SISTEMA DE SUMINISTRO DE TENSIÓN ELÉCTRICA RECARGABLE.

Sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende una batería

(1.1) provista de una pluralidad de células (CAx1,, CAx2, ... CAxn) conectadas en serie, una salida de tensión (Vo) destinada a una carga (2), una entrada de tensión (VI) para la recarga, un primer módulo convertidor (3) dispuesto entre la batería (1) y la salida (Vo), sensores (5) de variables físicas de la batería (1) que reflejan su estado de carga, que comprende unos circuitos (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) controlados de by-pass de las células (CAx1,, CAx2, ... CAxn) y un dispositivo de gestión de la batería (6) de los circuitos (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) que recibe señales provenientes de los sensores (5), de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células (CAx1,, CAx2, ... CAxn) obteniéndose una tensión variable (Vint) a la salida de la batería (1) que puede ser adaptada a la salida de tensión (Vo) mediante el primer convertidor (3).

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231266.

Solicitante: UNIVERSITAT ROVIRA I VIRGILI.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: MAIXE ALTES,JAVIER, CID PASTOR,ANGEL, REYNAUD,Jean François, VIDAL IDIARTE,Enric.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > H02J7/00 (Circuitos para la carga o despolarización de baterías o para suministrar cargas desde baterías)
  • SECCION H — ELECTRICIDAD > ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS > PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA... > Celdas secundarias; Su fabricación > H01M10/42 (Métodos o disposiciones para asegurar el funcionamiento o mantenimiento de las celdas secundarias o de las semi-celdas secundarias (H01M 10/60  tiene prioridad))
google+ twitter facebookPin it
SISTEMA DE SUMINISTRO DE TENSIÓN ELÉCTRICA RECARGABLE.

Fragmento de la descripción:

Sistema de suministro de tensión eléctrica recargable.

La presente invención se refiere a un sistema de suministro de tensión eléctrica recargable que optimiza la utilización de energía mediante un equilibrado no resistivo de las células de la batería del sistema.

Antecedentes de la invención Son conocidos los sistemas de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprenden una batería provista de una pluralidad de células conectadas en serie, una salida de tensión destinada a una carga, una entrada de tensión para la recarga, un primer módulo convertidor dispuesto entre la batería y la salida y sensores de variables físicas de la batería que reflejan su estado de carga.

Es el caso de WO201150191, que se considera el estado de la técnica más cercano y en el que se describe un dispositivo de equilibrado de carga de baterías provisto de circuitos de protección contra inversión de polaridad de células de batería.

En WO2011070517 se emplea un equilibrado activo de la redistribución de energía provisto de elementos reactivos, tales como transformadores o inductores, que transfieren la energía entre células. No se plantea la desconexión ni una salida con niveles de tensión escalonados ni el sistema de control de convertidor a partir de señales del dispositivo de gestión de dichos elementos activos.

En IT2009VI0254 (WO2011047741) y WO2011042243, similares a la anterior, se describen dispositivos de equilibrado mediante elementos disipativos.

Sin embargo, en todos estos dispositivos se emplean resistencias dispuestas en paralelo con la célula, con las pérdidas energéticas que ello supone.

Descripción de la invención Para superar el mencionado inconveniente de la técnica, la presente invención propone un sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende:

- una batería provista de una pluralidad de células conectadas en serie;

- una salida de tensión destinada a una carga;

- una entrada de tensión para la recarga;

- un primer módulo convertidor dispuesto entre la batería y la salida;

- sensores de variables físicas de la batería que reflejan su estado de carga;

que se caracteriza por el hecho de que comprende unos circuitos controlados de by-pass de las células y un dispositivo de gestión de la batería de los circuitos que recibe señales provenientes de los sensores, de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células obteniéndose una tensión variable a la salida de la batería que puede ser adaptada a la salida de tensión mediante el primer convertidor.

Preferentemente, el sistema comprende lazos de realimentación y bus de comunicación entre el dispositivo de control y los módulos convertidores, de modo que estos pueden conocer de antemano las variaciones de tensión y adaptar mejor su funcionamiento a las variaciones de la tensión de la batería.

Ventajosamente, el sistema comprende un segundo módulo convertidor dispuesto entre la entrada y la batería obteniéndose una tensión variable a la salida de la batería que puede ser adaptada a la entrada mediante el segundo convertidor.

Según una variante del sistema, cada uno de los circuitos controlados de by-pass de las células comprenden un interruptor de célula controlado, un interruptor de bypass controlado y un diodo dispuestos en paralelo.

Según otra variante, cada uno de los circuitos controlados de by-pass de las células comprenden un interruptor de célula controlado, y un diodo dispuestos en paralelo.

Más ventajosamente, el sistema comprende para cada circuito controlado un circuito driver de accionamiento, que es controlado por el dispositivo de gestión de la batería.

Preferentemente, el sistema comprende para cada circuito controlado un circuito de acondicionamiento de las señales provenientes de los sensores de variables físicas de la batería.

Ventajosamente, las señales provenientes de los sensores de variables físicas de la batería son de Tensión, Corriente y/o Temperatura. Finalmente, se pueden integrar en un único bloque los siguientes componentes:

- la batería;

- los sensores;

- los circuitos controlados;

- el primer y/o el segundo módulo convertidor;

La invención también se refiere a un vehículo provisto de un sistema según cualquiera de las variantes de la invención descritas.

Breve descripción de las figuras Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 representa esquemáticamente un circuito de equilibrado según la invención.

La figura 2 representa una versión simplificada del circuito de equilibrado.

La figura 3 representa la integración de los módulos convertidores y del sistema de equilibrado, con un lazo de realimentación con la carga.

Descripción de realizaciones preferidas En la figura 1 se ilustra una típica arquitectura eléctrica de un vehículo eléctrico. En ella se pueden distinguir los principales módulos:

4: Módulo convertidor AC-DC: este módulo convertidor carga la batería desde la red eléctrica G o cualquier otro tipo de fuente de energía eléctrica, placa fotovoltaica, pila combustible. Habitualmente el convertidor AC-DC funciona como corrector activo del factor de potencia (en inglés Power Factor Corrector, PFC) . Si el convertidor es bidireccional, también puede inyectar energía a la red eléctrica.

3: Módulo convertidor: 1ª Opción: convertidor DC-AC, este módulo se encarga del accionamiento del motor 2;

2ª Opción: convertidor DC-DC, el convertidor garantiza una tensión DC regulada a la entrada del accionamiento del motor. En ambos casos, si el convertidor es bidireccional puede inyectar energía a la batería desde el motor: funcionamiento como frenado regenerativo.

1: Módulo de Almacenamiento de Energía MAE: constituido por la batería o conjunto de baterías, o cualquier tecnología de almacenamiento de energía que precise de equilibrado, tal como supercondensadores. En general, también incluye un módulo de gestión de la batería 6 y un sistema de equilibrado de tipo activo o pasivo, como los descritos en antecedentes, por ejemplo.

Tal como se puede apreciar en la figura 1, la invención se refiere a un sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende:

-una batería 1.1 provista de una pluralidad de células CAx1, CAx2, ... CAxn conectadas en serie;

-una salida de tensión VO destinada a una carga 2;

-una entrada de tensión VI para la recarga;

-un primer módulo convertidor 3 dispuesto entre la batería 1 y la salida VO;

-sensores 5 de variables físicas de la batería 1.1 que reflejan su estado de carga;

Concretamente, tal como se aprecia en la figura 1, el sistema de la invención comprende unos circuitos EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn controlados de by-pass de las células CAx1, CAx2, ... CAxn y un dispositivo de gestión de la batería 6 de los circuitos EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn que recibe señales provenientes de los sensores 5, de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células CAx1, CAx2, ... CAxn obteniéndose una tensión variable Vint a la salida de la batería 1.1 que puede ser adaptada a la salida de tensión VO mediante el primer convertidor 3.

Se destaca que en la presente descripción batería engloba tanto las células que suministran tensión como los circuitos EMU de bypass de las células.

Según una realización especialmente preferida, se prevé un segundo módulo convertidor 4 dispuesto entre la entrada VI y la batería 1.1 obteniéndose...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende:

-una batería (1.1) provista de una pluralidad de células (CAx1, CAx2, ... CAxn) conectadas en serie;

-una salida de tensión (VO) destinada a una carga (2) ;

-una entrada de tensión (VI) para la recarga;

-un primer módulo convertidor (3) dispuesto entre la batería (1.1) y la salida (VO) ;

-sensores (5) de variables físicas de la batería (1.1) que reflejan su estado de carga; caracterizado por el hecho de que comprende unos circuitos (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) controlados de by-pass de las células (CAx1, CAx2, ... CAxn) y un dispositivo de gestión de la batería (6) de los circuitos (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) que recibe señales provenientes de los sensores (5) , de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células (CAx1, CAx2, ... CAxn) obteniéndose una tensión variable (Vint) a la salida de la batería (1.1) que puede ser adaptada a la salida de tensión (VO) mediante el primer convertidor (3) .

2. Sistema según la reivindicación 1, que comprende lazos de realimentación y bus de comunicación entre el dispositivo de gestión de la batería (6) y los módulos convertidores (3, 4) , de modo que estos pueden conocer de antemano las variaciones de (Vint) y adaptar mejor su funcionamiento a las variaciones de la tensión de la batería (1) .

3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un segundo módulo convertidor (4) dispuesto entre la entrada (VI) y la batería (1.1) obteniéndose una tensión variable (Vint) a la salida de la batería (1.1) que puede ser adaptada a la entrada (VI) mediante el segundo convertidor (4) .

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los circuitos (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) controlados de by-pass de las células (CAx1, CAx2, ... CAxn) comprenden un interruptor de célula controlado (SDAx1, SDAx2, ... SDAxn) , un interruptor de bypass controlado (SCAx1, SCAx2, ... SCAxn) y un diodo (DAx1, DAx2, ... DAxn) dispuestos en paralelo.

5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada uno de los circuitos (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) controlados de by-pass de las células (CAx1, CAx2, ... CAxn) comprenden un interruptor de célula controlado (SDAx1, SDAx2, ... SDAxn) , y un diodo (DAx1, DAx2, ... DAxn) dispuestos en paralelo.

6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende para cada circuito (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) controlado un circuito driver de accionamiento (GDUAx1, GDUAx2, ... GDUAxn) , que es controlado por el dispositivo de gestión de la batería (6) .

7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende para cada circuito (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) controlado un circuito de acondicionamiento (AUAx1, AUAx2, ... AUAxn) de las señales provenientes de los sensores (5) de variables físicas de la batería (1.1) .

8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las señales provenientes de los sensores (5) de variables físicas de la batería (1.1) son de Tensión (VCAx1, VCAx2, ... VCAxn) , Corriente (ICAx1, ICAx2, ... ICAxn) y/o Temperatura (TCAx1, TCAx2, ... TCAxn) .

9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se integran en un único bloque (C) los siguientes componentes:

-la batería (1.1) ;

- los sensores (5) ; -los circuitos controlados (EMUAx1, EMUAx2, ... EMUAxn) ; -el primer (3) y/o el segundo (4) módulo convertidor;

10. Vehículo provisto de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

G

VI

Vo

2

IBAT

Vint

C3

C1

C2

Fig. 1 1.1

MAE

Fig. 2

Fig. 3