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BRPI0707412A2 - processo e disposição para alteração do estado de carga e saúde (soc, soh) de um acumulador - Google Patents

processo e disposição para alteração do estado de carga e saúde (soc, soh) de um acumulador Download PDF

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BRPI0707412A2
BRPI0707412A2 BRPI0707412-3A BRPI0707412A BRPI0707412A2 BR PI0707412 A2 BRPI0707412 A2 BR PI0707412A2 BR PI0707412 A BRPI0707412 A BR PI0707412A BR PI0707412 A2 BRPI0707412 A2 BR PI0707412A2
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Martin Wieger
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Martin Wieger
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Abstract

PROCESSO E DISPoSIçAO PARA ALTERAçAO DO ESTADO DE CARGA E SAUDE (SOC, SOH) DE UM ACUMULADOR Um elevado estado de carga produz menor envelhecimento e menor desgaste de um acumulador. Além disso, em acumuladores, sobretudo devido à atuação da força da gravidade sobre os eletrólitos, ocorrem estratificações de ácido, que levam a uma significativa redução do rendimento do acumulador. A presente invenção descreve um processo e uma disposição para alteração do estado de carga e saúde de acumuladores, em que ao menos uma célula (Z) do acumulador (1) de várias células é individualmente ativada por uma corrente (i) elétrica separada, sendo que essa corrente (i) é sobreposta a uma corrente de trabalho (iA), e essa corrente (i) atua sobre essa ao menos uma célula (Z) para carga ou descarga dessa célula (Z)

Description

PROCESSO E DISPOSIÇÃO PARA ALTERAÇÃO DO ESTADO DE CARGA ESAÚDE (SOC, SOH) DE UM ACUMULADOR
A invenção refere-se a um processo para alteração doestado de carga e saúde (SOC - "estate of charg", SOH -"state of health") de acumuladores de múltiplas células,bem como a uma disposição para execução do processo.
Um aperfeiçoamento do estado de carga produz,fundamentalmente, uma elevação das reservas de energia doacumulador. Como efeito secundário, contudo, também émantida a alteração ou o desgaste do acumulador quantomaior for o estado de carga ou quanto menor for o estado decarga. Pois, como se sabe, um estado de carga pequenoconduz a uma sulfatação de difícil retrocesso, sendo queregiões sulfatadas do acumulador se desgastam maisfortemente. Um estado de saúde aperfeiçoado de umacumulador pode, de um lado, ser considerado igualmentecomo efeito secundário de um aperfeiçoamento do estado decarga. De outro lado, contudo, também uma dissolução deassim chamadas estratificações de ácido produz umaperfeiçoamento do estado de saúde.
Como eletrólitos são empregados em acumuladores ácidosfreqüentemente diluídos, p.ex. ácido sulfúrico.Estratificações de eletrólito ou de ácido, sobretudo emdireção horizontal, são geradas em acumuladores, como p.ex.acumuladores de chumbo/ácido, sobretudo pela ação da forçada gravidade sobre os eletrólitos. Elas ocorrem basicamentesempre; baterias novas de fábrica já apresentamestratificações de ácido após o encerramento da produção.Também acumuladores com outras tecnologias para ligação doeletrólito (p.ex. gel ou AGM - "Absorbend Glass Mat") bemcomo execuções de bateria em distintas formas de construçãomecânicas das baterias ou células de bateria são emprincípio afetados, ainda que apenas em escala menor.
A estratificação de ácido é posteriormente reforçadano emprego em sua área de aplicação especialmente porprocessos de descarga sem subseqüente recarga completa dabateria. A ocorrência de estratificações de ácido conduz,primariamente, a uma significativa redução do rendimento doacumulador. Secundariamente, conduz a um desigual desgastee envelhecimento das placas de uma bateria, condicionadopela maior densidade de ácido na região inferior e pelamenor densidade de ácido na região superior das célulasindividuais da bateria. Danos disso decorrentes, como p.ex.corrosão, purgação de lama e sulfatação e, associado aisso, também um mais rápido envelhecimento da bateriaresultam ainda da circunstância de que o ácido em bateriasestá estratifiçado.
Por vários motivos, especialmente porém devido a
- cargas cíclicas,
- recargas não suficientes e
- uma modalidade de montagem mecânica fixa das placasocorrem cada vez mais estratificações de ácido emacumuladores, como acumuladores de chumbo/ácido, sobretudona área de emprego de automóveis (baterias de partida,baterias de rede de bordo) , mas também em baterias noemprego em instalações estacionárias (instalações USV,instalações solares, etc.). Como "recarga não suficiente"deve ser então designada uma operação de carga quando ou emdecorrência de uma tensão de carga insuficiente, um tempode carga demasiado curto ou uma mobilidade demasiadopequena dos íons (p.ex. em função de temperaturas baixas)não há uma recuperação completa do produto de descargaformado (p.ex. sulfato de chumbo com ácido sulfúricodiluído como eletrólito), mas, eventualmente, também quandoa carga não é suficiente para levar o eletrólito, porprocessos químicos que ocorrem (especialmentegaseificação), à misturação íntima e, com isso, eliminaçãoda estratificação de ácido. A operação de mistura íntima doácido por formação de bolhas de gás nas células de umacumulador funciona, como se sabe, de tal maneira que oeletrólito é movido (misturado intimamente) pelo movimentoascendente das distintas bolhas de gás. Devido àconcentração das bolhas de gás na região superior dacélula, são primeiramente movidas as partes do eletrólitosituadas mais acima. Só com o progresso da gaseificação porum período de tempo maior é que também as regiões situadasmais abaixo da célula são intimamente misturadas.
Processos conhecidos para a decomposição daestratificação de ácido se baseiam ou em uma cargaconvencional da bateria ou em um método separadamentegerado para obtenção de um movimento (circulação) doeletrólito.
0 método conhecido da carga convencional se baseia emque regiões de célula maiores ou menores são carregadastemporariamente ou duradouramente com tensões pelorespectivo limite de gaseificação da tecnologia de bateriaempregada. Esse método pode ser encontrado p.ex. na DE 10354 055 Al. Os produtos reacionais (sobretudo bolhas de gás)que aí se formam levam à configuração de perfis de fluxo,que conduz afinal a uma decomposição da estratificação doeletrólito. Esses métodos de carga (processo de correntecontínua, de corrente alternada e de corrente mista) sãobastante conhecidos em distintas configurações do estadoatual da técnica. Especialmente com aplicação emautomóveis, mas também em instalações estacionárias,resulta, contudo, o problema de que em decorrência de umlimite de tensão de carga predeterminado não é possível umcarregamento completo (inclusive decomposição daestratificação). Devem ser considerados como igualmenteconhecidos processos de carga de células individuais, comop.ex. em acumuladores Lil-ON, que p.ex. são aplicados paramonitoramento e limitação da tensão de carga para se evitarsobretensões (risco de explosão).
Além disso, são também conhecidos circuitos paradivisão de corrente ou tensão em baterias ligadas em sériee/ou em paralelo, assim chamados "equalizadores" , p.ex. daUS 6 801 014 B. Esses equalizadores produzem apenas umasimetria da corrente de carga por uma divisão tão uniformequanto possível da corrente de carga ou da tensão de cargapor todas as baterias. A variação do estado de carga dedistintas células definidas ou distintas baterias de umcomposto de bateria é, no entanto, indesejável em circuitosequalizadores, pois é almejada uma compensação por todas ascélulas ou baterias.
Em métodos separadamente gerados para formação de umperfil de fluxo para decomposição da estratificação deeletrólito são conhecidos os seguintes métodos:
- Emprego de eletrodos auxiliares
Pelo emprego de eletrodos adicionais (eletrodosauxiliares) é possível produzir, adicionalmente a reação deeletrodo do acumulador que decorre em geral, uma formaçãode bolhas de gás, como descrito p.ex. na US 20030148170 Alou JP 62-139248 A2. A desvantagem desse método é que deveser empregado um eletrodo adicional nas distintas célulasdo acumulador, que relativamente ã interação dos processoeletroquímicos que têm lugar no acumulador ou deve serprojetado inerte ou configurado de tal maneira que osprocessos eletroquímicos não sejam (negativamente)influenciados.
- Insuflação de gases
Mediante correspondentes aberturas e canais de gás(tubos) são insuflados gases (sobretudo ar ambiente) nascélulas. Os locais de saída do gás se situam então, depreferência, na região inferior das células, como descritona EP 620 605 A2. Com isso, no entanto, também todas asregiões de saída podem ser cobertas, vide p.ex. JP 57-208065 AA. Todos esses métodos têm em comum o fato de que amistura intensiva é produzida por uma circulação doeletrólito provocada pelo gás introduzido. A desvantagemdesses métodos reside em que, com isso, é necessário umdispêndio mecânico adicional e também acrescentada umafonte de erro adicional pelo emprego de bombas de ar(compressores) e mangueiras de ar. Ademais, requercorrespondentes aberturas de ventilação, pelas quais o gásinsuflado pode ser novamente evacuado. Essas aberturasrepresentam pontos potenciais de não estanqueidade dasbaterias. A corrente de ar que escapa retira umidadeadicionalmente da bateria a temperaturas mais altas, o queo aumenta o consumo de água da bateria.
- Emprego de bombas de eletrólitoCom emprego de correspondentes sistemas tubulares,eletrólito é (aspirado) bombeado de regiões com densidadede ácido maior e de novo introduzido na célula em regiõescom menos ácido, ver p.ex. US 20040067410 Al. A operaçãopode também ser executada inversamente. 0 princípiofuncional comum que está por trás disso é a produção de umperfil de fluxo pela produção de um movimento artificial doeletrólito, de preferência associada ao fato de que aabertura de entrada e saída fica disposta a uma certadistância local. Como desvantagens desse método cabeassinalar também novamente o dispêndio mecânico adicional ea suscetibilidade a panes.
Emprego de elementos de agitação mecânicosinteriores
É também conhecido o emprego de elementos de agitaçãomecânicos no interior da bateria, que também conduzem a umredemoinho e, portanto, circulação do eletrólito, ver p.ex.JP 63-055852 AA. Desvantajoso nesse processo é - além dodispêndio mecânico adicional para a instalação do elementode agitação - a suscetibilidade a panes de uma tal unidade.
Emprego de demais dispositivos interiores paramisturação íntima do eletrólito
Além disso, em baterias podem estar previstosdispositivos mecânicos para formação de um perfil de fluxo,que retiram a energia de movimento básica de um movimentoexterior (p.ex. movimento quando do emprego em aplicaçõesmóveis, veículos). Como, no entanto, o movimento natural embaterias em aplicações móveis em geral é, como se sabe,menor, também esses dispositivos adicionais interioresproporcionam apenas um auxílio muito pequeno para aformação de perfis de fluxo especiais.
- Emprego de dispositivos mecânicos exteriores para amisturação intima do eletrólito
Melhor misturação íntima do eletrólito pode seralcançada basicamente também por dispositivos para produçãode um movimento exterior da bateria (p.ex. agitação oubasculamento). O dispêndio para a disponibilização de umainstalação correspondente é de realização difícilespecialmente na área de aplicações móveis (sobretudoautomóveis). Nesse grupo do movimento de eletrólito seinclui também a misturação íntima em decorrência dosmovimentos de marcha naturais quando do emprego da bateriaem aplicações móveis.
Resumindo, se pode constatar que em todos os métodos,em correspondência ao estado atual da técnica, ou odispêndio mecânico é relativamente alto e implica em umaadicional suscetibilidade a panes devido à mecânica, ou autilização do processo é correspondentemente pequena.
Constitui então objetivo da presente invenção alterar,de preferência aperfeiçoar ou manter alto, o estado decarga de um acumulador, e além disso desfazerestratificações de eletrólito que ocorrem ou reduzir osurgimento dessas estratificações desde logo, e assim aomenos reduzir todas as desvantagens conhecidas em conexãocom estados de carga baixos e estratificações deeletrólito.
Esse objetivo é alcançado, de acordo com a invenção,pelo fato de que ao menos uma célula do acumulador devárias células é ativada individualmente por uma correnteelétrica separada, sendo que essa corrente é superposta auma corrente de trabalho do acumulador e essa corrente atuasobre essa ao menos uma célula para efeito de carga oudescarga dessa célula. Isso é alcançado na disposição deacordo com a invenção pelo fato de que em ao menos umacélula do acumulador de várias células é provida umaconexão elétrica separada, que é guiada pra fora doacumulador, pela qual pode ser cunhada a correntesobreposta à corrente de trabalho.
Pelo emprego da invenção pode ser especificamenteinfluenciado, especialmente aumentado ou reduzido, o estadode carga de uma célula individual e, com isso,conseqüentemente, também o estado de carga de todo oacumulador; e estratificações de eletrólito em acumuladorespodem ser desfeitas ou reduzidas ou até mesmo completamenteevitadas, sem que se precise arcar com as desvantagens dosmétodos conhecidos, acima descritos, para a decomposição deestratificações de eletrólito em acumuladores. Consegue-seassim que seja recuperado o rendimento do acumulador semestratificação do ácido e que possa ser evitada aocorrência de danos secundários em conseqüência de baixosestados de carga e de uma estratificação de ácido.Consegue-se assim, no total, aumentar a confiabilidade doacumulador e pode ser prorrogado o ciclo de vida doproduto.
O processo de acordo com a invenção apresenta, porconseguinte, em comparação com os processos segundo oestado atual da técnica, a vantagem essencial de se alteraruma ou várias células definidas de tal maneira que se obtémum estado de carga divergente das células restante e, comisso, o estado de carga do acumulador pode ser aumentado edecompostas estratificações de eletrólito de modo eficientee sem a ocorrência de interações com a rede em que oacumulador é operado. Isso é então especialmente importantequando na área de aplicação da bateria (emprego no local deaplicação) a disponibilidade de uma carga suficiente (cargapor tensão de gaseificação, se possível por um temposuficientemente longo para a misturação íntima) para toda abateria não é de modo algum viável ou apenas muitodificilmente.
0 processo pode então, além disso, ser executadoindependentemente de uma corrente de trabalho (consumidorou corrente de carga) , na medida em que a corrente a seraplicada é simplesmente sobreposta à corrente de trabalhodo acumulador.
De modo especialmente vantajoso, as células doacumulador de várias células são divididas em ao menos duasunidades parciais, consistindo em respectivamente umacélula cada, sendo que ao menos uma unidade parcial éativada com uma corrente elétrica para carga ou descargada(s) célula(s) aí contidas. Assim se pode garantir aorespectivo emprego do acumulador correspondente divisão eativação com uma corrente. 0 mesmo princípio deve então seraplicado também a um acumulador, que seja formado de umcircuito combinado de vários acumuladores parciaisindividuais, interconectados em série ou em paralelo.
A estratificação de eletrólito no acumulador édecomposta por uma circulação do eletrólito gerada namedida em que ao menos uma célula ou as células de umaunidade parcial são ativadas com uma corrente elétrica, queconduz à gaseificação da(s) célula(s).Dependendo do caso de aplicação, pode ser vantajosoativar todas as células ou todas as unidades parciais corauma corrente, ativar distintas células ou unidades parciaiscom distintas correntes elétricas, aplicar as distintascorrentes elétricas com direções ao menos parcialmentedistintas e/ou ativar células ou unidades parciaisalternadamente com uma corrente. Igualmente dependendo docaso de aplicação, as correntes elétricas aplicadas podemconsistir em correntes continuas, alternadas ou mistas.
O processo de acordo com a invenção pode (ao menosdurante certo período de tempo) ser também aplicado mesmoquando não exista um suprimento de corrente externo, namedida em que a energia para a produção da corrente a seraplicada ou das correntes a serem aplicadas é retirada doacumulador. A corrente requerida para a disponibilizaçãodessa energia é então nesse caso a corrente de trabalho.Alternativamente ou adicionalmente, a energia pode tambémser aduzida através de um suprimento externo de tensão.
A presença de conexões elétricas adicionais para umacélula ou unidade parcial pode ser simplesmente aproveitadapara se executar uma monitoração do estado da bateria (SOC,SOH) e/ou um gerenciamento da energia dessas células ouunidades parciais.
A decomposição de estratificações de eletrólito podeser auxiliada na medida em que o acumulador durante aativação de uma célula ou de uma unidade parcial é movidomecanicamente com uma corrente elétrica ou submetido a umacirculação de eletrólito mecânica adicional.
A invenção será descrita a seguir com auxílio dasfiguras 1 e 2 esquemáticas, a título de exemplo e nãorestritivas. Aí mostram:
Fig. 1 - um acumulador com uma subdivisão de acordocom a invenção das células agrupadas em duas unidadesparciais e
Fig. 2 - um esquema de ligação de uma disposição deacordo com a invenção para aperfeiçoamento do estado decarga de uma bateria.
A fig. 1 mostra uma divisão de acordo com a invençãodo acumulador 1 em unidades parciais elétricas TEl, TE2. 0acumulador ou a bateria 1 consiste então, como já há muitoconhecido, de uma caixa de bateria 2, que está subdivididapor paredes divisórias de célula 4 em várias células, aquiseis células Zl - Z6. Em cada célula Zl - Z6 se encontra umconjunto de placas 3, p.ex. placas de chumbo, sendo que osconjuntos de placa 3 estão unidos entre si eletricamentepor dispositivos de ligação de célula 6. A caixa de bateria2 é então cheia com um eletrólito 7, como p.ex. ácidosulfúrico diluído, que envolve as placas dos conjuntos deplacas 3. Da caixa de bateria 2 partem como conexõeselétricas dois pólos 5a e 5b. Pelo acumulador 1 flui umacorrente de trabalho iA, portanto ou uma corrente retiradado acumulador 1 por um consumidor, ou alimentada noacumulador 2 quando da carga. Essa estrutura de uma bateria1 é há muito conhecida, razão por que se dispensa umaabordagem mais detalhada nesse particular.
A totalidade do acumulador 1, no sentido das célulasZl - Zn existentes, é então subdividida em unidadeselétricas parciais TEl - TEn. O número máximo dassubdivisões elétricas possíveis corresponde ao número decélulas do acumulador 1, uma unidade parcial TE abrangeassim ao menos uma célula Z. Por exemplo, uma bateria departida de 12 V pode, em correspondência ao númeroexistente de seis células individuais Zl - Z6, ser divididaem no máximo seis unidades parciais elétricas TEl - TE6. 0número mínimo das divisões é um, como no presente exemplosegundo a fig. 1, em que a bateria 1 está subdivida umavez, sendo portanto formadas duas unidades parciais TEl,TE2 para cada três células Zl - Z3 e Z4 - Z6.
Cada unidade parcial elétrica dividida TEl, TE2 doacumulador 1, p.ex. no dispositivo de ligação de célula 6ligando as unidades parciais TEl e TE2, é provida de umaconexão 8 elétrica separada, que parte do acumulador 1 eque possibilita a aplicação de uma corrente i elétricaseparada à respectiva unidade parcial TEl, TE2 elétrica, ouà(s) respectiva(s) célula(s) Z de uma unidade parcial TEl,TE2. Essa corrente é então sobreposta à corrente detrabalho iA. Os elementos de ligação primários doacumulador, como dispositivo de ligação de célula 6 e pólos5a, 5b, não precisam ser então alterados em sua disposiçãoe função, o que, no entanto, naturalmente também seriaigualmente possível.
Unidades parciais TEl, TE2 elétricas individuais, paratanto definidas, podem ser ativadas por meio de umacorrespondente fonte de corrente ou tensão elétrica com umacorrente elétrica i. A corrente i pode então ser umacorrente contínua, alternada ou mista. Nas unidadesparciais TEl e/ou TE2 definidas, ativadas com a corrente i,são assim provocados processos eletroquímicos, que decorremexclusivamente nessa unidade parcial TEl e/ou TE2 definidae que não influenciam ou alteram de modo digno de nota asunidades parciais restantes, não ativadas, no momento daativação das unidades parciais TEl e/ou TE2 definidas. Aativação pode então se dar de maneira distinta, a saber:
- de tal maneira que é definida apenas uma unidadeparcial TEl ou TE2 elétrica, que é provida de um fluxo decorrente i,
- de tal maneira que são definidas todas as unidadesparciais TEl, TE2 elétricas e providas de um fluxo decorrente i,
de tal maneira que unidades parciais TEl, TE2elétricas definidas são ativadas com fluxos de correnteindividuais, distintos. As direções das correntes i podem,em unidades parciais TEl, TE2 elétricas definidas,distintas, também divergir basicamente entre si, podendoportanto p.ex. uma célula Zl ser carregada, enquanto queuma outra célula Z6 é simultaneamente descarregada,
- de tal maneira que unidades parciais TEl, TE2elétricas, definidas, são ativadas alternadamente com umacorrente i,
- de tal maneira que apenas uma ou várias (todas)unidades parciais TEl, TE2 são utilizadas para fins demedição, portanto provisoriamente ou permanentementeativadas sem fluxo de corrente i, ou
de tal maneira que o fluxo de corrente i(independentemente da direção de fluxo) é sobreposto a umacorrente de trabalho aplicada por um dispositivo externo(consumidor ou fonte de carga) e reforçado ou bloqueado emsua ação.
0 processo acima descrito visa portanto, em uma ouvárias células definidas Zl - Z6 em relação às outrascélulas do acumulador 1, em função da aplicação de fluxosde corrente i (carga ou descarga) produzir distintosestados de carga, portanto uma reação singular de unidadesparciais TEl, TE2 ou células individuais. Torna-se assimpossível carregar, sobrecarregar ou mesmo descarregarcélulas Z individuais ou grupos de células (unidadesparciais TEl, TE2) , independentemente do estadoeletroquímico de todo o acumulador 1.
As conexões 8 elétricas podem também, contudo, serempregadas para se prever apenas uma observação(monitoração) das unidades parciais TEl, TE2 ou célulasindividuais Zl - Z6 (p.ex. para monitoração da tensão),cujos resultados estão em correlação direta com a reaçãosingular de unidades parciais TEl, TE2 ou célulasindividuais Z1 - Z6 (p.ex. determinada do estado de carga,curva do estado de carga, curva de carga ou descarga,etc.). Ademais, o processo de acordo com a invençãoproporciona também a possibilidade de se utilizaravaliações das correntes de carga e descarga e das tensõesdetectadas em forma de um gerenciamento de energia no planode uma ou várias células individuais definidas ou unidadeparcial (gerenciamento de células individuais).
Sendo uma ou várias células definidas (dependendo dadivisão da bateria em unidades parciais TEl, TE2)conduzidas pelo processo descrito com amplas regiões dasuperfície da célula na área da tensão de gaseificação ouem áreas de tensão situadas acima, então resulta - emcomparação com as células restantes - a formação de umagasificação mais ou menos intensamente aplicada dessa(s)célula(s) definida(s). Especialmente resulta então,conseqüentemente, a possibilidade para produção de umareação de gaseificação, que conduz a uma misturação íntimado ácido e, assim, a uma decomposição da estratificação deácido. Devido ao elevado estado de carga assim alcançávelda(s) célula(s) definida(s) se obtém simultaneamente tambémum alto grau de recondução do produto de descarga sulfatode chumbo (PbS04) de estratificações de sulfato de chumboeventualmente presentes nas placas, para o que é igualmentebem apropriado o processo de acordo com a invenção.
0 processo acima descrito deve ser aplicado,convenientemente, também a fins de emprego em que váriasbaterias são utilizadas interconectadas (conectadas emsérie ou em paralelo). Freqüentemente não é admissíveloperar a tensão total da instalação - sobretudopermanentemente - além de um certo limite. Mas éperfeitamente possível operar uma ou várias célulasindividuais definidas ou uma ou várias baterias individuais(todas as células das mesmas são então células definidas)com tensões mais altas (alternadamente e/oupermanentemente).
Isso pode ser auxiliado quer identificando-se ainformação sobre o estado (instalação de tensão, SOC) da oudas células individuais definidas ou - com conhecimento doprocesso básico do respectivo acumulador - gerando-se umprograma de decurso para controle da ativação (de uma ouvárias células individuais) e prever assim a bateria.
Uma disposição para execução do processo acimadescrito está representado, por exemplo, na fig. 2. Adisposição aí representada apresenta uma bateria 1, queestá subdividida por duas conexões 8 elétricas separadas emtrês unidades parciais TEl, TE2, TE3, consistindorespectivamente ao menos em uma célula. Além disso, estáprevista uma unidade de controle 10, que está ligada com asconexões 8 elétricas e através de conexões polares 11também com os dois pólos 5a, 5b da bateria 1. Com isso, aunidade de controle 10 pode ser ativada por umcorrespondente circuito elétrico, cada unidade parcial TEl,TE2, TE3 separadamente ou (parcialmente) combinadas, comuma corrente i, para o que na unidade de controle 10 estáprevista uma correspondente fonte de corrente ou tensão.
Essa corrente i pode ser produzida com emprego de umsuprimento de tensão 9 externo, ligado ã rede (p.ex. umarede de suprimento de 230 V) bem como ligado à rede debordo de um veículo (p.ex. dínamo do automóvel) ouinternamente pelo próprio acumulador 1.
Havendo um suprimento de tensão externo ou ligado àrede de bordo do veículo, o mesmo deve ser empregado depreferência para produção dos fluxos de corrente i na ounas células definidas ou unidades parciais TEl, TE2, TE3para execução do processo de acordo com a invenção paraaperfeiçoamento do estado de carga e saúde (fonte decorrente e tensão).
0 processo de acordo com a invenção pode, no entanto,também ser executado temporariamente ou permanentemente sempresença de um suprimento de tensão externo, dependente darede ou ligado à rede de bordo do veículo. Especialmenteimportante é então o emprego em aplicações móveis. Isso seaplica sobretudo a todas as áreas de emprego deacumuladores no setor de baterias de partida e de rede debordo para automóveis ou outros veículos, mas também aaplicações em que ocorrem cargas assimétricas - em funçãoou da projeção da rede de bordo ou por um envelhecimentodistinto das baterias utilizadas (na prática o casopadrão).
Uma possibilidade para a produção do fluxo de correntede acordo com a invenção para influenciar uma ou váriascélulas individuais, em sistemas sem suprimento de tensãoexterno, reside em que da tensão presente (tensão de redede bordo, tensão operacional do veiculo elétrico, etc.) pormeio de um circuito conversor de tensão apropriado, comop.ex. um circuito conversor de tensão continua com ou semcircuito intermediário de tensão alternada interno ouexterno para multiplicação da tensão ou divisão da tensão,são produzidas aquelas correntes i (correntes de carga oudescarga) , que são necessárias para a ativação da ou dascélulas definidas Z ou unidade ou unidades parciais TE.
Para a produção do fluxo de corrente de acordo com ainvenção para influenciar uma ou várias célulasindividuais, com ou sem suprimento de tensão externo, éigualmente possível empregar circuitos oscilantes, em queestão ligadas a ou as células Z definidas ou unidade ouunidades parciais TE. A função desses circuitos oscilantespode consistir também, por exemplo, em provocar na ou nascélulas definidas Z ou na ou nas unidades parciais TEefeitos de sobreposição (aumentos, enfraquecimentos), queentão em seguida produzem nessas unidades funcionaisativadas (ao lado da carga ou descarga primária) tambémefeitos secundários, como p.ex. evitar processoseletroquimicos indesejados ou alcançar processos desejados(processos de separação ou dissolução, interações desubstâncias químicas do acumulador) ou a consecução deprocessos térmicos (aquecimento).
Como um exemplo concreto para a realização do processode acordo com a invenção se poderia citar uma bateria departida de 12 V para automóveis. 0 circuito para a divisãode tensão pode ser obtido p.ex. com um conversor AC/DC, queé suprido no lado de tensão de entrada da rede de bordo doveículo. No lado de saída, o conversor fornece as correntese tensões requeridas para a manipulação em uma ou váriascélulas definidas ou unidades parciais. Também oprocedimento inverso, a saber a retirada de energia de umaou várias células definidas ou unidade ou unidades parciais(descarga) e alimentação dessa energia na rede de bordo doveículo é possível.
Cabe assinalar como vantagem especial desse método,independentemente de com ou sem suprimento 9 externo, quedessa maneira é provida uma possibilidade técnica para sesuprir uma ou várias células definidas de uma bateria 1 detal maneira com tensões e fluxos de corrente i que nelasresulta uma gaseificação, que pode ser aproveitada paraduradoura decomposição de estratificações do eletrólito 7.Podem ser assim evitadas a priori todas as conseqüências daestratificação do eletrólito 7. Interações com o veículo oua rede de bordo do veículo surgem então apenas quando atensão de ponto morto mais um eventual aumento de tensão emuma célula individual ou em várias células ascende além datensão da rede de bordo (tensão de regulagem) do veículo,como pode ocorrer p.ex. com baterias fortementedescarregadas e/ou com uma operação do veículo no modo desub-carga (gerador da rede de bordo não pode disponibilizaro consumo de energia total de todos os consumidores) outambém quando de um defeito no sistema gerador. Comoconseqüência única em um desses casos, contudo, ocorreapenas o estado em que - quando da execução de processos decarga em uma ou várias células individuais definidas - sóapós compensação da corrente de descarga total, que éretirada da bateria (corrente de descarga) em plenomontante pela unidade de controle 10, pode ser alcançado umfluxo de corrente em uma direção de carga da ou das célulasou unidade ou unidades parciais definidas. Mas nesse casotampouco há uma influência negativa da rede de bordo.Convenientemente, o funcionamento da unidade de controle 10cessará aquém de um certo limite de tensão, nãorepresentando isso uma restrição do processo de acordo coma invenção ou de sua disposição para execução.
Igualmente tampouco significa uma restrição doprocesso de acordo com a invenção ou de sua disposição paraexecução quando o suprimento da unidade de controle 10 paradisponibilização dos fluxos de corrente i é aplicadoexclusivamente da energia do próprio acumulador 1. Do pontode vista prático, todavia, essa variante tende a revestiruma importância secundária.

Claims (29)

1. Processo para alteração do estado de carga e saúde(SOC, SOH) de acumuladores de múltiplas células (1) , em queuma célula (Z) do acumulador (1) de várias células éativada individualmente por uma corrente (i) elétricaseparada, sendo que essa corrente (i) é superposta a umacorrente de trabalho (iA) do acumulador e essa corrente (i)atua sobre essa ao menos uma célula (Z) para efeito decarga dessa célula (Z) , caracterizado pelo fato de que acélula (Z) é ativada com uma corrente (i) elétrica, queconduz à gaseificação da célula (Z).
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1,caracterizado pelo fato de que as células (Z) do acumulador(1) de várias células são divididas em ao menos duasunidades parciais (TEl, TE2), consistindo emrespectivamente uma célula (Z) cada, sendo que ao menos umaunidade parcial (TEl, TE2) é ativada com uma corrente (i)elétrica para carga ou descarga da(s) célula(s) (Z) aícontidas.
3. Processo, de acordo com reivindicação 1 ou 2,caracterizado pelo fato de que o acumulador (1) é formadode um circuito combinado de vários acumuladores parciaisindividuais, interconectados em série ou em paralelo e ascélulas (Z) do acumulador (1) são divididas duas unidadesparciais (TEl, TE2), consistindo respectivamente em aomenos uma célula (Z) do acumulador, e ao menos uma unidadeparcial (TE1, TE2) é ativada com uma corrente (i) elétricapara efeito de carga ou descarga da ou das células (Z) aícontidas.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3,caracterizado pelo fato de que vários acumuladores parciaissão divididos em ao menos duas unidades parciais (TE1,TE2), consistindo em ao menos uma célula (Z) , e ao menosuma unidade parcial (TEl, TE2) é ativada com uma corrente(i) elétrica para efeito de carga ou descarga da ou dascélulas (Z) aí contidas.
5. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 2, 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que aou as células de ao menos uma unidade parcial (TE1, TE2)são ativadas com uma corrente (i) elétrica, que conduz àgaseificação da ou das células (Z).
6. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato deque todas as células (Z) ou todas as unidades parciais (TE)são ativadas com uma corrente (i).
7. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5 ou 6, caracterizado pelo fatode que distintas células (Z) ou unidades parciais (TE) sãoativadas com distintas correntes (i) elétricas.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 7,caracterizado pelo fato de que as distintas correntes (i)elétricas são aplicadas com direções ao menos parcialmentedistintas.
9. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ou 8, caracterizado pelofato de que ao menos duas células (Z) ou ao menos duasunidades parciais (TE) são ativadas alternadamente com umacorrente (i).
10. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 ou 9, caracterizadopelo fato de que as correntes (i) elétricas aplicadasconsistem em correntes contínuas, alternadas ou mistas.
11. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 ou 10,caracterizado pelo fato de que a energia para produção dacorrente (i) a ser aplicada ou das correntes a seremaplicadas é retirada do acumulador (1).
12. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 ou 11,caracterizado pelo fato de que a energia para produção dacorrente (i) a ser aplicada ou das correntes a seremaplicadas é aduzida ao menos temporariamente por umsuprimento de tensão externo.
13. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 ou 12,caracterizado pelo fato de que a corrente ou as correntes(i) a serem aplicadas são produzidas em um circuitooscilante.
14. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 ou 13,caracterizado pelo fato de que adicionalmente à aplicaçãode uma corrente (i) elétrica em distintas células (Z) ouunidades parciais (TE) é realizada uma monitoração doestado de bateria (SOC, SOH) e/ou um gerenciamento deenergia dessas células ou unidades parciais.
15. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 ou-14; caracterizado pelo fato de que o acumulador (1) durantea ativação de uma célula (Z) ou de uma unidade parcial (TE)é movido mecanicamente com uma corrente (i) elétrica.
16. Processo, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13,-14 ou 15, caracterizado pelo fato de que o acumulador (1)durante a ativação de uma célula (Z) ou de uma unidadeparcial (TE) com uma corrente (i) elétrica é submetido auma adicional circulação mecânica de eletrólito ouproduzida eletromagneticamente.
17. Disposição para execução de um processo paraalteração do estado de carga e saúde (SOC, SOH) deacumuladores de múltiplas células (1) , caracterizada pelofato de que em ao menos uma célula (Z) do acumulador (1) devárias células é prevista uma conexão (8) elétricaseparada, que é conduzida para fora do acumulador (1) eatravés da qual a célula (Z) é ativável com uma corrente(i) elétrica separada, sobreposta a uma corrente detrabalho (iA) , e essa corrente (i) atua sobre essa ao menosuma célula (Z) para carga dessa célula (Z) para produção degaseificação da célula (Z).
18. Disposição, de acordo com a reivindicação 17,caracterizada pelo fato de que o acumulador (1) de váriascélulas é dividido em ao menos duas unidades parciais (TE1,TE2) , consistindo em respectivamente ao menos uma célula(Z) do acumulador (1) , e em uma dessas unidades parciais(TEl, TE2) está prevista uma conexão elétrica separada, queé conduzida para fora do acumulador (1) e pela qual éativável a unidade parcial (TEl, TE2) com uma corrente (i)elétrica separada para carga ou descarga.
19. Disposição, de acordo com a reivindicação 17 ou-18, caracterizada pelo fato de que vários acumuladoresparciais individuais são interligados em série ou emparalelo para um acumulador (I)7 e o acumulador (1) édividido em ao menos duas unidades parciais (TE1, TE2),consistindo em respectivamente ao menos uma célula (Z) doacumulador (1), e em uma dessas unidades parciais (TE1,TE2) está prevista uma conexão elétrica separada, que éguiada para fora do acumulador (1) e pela qual a unidadeparcial (TE1, TE2) é ativável com uma corrente (i) elétricaseparada para carga ou descarga.
20. Disposição, de acordo com a reivindicação 19,caracterizada pelo fato de que vários acumuladores parciaissão divididos em ao menos duas unidades parciais (TE1,TE2) , consistindo em ao menos uma célula (Z) , e em umadessas unidades parciais (TEl, TE2) é prevista uma conexãoelétrica separada, que é guiada para fora do acumulador (1)e pela qual a unidade parcial (TEl, TE2) é ativável com umacorrente (i) elétrica separada para carga ou descarga.
21. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17, 18, 19 ou 20, caracterizada pelo fato deque em cada célula (Z) ou cada unidade parcial (TE1, TE2) éprevista uma conexão elétrica separada, que é guiada parafora do acumulador (1) e pela qual cada célula (Z)individual ou cada unidade parcial (TE1, TE2) individual éativável com uma corrente (i) elétrica separada para cargaou descarga.
22. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17, 18, 19, 20 ou 21, caracterizada pelofato de que é previsto um circuito oscilante, no qual estãoligadas as células (Z) ou unidades parciais (TE1, TE2) aserem ativadas.
23. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17, 18, 19, 20, 21 ou 22, caracterizada pelofato de que está prevista uma unidade de controle (10) paraprodução da corrente (i) elétrica a ser aplicada, que estáligada com a conexão (8) elétrica separada ou as conexõeselétricas separadas.
24. Disposição, de acordo com a reivindicação 23,caracterizada pelo fato de que a unidade de controle (10)está ligada com os dois pólos (5a, 5b) do acumulador (1).
25. Disposição, de acordo com a reivindicação 23 ou-24, caracterizada pelo fato de que a unidade de controle(10) retira do acumulador (1) a energia para produção dacorrente (i) elétrica a ser aplicada ou das correnteselétricas a serem aplicadas.
26. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 23, 24 ou 25, caracterizada pelo fato de quena unidade de controle (10) está prevista uma conexão paraum suprimento de tensão externo.
27. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25 ou 26,caracterizada pelo fato de que está prevista uma unidade demonitoração e/ou de gerenciamento de energia.
28. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 ou-27, caracterizada pelo fato de que está previsto umdispositivo para movimentação mecânica do acumulador (1)durante a ativação de uma célula (Z) ou de uma unidadeparcial (TE) com uma corrente (i) elétrica.
29. Disposição, de acordo com qualquer uma dasreivindicações 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27ou 28, caracterizada pelo fato de que no acumulador (1) ouem um acumulador parcial está previsto um dispositivo decirculação para circulação mecânica ou eletromagneticamenteprovocada do eletrólito durante a ativação de uma célula(Z) ou de uma unidade parcial (TE) com uma corrente (i)elétrica.
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