FUENTE DE ENERGÍA ELÉCTRICA HÍBRIDA.

Fuente de energía eléctrica híbrida (100) para el suministro de corriente a una carga (130) conectada a una salida (150) de la fuente de alimentación,

comprendiendo la fuente de alimentación: una primera (110) y una segunda (120) fuentes de energía eléctrica configuradas para suministrar corriente a la salida (150), en el que la primera fuente de energía (110) es una pila de combustible y la segunda fuente de energía (120) es una batería; un regulador de tensión (140) acoplado eléctricamente entre la salida y la primera o segunda fuentes de energía eléctrica; un controlador (160) configurado para recibir una señal indicativa de la corriente que se está consumiendo en la salida (150) y para comparar la corriente de salida con un nivel de corriente de referencia, caracterizada porque: el regulador de tensión (140) está configurado para regular la tensión suministrada a la salida mediante la regulación de la tensión suministrada por una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica; el controlador (160) está configurado para utilizar el regulador de tensión para ajustar la tensión suministrada por una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica de tal manera que: cuando la corriente de salida es menor que el nivel de corriente de referencia, el regulador de tensión ajusta la tensión suministrada a la salida a un primer nivel de tal manera que la pila de combustible, como la primera fuente de energía, suministra corriente igual a la corriente de salida; y cuando la corriente de salida excede del nivel de corriente de referencia, el regulador de tensión ajusta la tensión suministrada a la salida a un segundo nivel mayor que el primero, de manera que la pila de combustible, como la primera fuente de energía, suministra corriente igual al nivel de corriente de referencia y la batería, como la segunda fuente de energía, suministra la corriente restante requerida por la carga

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E07380063.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA CHICAGO, IL 60606-1596 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: GARCIA SUAREZ,OSCAR, Oliver-Ramirez,Jesus Angel, Bataller-Planes,Elena.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 6 de Marzo de 2007.

Clasificación PCT:

  • B60L11/18 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B60 VEHICULOS EN GENERAL.B60L PROPULSION DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE (disposición o montaje de conjuntos de propulsión eléctrica o de varios motores principales diferentes para una propulsión recíproca o común sobre los vehículos B60K 1/00, B60K 6/20; disposición o montaje de la transmisión eléctrica en los vehículos B60K 17/12, B60K 17/14; prevención del patinado de las ruedas reduciendo la fuerza motriz en vehículos sobre raíles B61C 15/08; máquinas dinamoeléctricas H02K; control o regulación de motores H02P ); SUMINISTRO DE LA ENERGIA ELECTRICA AL EQUIPO AUXILIAR DE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE; (circuitos eléctricos para el acoplamiento de vehículos B60D 1/64; calefacción eléctrica para vehículos B60H 1/00 ); SISTEMAS DE FRENOS ELECTRODINAMICOS PARA VEHICULOS, EN GENERAL (control o regulación de motores H02P ); SUSPENSION O LEVITACION MAGNETICAS PARA VEHICULOS; CONTROL DE LOS PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO SOBRE LOS VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE SEGURIDAD SOBRE VEHICULOS PROPULSADOS ELECTRICAMENTE. › B60L 11/00 Propulsión eléctrica por fuente de energía suministrada dentro del vehículo (B60L 8/00, B60L 13/00  tiene prioridad; disposiciones o montaje de motores principales consistiendo los motores principales en motores eléctricos y de combustión interna, para una propulsión recíproca o común B60K 6/20). › que utilizan la energía suministrada por pilas primarias, pilas secundarias o pilas de combustibles.
  • H02J7/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA.H02J CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION DE ENERGIA ELECTRICA; SISTEMAS PARA LA ACUMULACION DE ENERGIA ELECTRICA (circuitos de alimentación de energía paralos aparatos de medida de rayos X, rayos gamma, radiaciones corpusculares o de las radiaciones cósmicas G01T 1/175; circuitos de alimentación de energía eléctrica especialmente adaptados para su uso en relojes electrónicos sin partes móviles G04G 19/00; para computadores digitales G06F 1/18; para los tubos de descargar H01J 37/248; circuitos o aparatos para la conversión de la potencia eléctrica, disposiciones para su control o regulación H02M; control de una combinación máquina motriz-generador, control interrelacionado de varios motores H02P; control de energía a alta frecuencia H03L; utilización complementaria de línea o red de energía para transmisión de información H04B). › Circuitos para la carga o despolarización de baterías o para suministrar cargas desde baterías.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2375402_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

La presente invención se refiere a una fuente de energía eléctrica híbrida que comprende dos o más fuentes de energía eléctrica que suministran energía a una carga conectada. En particular, aunque no exclusivamente, la presente invención se refiere a una fuente de energía eléctrica híbrida que comprende una pila de combustible y una batería. Antecedentes de la técnica Los sistemas híbridos convencionales de energía eléctrica pueden comprender dos fuentes de energía eléctrica conectadas en paralelo a una carga, tal como se muestra en la figura 1. Las fuentes de energía eléctrica a menudo tienen diferentes características eléctricas. Por ejemplo, las fuentes de energía eléctrica pueden ser una pila de combustible y una batería. Cuando la pila de combustible y la batería están conectadas en paralelo a la carga, las diferentes características eléctricas de la pila de combustible y la batería resultan en la distribución mal optimizada de la carga. La batería es esencialmente una fuente de tensión constante, excepto en circunstancias en las que se descarga rápidamente. La tensión de la batería también se reducirá cuando la batería se está acercando al estado de descarga. El comportamiento de las pilas de combustible está determinado por su características de corriente-tensión (es decir, la curva de polarización). En general, cuanto mayor es la corriente suministrada por la pila de combustible, menor será la tensión de la corriente que se suministra, y mayor es la potencia de salida. En general, las pilas de combustible son una fuente de tensión más bien débil, y la salida de corriente está limitada por el flujo de combustible. Por lo tanto, la solución habitual es utilizar la batería principalmente para suministrar corriente a la carga, ya que se proporciona a una tensión de salida estable, mientras que las pilas de combustible cumplen un papel secundario en la carga de la batería. Otra fuente de energía híbrida se describe por parte de Jiang et al. en "A Compact Digitally Controlled Fuel Cell/Battery Hybrid Source", IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 53, No. 4, páginas 1094-1104. La fuente de energía híbrida comprende una membrana de intercambio de protones (PEM), una pila de combustible, una batería, un convertidor Buck y un controlador de potencia digital. En este sistema, una batería está conectada directamente a la carga, y la pila de combustible está conectada a la carga a través del convertidor Buck, que regula la tensión suministrada por la pila de combustible mediante la modulación del ancho de pulso. La batería se utiliza para proporcionar corriente adicional cuando la carga está atrayendo grandes corrientes, y se carga mediante la pila de combustible cuando los requerimientos de carga son bajos. El controlador digital de energía controla el convertidor Buck de acuerdo con un algoritmo de control que utiliza valores para el límite de corriente de la pila de combustible (FCCL), el límite de corriente de la batería (BCL), y el límite de tensión de la batería (BVL) para evitar un exceso de corriente o tensión que cause daños, ya sea a la pila de combustible o a la batería. El documento US 6.590.370 se refiere a baterías de carga de iones de litio a partir de una pila de combustible de oxidación directa (por ejemplo, una pila de combustible de metanol directa). Un convertidor CC-CC controla el punto de funcionamiento de la pila de combustible para proporcionar una transferencia eficiente de la energía desde la pila de combustible a la batería. La tensión de salida del convertidor es igual a la tensión de la batería y el convertidor se comporta como una fuente de corriente no regulada, cuya salida carga la batería. Además, la corriente puede ser suministrada a la carga. Ninguno de los documentos descritos anteriormente se ha optimizado para maximizar la duración de la batería. Este problema es particularmente pertinente en las fuentes de energía híbrida que no recargan la batería. Además, una duración prolongada de la batería también es importante cuando la fuente de alimentación se utiliza en un entorno móvil, tal como un vehículo. El documento JP 10-271706 describe una unidad de energía y un vehículo eléctrico en el que si una carga de un motor eléctrico es igual o superior a un valor establecido, entonces la energía es suministrada desde una batería y una pila de combustible. Mientras que si la carga es inferior a un valor establecido, la energía es suministrada por la pila de combustible solamente. El documento DE 10223117 describe también un sistema de energía híbrida que comprende una pila de combustible y un compensador de energía. El documento US 2003/0105562 describe un sistema de control de salida de energía para un vehículo eléctrico que incorpora una pila de combustible híbrida. Sumario de la invención La presente invención proporciona un suministro de energía eléctrica híbrida tal como se establece en la reivindicación 1. También se proporciona un procedimiento para suministrar energía eléctrica desde un sistema de energía eléctrica híbrida tal como se establece en la reivindicación 10. 2 E07380063 04-01-2012   Las realizaciones proporcionan un suministro de energía eléctrica híbrida para el suministro de corriente a una carga conectada en una salida de la fuente de energía, comprendiendo la fuente de energía: una primera y segunda fuentes de energía eléctrica configuradas para suministrar corriente a la salida; un regulador de tensión eléctricamente acoplado a una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica y configurado para regular la tensión suministrada por una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica, y un controlador. El controlador está configurado para recibir una señal indicativa de la corriente que se está produciendo en la salida, para comparar la corriente de salida con un nivel de corriente de referencia, y utilizar el regulador de tensión para regular la tensión suministrada por una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica de tal manera que: cuando la corriente de salida es menor que el nivel de corriente de referencia, la primera fuente de energía suministra corriente igual a la corriente de salida; y cuando la corriente de salida excede el nivel de corriente de referencia, la primera fuente de energía suministra corriente igual al nivel de corriente de referencia y la segunda fuente de energía suministra la corriente restante requerida por la carga. Por lo tanto, una fuente híbrida de energía eléctrica tiene en cuenta que maximiza el uso de una fuente de energía eléctrica y minimiza el uso de otra fuente de energía eléctrica. Esto puede lograrse mediante la identificación de un nivel de corriente de referencia asociado con la primera fuente de energía. Por ejemplo, este nivel de corriente de referencia puede ser la corriente máxima disponible en la primera fuente de energía. Esto puede corresponder al máximo absoluto que se puede obtener a partir de la primera fuente de energía o puede corresponder a un límite impuesto en la primera fuente de energía (por ejemplo, un límite un poco por debajo del máximo obtenible para proteger a la primera fuente de energía). De cualquier manera, la corriente consumida en la salida, por ejemplo, mediante una carga conectada en la salida, se monitoriza y se compara con el nivel de corriente de referencia. Cuando la corriente de salida es menor que el nivel de corriente de referencia, la primera fuente de energía puede ser utilizada para suministrar sustancialmente toda esta corriente, de manera que la segunda fuente de energía puede contribuir de manera sustancialmente nula. Esto se logra mediante el uso del regulador de tensión para regular la tensión suministrada por la primera o segunda fuentes de energía. El ajuste de la tensión suministrada por una fuente de energía en relación con la otra determina las contribuciones relativas de la corriente que harán a la corriente de salida. Si, por otro lado, la corriente de salida excede del nivel de corriente de referencia, la primera fuente de energía se utiliza en toda su extensión mediante el uso del regulador de tensión para ajustar la tensión de tal manera que la primera fuente de energía proporciona la corriente en el nivel de corriente de referencia. El déficit en la corriente consumida por la salida será proporcionada por la segunda fuente de energía. De esta manera, la segunda fuente de energía proporciona una contribución mínima a la corriente consumida por una carga conectada a través de la salida. Opcionalmente, la primera fuente de energía es una pila de combustible y la segunda fuente de energía puede ser una batería. Con esta combinación, la pila de combustible se utiliza en preferencia a la batería. Como resultado, la batería se utiliza sólo de forma mínima y... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Fuente de energía eléctrica híbrida (100) para el suministro de corriente a una carga (130) conectada a una salida (150) de la fuente de alimentación, comprendiendo la fuente de alimentación: una primera (110) y una segunda (120) fuentes de energía eléctrica configuradas para suministrar corriente a la salida (150), en el que la primera fuente de energía (110) es una pila de combustible y la segunda fuente de energía (120) es una batería; un regulador de tensión (140) acoplado eléctricamente entre la salida y la primera o segunda fuentes de energía eléctrica; un controlador (160) configurado para recibir una señal indicativa de la corriente que se está consumiendo en la salida (150) y para comparar la corriente de salida con un nivel de corriente de referencia, caracterizada porque: el regulador de tensión (140) está configurado para regular la tensión suministrada a la salida mediante la regulación de la tensión suministrada por una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica; el controlador (160) está configurado para utilizar el regulador de tensión para ajustar la tensión suministrada por una de la primera o segunda fuentes de energía eléctrica de tal manera que: cuando la corriente de salida es menor que el nivel de corriente de referencia, el regulador de tensión ajusta la tensión suministrada a la salida a un primer nivel de tal manera que la pila de combustible, como la primera fuente de energía, suministra corriente igual a la corriente de salida; y cuando la corriente de salida excede del nivel de corriente de referencia, el regulador de tensión ajusta la tensión suministrada a la salida a un segundo nivel mayor que el primero, de manera que la pila de combustible, como la primera fuente de energía, suministra corriente igual al nivel de corriente de referencia y la batería, como la segunda fuente de energía, suministra la corriente restante requerida por la carga. 2. Aparato según la reivindicación 1, en el que el nivel de corriente de referencia es la corriente máxima disponible en la primera fuente de energía (110). 3. Aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el regulador de tensión (140) está conectado a la primera fuente de energía (110). 4. Aparato según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que el regulador de tensión (140) está conectado a la segunda fuente de energía (120). 5. Aparato eléctrico que comprende: la fuente de energía eléctrica híbrida (100) según cualquier reivindicación anterior, y un monitor de corriente configurado para monitorizar (170) la corriente consumida en la salida y para suministrar la señal indicativa de la corriente de salida al controlador (160). 6. Aparato eléctrico que comprende: la fuente de energía eléctrica híbrida según cualquier reivindicación anterior, y una carga (130) conectada a la salida de la fuente de alimentación eléctrica híbrida (100), en el que la carga consume corriente de la salida. 7. Aparato eléctrico según la reivindicación 6, que también comprende un monitor de corriente (170) configurado para controlar la corriente consumida por la carga (130) y para suministra la señal indicativa de la corriente de salida al controlador (160). 8. Vehículo que comprende la fuente de energía eléctrica híbrida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o el aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7. 9. Vehículo aéreo que comprende la fuente de energía eléctrica híbrida según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 o el aparato según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7. 10. Procedimiento para el suministro de energía eléctrica a partir de un sistema híbrido de energía eléctrica (100) que comprende una primera (110) y una segunda (120) fuentes de energía eléctrica conectadas en paralelo a una carga (130), siendo la primera fuente de energía una pila de combustible y siendo la segunda fuente de energía una batería, y un regulador eléctrico acoplado entre la carga y la primera o la segunda fuente de energía, comprendiendo el procedimiento: determinar la corriente que está siendo consumida por la carga (130); comparar la corriente de carga con un nivel de corriente de referencia; y regular la tensión suministrada a la carga mediante la primera fuente de energía eléctrica (110) o la segunda fuente de energía eléctrica (120) y ajustar así el balance de la corriente de carga suministrada entre la primera y segunda fuentes de energía eléctrica de tal manera que: cuando la corriente de la carga es menor que el nivel de corriente de referencia, la tensión de la carga se ajusta en un primer nivel de manera que la primera fuente de energía suministra sustancialmente toda la corriente a la carga; y cuando la corriente de la 6 E07380063 04-01-2012   carga excede del nivel de corriente de referencia, la tensión de la carga se ajusta en un segundo nivel, mayor que el primero, de manera que la primera fuente de energía (110) suministra una corriente igual al nivel de corriente de referencia y la segunda fuente de energía (120) suministra la corriente restante requerida por la carga. 11. Procedimiento según la reivindicación 10, en el que el nivel de corriente de referencia es la corriente máxima disponible de la primera fuente de energía (110). 12. Vehículo que comprende un sistema híbrido de energía eléctrica y un controlador dispuesto para realizar el procedimiento de las reivindicaciones 10 u 11. 7 E07380063 04-01-2012   8 E07380063 04-01-2012   9 E07380063 04-01-2012   E07380063 04-01-2012   11 E07380063 04-01-2012

 

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