DPS, mediante una transformada directa de Fourier (FFT). Esta impedancia Z (f) =V (f) /I (f) permite el estudio o diagnosis del elemento de almacenamiento de energfa (baterfa) , de por ej., un vehículo. Esta impedancia Z puede ser representada graficamente mediante un diagrama de Bode o de Nyquist, puede servir de base a un del algoritmo de diagnosis de la baterfa.
El dispositivo de la invencion ademas comprende una salida de datos, como por ej., a traves de un USB 8, del microprocesador, para su analisis.
Desde un punto de vista de electronica, el dispositivo de la invencion ha sido integrado todo en una unica placa de procesamiento de la senal analogica y digital que se sirve de dos subplacas: una con el acondicionamiento de la senal de entrada analogica (modulo entrada analogica, IA) y otra con el acondicionamiento de la salida analogica (modulo salida analogica, OA). Estas placas se conectan a la baterfa 1. Esto permite:
- Flexibilidad de diseno y adaptacion a las variaciones de las baterfas, ya que los modulos IA/OA se pueden modificar adaptandose al tipo de baterfa que se desee analizar.
- Mayor seguridad de operacion al rechazar los niveles de tension de la baterfa por encima del nivel de entrada del convertidor analogico-digital, entregando unicamente los valores transitorios de tension adaptados al rango de entrada de los circuitos de conversion analogico-digital, evitando la posibilidad de fallos.
- Mayor facilidad y menor coste de reemplazo en caso de averfa, al ser las partes mas susceptibles de fallo incluidas en subplacas que son facilmente remplazables.
- Autonomfa del equipo que le permite estar integrado en el DUT sin necesidad de fuente de alimentacion (se puede alimentar directamente del DUT)
Por otra parte, la invencion no esta limitada a las realizaciones concretas que se han descrito sino abarca tambien, por ejemplo, las variantes que pueden ser realizadas por el experto medio en la materia (por ejemplo, en cuanto a la eleccion de materiales, dimensiones, componentes, configuracion, etc.) , dentro de lo que se desprende de las reivindicaciones.
1. Dispositivo de medida de impedancia (100) de un elemento de almacenamiento energetico (1) , caracterizado por que comprende:
- medios de generacion de un estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia con un contenido espectral dado;
- medios de transformacion de dicho estfmulo de corriente i (f) en el dominio de la frecuencia a una senal de corriente en el dominio del tiempo;
- medios para ajustar esta senal de corriente en el dominio del tiempo a un nivel de carga del elemento de almacenamiento energetico (1) y para excitar el elemento de almacenamiento energetico (1) con esta senal de corriente ajustada en el dominio del tiempo;
- medios para medir (3, 4) unas senales de tension y corriente, Vbat, Ibat en el dominio del tiempo del elemento de almacenamiento energetico (1) y para acondicionar dichas senales medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond a un rango dinamico de unos medios de conversion analogico a digital (5) ;
- medios de conversion analogico a digital (5) para convertir dichas senales de tension y de corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond, en una senales de tension V (t) y corriente I (t) digitalizadas; y, - medios de procesamiento y control (7) configurados para:
- analizar la energfa de dichas senales en el dominio de la frecuencia de tension V (f) y corriente I (f) digitalizadas en torno a la frecuencia de estfmulo; y
- calcular un vector de impedancia Z (f).
2. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que los medios para acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond comprenden un filtro paso-alto (C23, R24) aplicable a la senal de tension Vbat medida.
3. Dispositivo segun la reivindicacion 2, en el que los medios para acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond ademas comprenden al menos una etapa amplificadora (21a, 21b) para amplificar la componente alterna de la senal de tension no bloqueada por el filtro paso-alto (C23, R24).
4. Dispositivo segun cualquier de las reivindicaciones 2-3, en el que los medios para acondicionar dichas
senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond comprenden un filtro paso-alto (C23', R24') aplicable a la senal de corriente Ibat medida.
5. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en el que la frecuencia de corte de dichos filtros paso-alto (C23, R24; C23', R24') dependen del espectro de frecuencia del estfmulo de corriente i (f).
6. Dispositivo segun cualquiera la reivindicacion 5, en el que dicha frecuencia de corte esta entre 10 mHz y 2 kHz.
7. Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 2-6, que comprende:
- un divisor de tension (R1, R2, R3; R1', R2', R3') conectado entre la senal de tension Vbat medida y el filtro paso-alto (C23, R24; C23', R24') ;
- dos resistencias en serie (R4, R5; R4', R5') conectadas a una entrada negativa de un primer amplificador (21a; 21a') , así como una resistencia (R6; R6') de realimentacion conectada entre salida y entrada negativa del primer amplificador (21a; 21a') , estando una entrada positiva del primer amplificador (21a; 21a') puesta a tierra;
- dos resistencias en serie (R7, R8; R7', R8') conectadas entre la salida del primer amplificador (21a; 21a') y una entrada negativa de un segundo amplificador (21b; 21b') , así como una resistencia (R9; R9') de realimentacion conectada entre salida y entrada negativa del segundo amplificador (21b; 21b') ; y estando conectado a una entrada positiva del segundo amplificador (21b; 21b') un divisor de tension formado por dos resistencias (R25, R25') y dos condensadores (C2, C7; C2', c7').
8. Dispositivo segun la reivindicacion 7, en el que los valores de las resistencias son R1=R2=1 kohm, R3=100 kohm, R24=1, 6 kohm, R25=10 kohm y los valores de los condensadores son C23=10 mF, C10=C11=C2=C4=C5=C7=100 nF.
9. Dispositivo segun la reivindicacion 7, en el que los valores de las resistencias son R1-R2-100 ohm, R3-100 kohm, R24'=1, 6 kohm, R25'=10 kohm y los valores de los condensadores son C23'=10 mF, C10'=C11'=C2'=C4'=C5'=C7'=100nF.
10. Dispositivo segun la reivindicacion 1, en el que los medios para acondicionar dichas senales de tension y corriente medidas a unas senales de tension y corriente acondicionadas, Vbat_acond, Ibat_acond comprenden un filtro paso-bajo (R51, C52) aplicable a la senal de tension Vbat medida y un comparador (21).
