CAMPO DE LA INVENCIÓN

Industria automotriz, específicamente en el la parte del sistema eléctrico.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

El presente circuito provee una solución de baja complejidad a la problemática que se presenta en los automóviles de gasolina cuando a éstos por alguna razón se les sobre- descarga la batería provocando que el automóvil no pueda encender nuevamente. Es común, que por omisión del usuario, algún dispositivo que consume energía como las luces, el estéreo u otro dispositivo se deje en funcionamiento y eventualmente esto descargue la batería por debajo del nivel de carga mínimo necesario para que el automóvil pueda encender nuevamente, es decir, se "sobre-descargue". El circuito de protección de la presente invención, evita que tal situación se lleve a cabo. Dicho circuito monitorea la carga de la batería de tal manera que si ésta se va descargando, al llegar a un nivel de carga mínimo necesario para que el vehículo encienda nuevamente, el circuito desconectará todo aquello que consuma energía para asegurar dicha carga mínima en la batería y así, el vehículo pueda eventualmente volver a encender. El circuito propuesto es de baja complejidad por lo que puede desarrollarse como un artículo accesorio que podría instalarse en cualquier automóvil.

ANTECEDENTES

En la actualidad existen varias opciones para enfrentar la problemática de la descarga total o parcial de la batería en un automóvil. Existen los comunes "cables pasa corriente" los cuales a través de la adecuada conexión de la batería de otro vehículo hacia la batería descargada, se le proporciona a esta última la carga necesaria para encender el vehículo nuevamente. Otra opción es contar con una batería "extra" de emergencia la cual tiene el propósito de suplir a aquella que se encuentra descargada. En la actualidad existen varias patentes registradas como es el caso de Estados Unidos, de las cuales se ofrece un sistema de control que cuando la carga de la batería llega al nivel crítico, automáticamente dicho sistema desconecta parcialmente la carga eléctrica del vehículo, no ocurriendo así con el propio sistema de control. Si bien el consumo de energía de tal sistema de control esta muy por debajo del consumo que pudiese tener el sistema de luces o el estéreo por citar unos ejemplos, al cabo de días o semanas el consumo del circuito de control acabará con la carga mínima que fue almacenada intencionalmente para encender el vehículo nuevamente. Ejemplo de lo anterior son las siguientes patentes: U.S. 5,200,877; U.S. 6,424,511; U.S. 4,493,001; U.S. 5,272,380. Otras patentes hacen referencia al uso de sofisticados microcontroladores que les permite monitorear variables adicionales a la propia carga de la batería. Sin embargo, la complejidad de éstas soluciones crece enormemente haciendo difícil la instalación de éste tipo de sistemas, tal es el caso de las patentes: U.S. 6,646,845; U.S. 5,315,228. Además, este tipo de sistemas propuesto evita que se produzca un accesorio de protección universal que pueda ser utilizado por cualquier vehículo. Otras soluciones sugieren el uso de varios relevadores electromecánicos para cortar el paso de la corriente proveniente de la batería. En esta situación, es conocido que este tipo de dispositivos presentan muy baja impedancia en el devanado que controla al interruptor, lo que ocasiona que la parte que controla el relevador demande mucha corriente, aproximadamente 12OmA. Si la solución propuesta requiere de varios relevadores electromecánicos con estas características, el consumo exclusivo de tales dispositivos puede provocar que la batería se descargue aún sin que otros dispositivos más demandantes de corriente se encuentren encendidos, tal es el caso de U.S. 5,327,068. La patente U.S. 7,166,990 es quizá la más compacta de las antes mencionadas, sin embargo, presenta varias deficiencias. Si bien la carga de la batería se monitorea con el propio voltaje de la misma, (si la carga disminuye también lo hace el voltaje de la batería) esta señal de voltaje de entrada pasa a través de un divisor de voltaje para atenuar dicha señal, esto a través de dos resistencias y posteriormente a un comparador de voltaje. Tal situación conlleva a que la excursión que pudiera tener el voltaje en la batería también se atenúa a través de dicho divisor de tensión. Ejemplo, si el voltaje de la batería disminuye 0.5 V a través del divisor sólo cambiará una fracción de dicho valor dependiendo de los valores de ambas resistencias. Esta reducción de la excursión de la señal hace más sensible al circuito a ruido inducido por el propio motor u otros circuitos auxiliares propios del vehículo. En esta misma patente, para el bloque del comparador de voltaje se sugiere un circuito integrado comercial, el S-808/9 de Seiko Instrument que actúa como detector de voltaje. Este dispositivo posee un voltaje de referencia fijo y su máximo voltaje de operación es de 7V, en dicha patente no se especifica como se le brinda la alimentación requerida a dicho dispositivo. Otro punto importante es el referente al interruptor electromagnético empleado para cortar la carga a la batería, el sugerido en este trabajo, el "Reset Rocker Switch A8G" de OMRON sólo tiene la capacidad para 2OA de corriente. Normalmente cualquier vehículo compacto requiere de mucho mayor corriente para encender el motor, esto es, 50-70 A. Además, dicho interruptor requiere de 185mA en el devanado de control lo cual lo hace un dispositivo de relativamente alto consumo y que eventualmente este sólo dispositivo podría descargar la batería en varios días. Así, el objetivo de la presente invención es superar las desventajas de las propuestas anteriores y proponer una solución de baja complejidad y de bajo consumo de energía que permita el desarrollo de un accesorio que pueda ser instalado fácilmente a cualquier vehículo.

La presente patente a diferencia de las antes mencionadas incorpora un regulador de voltaje, el cual, permite que la excursión del voltaje de la batería sea el mismo que aquel a la entrada del comparador de voltaje y además, que dicho voltaje sea ajustable. Una diferencia notable es que utiliza un sólo transistor NMOS como comparador de voltaje y un sólo relevador electromecánico para cortar la corriente total proveniente de la batería.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Para la explicación de la presente invención se utilizarán los siguientes dibujos, de los cuales: La figura 1 es un diagrama simplificado del concepto propuesto, ahí se incluye la batería del automóvil y las partes esenciales del circuito de protección. La figura 2 Describe de manera eléctrica a detalle el circuito de protección con todos los componentes comerciales.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Como se muestra en la figura 1, la batería del automóvil denotada por 101 se conecta a través de los interruptores en paralelo 105 y 106, al sistema de encendido del motor, 107 y a los bloques que componen el circuito de control 102, 103 y 104. En el principio, 106 debe estar en su estado cerrado, esto permite que el nodo V _A alcance los 12V provenientes de la batería, 102 es un voltaje variable V ₁ que se le resta a aquel en V _A de manera que Vj _n = V _A -V ₁ . El bloque 103 es un filtro pasa bajos cuya constante de tiempo viene dada por el producto τ=RC. Este filtro pasa bajos es necesario ya que cuando el vehículo enciende, por la gran cantidad de corriente que demanda el sistema de encendido del motor, el voltaje en la batería disminuye instantáneamente muy por debajo de cualquier nivel de seguridad, evidentemente en estas circunstancias el circuito de protección no debe pasar a su estado de actividad. En este caso, el filtro pasa bajos hace a Vj _n insensible a cambios abruptos en el voltaje de la batería, V _A - En el caso cuando el motor se encuentra apagado y algún dispositivo demanda una pequeña corriente, el voltaje de la batería a través de los minutos disminuirá por efecto de la descarga eléctrica. Esto es, el voltaje de la batería es proporcional a la cantidad de carga que se almacena en esta última. El proceso de descarga por una pequeña corriente es lento y la caída de voltaje en la batería provocada por dicha corriente es la que debe detectar el circuito de protección. Así, Vi _n sólo debe verse afectado por cambios muy graduales de V _A a través del filtro pasa bajos. El comparador de voltaje 104 es la parte que verifica el voltaje de seguridad de la batería, esto a través de la comparación de Vj _n con un voltaje de referencia V _ref . De esta forma, se garantiza la carga mínima en la batería para encender el vehículo. Ejemplo.- si el voltaje de la batería es V _A =12V y si el voltaje de referencia es V _ref = 4.7V, el comparador se activa puesto que Vi _n >V _ref . De esta forma, el comparador cierra el interruptor 105 y ya que se encuentra cerrado, el interruptor 106 debe ser abierto manualmente para poner en marcha el circuito de protección que será explicado a continuación. Si el motor se apaga y el voltaje de la batería V _A empieza a disminuir lentamente debido a algún dispositivo que consume corriente, Vj _n disminuirá en la misma proporción debido a V ₁ . Ejemplo.- Si el voltaje en la batería V _A ha disminuido de 12V a 11.6V y puesto que V ₁ =TV, el voltaje V _in =V _A -V,=4.6V y debido a que 4.6V< V _ref (V ₁ *= 4.7V), el comparador de voltaje detectará que el voltaje de la batería ha disminuido por debajo del voltaje de seguridad, el cual, es simplemente VA( _m ¡ _n ) ⁼ Vi+V _ref o sea para este ejemplo 11.7V. Eventualmente el comparador pondrá en estado de abierto a 105, esto con la finalidad de proteger a la batería para que no se siga descargando. Si la protección se ha activado, tanto 105 como 106 estarán en estado de abierto y de esta manera se garantiza que no exista ningún consumo de corriente de la batería. Para encender al vehículo, es necesario activar manualmente a 106 y encender el motor, el voltaje de seguridad en la batería, V _A(m i _n ), debe garantizar que esta posee al menos la carga suficiente para encender el vehículo. Ya encendido el motor, se restituyen los valores de voltaje nominales de la batería, 105 se activa y 106 se debe poner manualmente de nuevo en estado de abierto con lo que la protección de la batería se restablece. Otra función del interruptor 106 es que en caso de que el usuario desee deshabilitar el circuito de protección, simplemente es necesario dejar activado a 106 permanentemente y de esta manera se anula toda actividad del circuito de protección. En la figura 2 se muestra el diagrama eléctrico en forma mas detallada del circuito de protección, se puede observar que en este diagrama la batería del automóvil también esta denotada por 101. Dicha batería se conecta al nodo V _A a través del relevador electromecánico 105 y del interruptor manual 106. En este caso el voltaje ajustable Vi de la figura 1 se implementa a través del regulador de voltaje 102 ahora en la figura 2, este es un regulador de voltaje negativo ajustable LM337, con el cual, para establecer el voltaje de salida V ₁ son necesarias las resistencias R2 y Rl. Dependiendo del valor de

Rl, la cual, es una resistencia variable, el voltaje en V ₁ puede tomar un valor entre 0 y 10.5V. A través de cualquier diodo comercial Dl, en este caso el 1N4148, el voltaje en Vi _n es establecido y mediante los valores de R3 y Cl la constante de tiempo de descarga del filtro puede definirse, esto, para cualquier valor considerando τ=»R3 Cl. El comparador de voltaje es implementado mediante un simple transistor NMOS comercial, en este caso el IRF610, 104. Este transistor NMOS posee un voltaje de umbral V _JH entre 2 y 4 V por lo que el voltaje de referencia V _ref interno para este dispositivo estará entre 2 y 12 V. Así, mediante el ajuste de V ₁ se hace que V _A(m in) ⁼ Vi+V _re f se cumpla. En caso de que la batería se descargue y V _A < V _A (min) entonces la condición en el transistor será Vi _n <V _ref y en este caso el transistor dejará de pasar corriente accionando la seguridad, es decir, poniendo al relevador electromecánico 105 en estado de abierto. El hecho de utilizar un simple transistor NMOS es importante ya que dicho dispositivo además de ser simple en su funcionamiento, no depende del riel positivo, es decir de V _A y por lo tanto es robusto a las posibles variaciones del voltaje de la batería. El relevador electromecánico 105 empleado es el 7MO 951 253 A de Bitron, el cual, posee varias características eléctricas importantes que le brindan al circuito propuesto ventajas sobre las patentes antes descritas. Es un relevador normalmente abierto y posee una corriente de control de sólo 85mA y además, puede controlar hasta 7OA en la salida, (En la patente U.S. 7,166,990 el relevador utilizado consume 185mA de corriente de control y solamente soporta 2OA en la salida) esto es, la corriente que va de la batería 101 al sistema de encendido del motor, 107. Finalmente, el interruptor 106 es un simple interruptor de botón on-offde 7OA. Cuando 106 se activa manualmente y se enciende el vehículo, automáticamente el voltaje en V _A se restablece a su valor nominal y por consiguiente también Vi _n a través de Dl, lo cual activará a 105. Así, ya encendido el motor, 106 debe desactivarse manualmente para que se restablezca el circuito de protección.