Acumulador eléctrico de energía.

Acumulador eléctrico de energía con electrodos (2) de contacto por lo menos para la toma de una tensióneléctrica útil,

con una pluralidad de células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía, que están conectadas con loselectrodos (2) de contacto a través de una unidad (6) realizadora de contactos común intercalando una unidad (10)de control para influenciar por lo menos un proceso de descarga de las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras deenergía individuales, habiéndose integrado en cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía por lo menosuna memoria (7') de datos susceptible de ser leída y ser escrita así como una unidad (10) de control,

habiéndose integrado en cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía una unidad, que detectadinámicamente el estado de carga actual de las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de carga y que comprende unmicrocontrolador (14) así como un sensor (8) medidor de tensión de células y elabora dinámicamente informacionesdel estado de carga de la célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de carga y las transmite a la memoria (7'), susceptiblede ser leída y ser escrita, para elaborar y almacenar un historial de estados de carga,

estando mutuamente conectadas las unidades (10) de control de todas las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras deenergía a través de la unidad (6) realizadora de contactos y formando una red (N), a través de la cual se puedenintercambiar informaciones entre las distintas unidades (10) de control con objeto de influenciar por lo menos elproceso de descarga, y disponiendo cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía de contactos (5) eléctricos,que pueden conectarse de manera desconectable con la unidad (6) realizadora de contactos,

caracterizado por que la unidad (6) realizadora de contactos presenta elementos de conmutación excitablesactivamente por las unidades (10) de control, los cuales posibilitan a las distintas células acumuladoras de energía laconexión o la desconexión para por lo menos el proceso de descarga.

Acumulador eléctrico de energía Dominio técnico La invención se refiere a un acumulador eléctrico de energía con electrodos de contacto para por lo menos tomar una tensión eléctrica útil de una pluralidad de células acumuladoras de energía, que están conectadas con los electrodos de contacto por medio de una unidad realizadora de contactos común, intercalándose una unidad de control para influenciar por lo menos un proceso de descarga de las distintas células de energía.

Estado actual de la técnica En el campo de la locomoción de automóviles eléctricos para el transporte individual, los acumuladores eléctricos de energía modulares ocupan un papel central, sobre todo porque contribuyen esencialmente a la comercialización de automóviles eléctricos.

Los acumuladores eléctricos de energía, llamados baterías secundarias, para automóviles eléctricos se componen típicamente, de un combinado permanentemente cableado de células de energía individuales, que se instalan en el interior de una carcasa para la toma de tensión eléctrica útil así como también para la recarga con un sistema de gestión de baterías y preferiblemente con una refrigeración adicional. Todos los componentes están permanentemente construidos unos con otros y representan un llamado juego de baterías unitario completo.

Sistemas de acumuladores de energía de este tipo instalados permanentemente en un vehículo automóvil requieren varias horas para recargarse, por ejemplo, en caso de una descarga completa, por lo que la aceptación de este tipo de vehículos eléctricos se diferencia considerablemente de los vehículos automóviles convencionales de motores de combustión interna, sobre todo porque un proceso de reaprovisionamiento de combustible típico requiere pocos minutos. Si se ha de alterar esto en beneficio del automóvil eléctrico, es indispensable, a medio plazo, una reducción considerable del proceso de carga o alternativamente un intercambio rápido del acumulador de energía.

Actualmente existen propuestas para configurar modularmente el acumulador de energía para automóviles eléctricos e intercambiarlo en caso de necesidad, es decir, en caso de descarga del acumulador de energía, por un acumulador de energía recién cargado en una estación de recambio. Semejante proceso de intercambio precisa aproximadamente el mismo tiempo que el empleado en el reaprovisionamiento de combustible de un vehículo automóvil propulsado convencionalmente, un concepto de aprovisionamiento de energía de ese tipo, basado en el intercambio de acumuladores de energía realizados modularmente, requiere, sin embargo, acumuladores de energía estandarizados para automóviles eléctricos. La diversidad de productos esperable en el mercado del automóvil eléctrico en aumento continuo no satisfará, sin embargo, dicho requerimiento según las expectativas, sobre todo justamente un papel clave tecnológico se acerca a la tecnología de acumuladores de energía, que es comparable con la que vale actualmente para los motores de combustión interna. Según las expectativas, la bondad y la calidad de los futuros automóviles eléctricos no se determinarán, sin embargo, en primera línea por el accionamiento del motor eléctrico, sino responsablemente por la tecnología de los acumuladores de energía. Puede partirse por ello de que los sistemas de acumuladores de energía de diversos fabricantes serán diferentes en cuanto a calidad, rendimiento y eficiencia. Si se impusiese el concepto descrito anteriormente del recambio de acumuladores de energía configurados modularmente debido a las ventajas de tiempo, entonces la consecuencia sería según las consideraciones actuales una reserva previa de módulos de acumuladores de energía cargados de diferentes fabricantes en las estaciones de recambio. Sin embargo, esto requeriría una logística difícilmente realizable y financiable.

Los acumuladores eléctricos de energía existentes actualmente en el mercado se componen de una pluralidad de células de energía individuales, por ejemplo, en forma de células de iones de litio y/o de polímeros de litio, que están mutuamente conectadas en serie o en paralelo por medio de una unidad realizadora de contactos común para aumentar la capacidad de rendimiento, de manera que se pueda tomar en los electrodos de contacto del acumulador de energía una tensión eléctrica útil de un orden de magnitud de unos 100 V y una corriente nominal de un orden de magnitud de unos 100 A. Se sabe que pueden presentarse circunstancias indeseadas durante la carga y la descarga cuando una célula acumuladora de energía o algunas células acumuladoras de energía muestra o muestran, respectivamente, propiedades esenciales en el combinado eléctrico con respecto a todas las restantes células acumuladoras de energía, que se desvían considerablemente de las otras células acumuladoras de energía. Si, por ejemplo, la tensión de carga sobrepasa en una célula acumuladora de energía anormal un límite de tensión máximo prefijado, entonces un estado de sobretensión semejante puede dañar la célula y acortar considerablemente la duración de la célula así como de otras células del combinado eléctrico. Por esta razón, los modernos sistemas eléctricos de acumuladores de energía prevén una unidad de control supervisora de las distintas células

acumuladoras de energía, designada también como sistema de gestión de baterías, que supervisa el proceso de descarga así como también el proceso de carga de las distintas células acumuladoras de energía.

A partir del documento DE 10 2007 038 352 A1, se desprende un juego de acumuladores o bien de baterías del género expuesto, que comprende una pluralidad de células acumuladoras de energía unidas eléctricamente entre sí, a las que se asocia individualmente a cada una un circuito de supervisión para controlar el funcionamiento de las respectivas células acumuladoras de energía y para facilitar, en función de ello, informaciones sobre las células, por ejemplo, en forma tensión de célula, temperatura de célula, resistencia interior de las células y/o humedad en el interior de la célula. Esas informaciones se transfieren por medio de una disposición de acoplamiento a un circuito evaluador de señales. Según la forma de realización, puede separase el circuito evaluador de señales del juego de acumuladores o bien de baterías o integrarlo en el mismo.

Del documento DE 44 08 740 C1, se puede deducir una disposición de circuito para supervisar una batería multicelular, como se utiliza, por ejemplo, para el desarrollo de baterías, para optimizar su duración o para la sencilla consulta a distancia del estado cualitativo de grandes instalaciones de baterías, por ejemplo, en el marco de grupos electrógenos de emergencia, tal como resulta del documento precedentemente citado DE 37 02 591 A. La conocida disposición de circuitos prevé una pluralidad de células de batería conectadas en serie, de las que cada célula de batería individual está conectada mediante líneas de medición con un circuito evaluador. Cada uno de los circuitos evaluadores está conectado con un abastecimiento de corriente exterior para su funcionamiento por medio de un órgano de acoplamiento. Cada circuito evaluador está conectado además con una unidad exterior de control y de mando por medio de órganos de acoplamiento adicionales.

A partir del documento WO 2010/007681 A1, se conoce un sistema acumulador de baterías con distintas células acumuladoras de energía eléctricas, que disponen respectivamente de una unidad acumuladora, una medición del estado de carga y de una unidad de control. Todas las células acumuladoras de energía están conectadas en serie con una unidad de gestión de baterías, por medio de la cual se puede consultar el estado de carga total del conjunto.

A partir del documento US 2008/0274400 A1, resulta un conjunto de células de batería, que comprende células acumuladoras de energía individuales construidas inteligentemente, que están conectadas mediante líneas de conexión con un nudo de comunicaciones común, que está conectado, a su vez, con una unidad de control.

Representación de la invención Se le plantea a la invención la misión de perfeccionar un acumulador eléctrico de energía con electrodos de contacto para por lo menos la toma de una tensión eléctrica útil, con una pluralidad de células acumuladoras de energía, que están conectadas con los electrodos de contacto por medio de una unidad común realizadora de contacto intercalándose una unidad de control para influenciar por lo menos un proceso de descarga de las distintas células acumuladoras de energía; habiéndose integrado en cada célula acumuladora de energía por lo menos una memoria de datos, susceptible... [Seguir leyendo]

1. Acumulador eléctrico de energía con electrodos (2) de contacto por lo menos para la toma de una tensión eléctrica útil, con una pluralidad de células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía, que están conectadas con los electrodos (2) de contacto a través de una unidad (6) realizadora de contactos común intercalando una unidad (10) de control para influenciar por lo menos un proceso de descarga de las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía individuales, habiéndose integrado en cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía por lo menos una memoria (7’) de datos susceptible de ser leída y ser escrita así como una unidad (10) de control,

habiéndose integrado en cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía una unidad, que detecta dinámicamente el estado de carga actual de las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de carga y que comprende un microcontrolador (14) así como un sensor (8) medidor de tensión de células y elabora dinámicamente informaciones del estado de carga de la célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de carga y las transmite a la memoria (7’) , susceptible de ser leída y ser escrita, para elaborar y almacenar un historial de estados de carga,

estando mutuamente conectadas las unidades (10) de control de todas las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía a través de la unidad (6) realizadora de contactos y formando una red (N) , a través de la cual se pueden intercambiar informaciones entre las distintas unidades (10) de control con objeto de influenciar por lo menos el proceso de descarga, y disponiendo cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía de contactos (5) eléctricos, que pueden conectarse de manera desconectable con la unidad (6) realizadora de contactos,

caracterizado por que la unidad (6) realizadora de contactos presenta elementos de conmutación excitables activamente por las unidades (10) de control, los cuales posibilitan a las distintas células acumuladoras de energía la conexión o la desconexión para por lo menos el proceso de descarga.

2. Acumulador de energía según la reivindicación 1, caracterizado por que cada célula (41, 42, 43, 44) acumuladora de energía contiene por lo menos un sensor de temperatura para detectar dinámicamente una temperatura interior de célula de energía y/o un sensor de dilatación para detectar dinámicamente una presión interior de la célula de energía, y por que los valores del sensor, correspondientes a la temperatura interior de una célula de energía detectados dinámicamente y/o de la presión de una célula de energía detectados dinámicamente pueden transmitirse por medio del microcontrolador (14) a la memoria (7’) de datos, susceptible de ser leída y ser escrita, para elaborar y almacenar un historial de temperaturas internas y/o un historial de presiones internas.

3. Acumulador de energía eléctrico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la unidad (10) de control comprende por lo menos los siguientes componentes:

a) una unidad (12, 12’) de evaluación para las informaciones que pueden leerse en la memoria (7’) de datos de las distintas células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía en cuanto al estado de carga actual y/o la temperatura interior así como respecto de los historiales del estado de la temperatura, presión interior y/o temperatura interior, y

b) una unidad (13) de mando, un llamado ecualizador, que influencia por lo menos el proceso de descarga de las distintas células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía en función de criterios específicos para las células (41, 42, 43, 44) acumuladoras de energía proporcionados por la unidad (12, 12’) de evaluación.

4. Acumulador de energía según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que la interfaz (9) separable y los contactos eléctricos de conexión se han diseñado y realizado en cada célula acumuladora de energía como contactos de conexión unitarios y/o por que los electrodos (2) de contacto y la interfaz (3) de la carcasa (1) se han diseñado y realizado como contactos de conexión integrados.