Batería de tracción con fiabilidad elevada.

Batería, en particular batería de tracción, con al menos dos módulos de baterías (1,

2) conectados en serie, quecomprenden, respectivamente, un primer polo de módulo de batería (1a, 2a), un segundo polo de módulo de batería(1b, 2b) y al menos un circuito en serie y/o circuito en paralelo de celdas de baterías (1c, 2c) conectados en medio,en la que una primera conexión (3) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) está conectada con un primerpolo de baterías (4) y una segunda conexión (5) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) está conectadocon un segundo polo de batería (6),

en la que al menos un módulo de batería de los al menos dos módulos de baterías (1, 2) conectados en serie es unprimer módulo de batería (1), que presenta al menos una instalación de separación (1d) y una instalación depuenteo (1e), en la que la al menos una instalación de separación (1d) proporciona, con una activacióncorrespondiente, una interrupción de la conexión del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas debaterías (1c) con el primer polo de módulo de batería (1a) y/o el segundo polo de módulo de batería (1b) y/o unainterrupción del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (1c), y en la que a través de lainstalación de puenteo (1d), que está conectada entre el primer polo de módulo de batería (1a) y el segundo polo demódulos de baterías (1b), con una activación correspondiente, se cortocircuita el primer polo de módulo de batería(1a) y el segundo polo de módulo de batería (1b), y/o

al menos un módulo de batería de los al menos dos módulos de baterías (1, 2) conectados en serie es un segundomódulo de batería (2), que presenta al menos una instalación de carga y separación (2d) y una instalación depuenteo (2e), en la que la al menos una instalación de carga y separación (2d) realiza, con una activacióncorrespondiente, una interrupción de la conexión del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas debaterías (2c) con el primer polo de módulo de batería (2a) y/o con el segundo polo de módulo de batería (2b) y/o unainterrupción del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (2c) y se limitan las corrientes decarga o bien de compensación que aparecen durante la conexión adicional del módulo de batería (2) o bien de labatería con el módulo de batería (2), y en la que a través de la instalación de puenteo (2e), que está conectada entreel primer polo de módulo de batería (2a) y el segundo polo de módulo de batería (2b), con una activacióncorrespondiente, se cortocircuitan el primer polo de módulo de batería (2a) y el segundo polo de módulo de batería(2b).caracterizada porque la batería solamente comprende dos módulos de baterías (2) o la batería solamentecomprende primeros módulos de baterías (1) y una instalación de carga (7), que está conectada entre la primeraconexión (3) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) y el primer polo de baterías (4), y/o que estáconectado entre la segunda conexión (5) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) y el segundo polo debaterías (6), o la batería comprende n módulos de baterías (1, 2), estando previstos 2 segundos módulos de baterías(2) y n-2 primeros módulos de baterías (1).

Batería de tracción con fiabilidad elevada

Estado de la técnica

La presente invención se refiere a una batería, en particular una batería de tracción, de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 de la patente.

Se considera que en el futuro tanto en aplicaciones estacionarias (por ejemplo, en instalaciones de energía eólica) como también en vehículos (por ejemplo en vehículos híbridos y eléctricos) se emplearán cada vez más nuevos sistemas de baterías, a los que se plantean requerimientos muy altos con respecto a la fiabilidad. Una base para estos requerimientos altos es que un fallo de la batería puede conducir a un fallo de todo el sistema (por ejemplo, en un vehículo eléctrico, un fallo de la batería de tracción conduce, por decirlo así, a “quedarse tirado” o incluso puede conducir a un problema relevante para la seguridad (en las instalaciones de energía eólica se emplean, por ejemplo, baterías para proteger la instalación, en el caso de viento fuerte, a través de una regulación de las palas del rotor contra estados de funcionamiento inadmisibles) .

El diagrama de principio de un sistema de batería de acuerdo con el estado actual de la técnica se representa en la figura 9. Para conseguir los datos de potencia y energía requeridos con el sistema de batería, se conectan celdas de baterías individuales en serie y en parte adicionalmente en paralelo. Además de las células de baterías, el sistema de batería presenta todavía una llamada instalación de carga y de separación, que se indica en la figura 9 sin limitación de la generalidad entre el polo positivo de la batería y las celdas de la batería. Con el conmutador de separación TS se puede conectar y desconectar, respectivamente, la batería en un polo. Como unidad funcional opcional se representa en la figura 9 todavía otra instalación de separación, con la que la batería – si se requiere a través de un segundo conmutador de separación – se puede desconectar en dos polos. En la instalación de carga y de separación se encuentra todavía un llamado conmutador de carga, con el que se puede conectar una resistencia de carga entre las celdas de la batería y los sistemas conectados externos, para limitar las corrientes de compensación durante la conexión de la batería. En un proceso de conexión de este tipo se cierra en la instalación de carga y de separación, cuando el conmutador de separación está abierto, en primer lugar el conmutador de carga y adicionalmente se cierra – si está presente – el conmutador de separación en la instalación de separación opcional en el polo negativo del sistema de batería. A través de la resistencia de carga se cargan entonces las capacidades de entrada de los sistemas conectados externamente. Si la tensión entre el polo positivo y el polo negativo del sistema de batería solamente se desvía en una medida no esencial de la tensión de suma de las celdas de la batería, se termia el proceso de carga a través del cierre del conmutador de separación en la instalación de carga y de separación. El sistema de batería está conectado entonces con baja impedancia en los sistemas externos y se puede accionar con sus datos de potencia específicos. Con el modo de proceder descrito se pueden limitar las corrientes de compensación, que aparecen durante el proceso de conexión del sistema de batería entre los sistemas externos y el sistema de batería, a valores admisibles.

Se conoce a partir el documento D1 una batería con un circuito de corriente de supervisión de la batería, que comprende varios módulos de supervisión de la batería, que supervisan la función de las funciones eléctricas esenciales. Cada módulo de supervisión de la batería supervisa un número determinado de baterías y el cable de la corriente entre estas baterías, con lo que se pueden reconocer problemas, antes de que aparezca un defecto. Los datos entre el módulo de supervisión principal y los módulos de supervisión de la batería son transmitidos codificados a través de un bus de comunicaciones en serie.

La fiabilidad del sistema de batería se caracteriza por tasas de fallos o bien tasas de errores. La tasa de fallos describe el número de fallos previsibles por término medio en un periodo de tiempo considerado. La tasa de fallos de una batería con un circuito en serie de celdas individuales se puede calcular de la siguiente manera:

Tasa de fallos Batería de tracción = 1 - (1-tasa de fallosCelda) Número de celdas (1)

Para la batería de tracción de un vehículo eléctrico con un circuito en serie de 100 celdas y con una tasa de fallos en el periodo de tiempo considerado de 100ppm / celda resulta de esta manera, por ejemplo:

Tasa de fallos Batería de tracción = 1 - (1 - 100ppm) 100

= 9, 95 % (2)

En el caso de tasas de fallos muy reducidas de las celdas individuales de la batería (por ejemplo, tasa de fallosCelda = 1 % en el periodo de tiempo considerado) , la tasa de fallos se puede calcular de una manera aproximada de la siguiente manera (interrupción del desarrollo de las series de potencia de la serie binómico después del primer miembro) :

Tasa de fallos Batería de tracción " Número de celdas * Tasa de fallosCelda (3)

Por lo tanto, la tasa de fallos de la batería de tracción considerada es casi 100 veces mayor que la tasa de fallos de una celda individual. La tasa de fallos de las celdas individuales debe ser, por lo tanto – con valores requeridos para la tasa de fallos del sistema de batería – menos aproximadamente en el factor 100. Si se requiere para un sistema de batería con 100 celdas conectadas en serie en el periodo de tiempo considerado una tasa de fallos de 100ppm, las celdas deben presentar en este periodo de tiempo una tasa de fallos de 1ppm. Esto representa un requerimiento extremadamente difícil de cumplir.

El cometido de la invención es elevar la fiabilidad de sistemas de baterías frente al estado actual de la técnica. En este caso, el fallo de una celda o bien también de varias celdas de un módulo de batería no debe conducir al fallo completo del sistema de baterías. El sistema de baterías debe poder estar disponible entonces con capacidad de potencia limitada.

Publicación de la invención La batería de acuerdo con la invención con las características de la reivindicación 1 de la patente presenta, en cambio, la ventaja de que el sistema de batería se amplía frente al estado actual de la técnica internamente con unidades funcionales adicionales. En este caso se trata de

• Instalaciones de separación y/o

• Instalaciones de carga y de separación y/o

• Instalaciones de puenteo

que se describen en detalle a continuación. Sobre la base de estas unidades funcionales se han constituido de acuerdo con la invención módulos de baterías, que se pueden puentear en el caso de fallo de una o de varias celdas. Si el sistema general está constituido por varios módulos de baterías de este tipo – de acuerdo con los requerimientos y la forma de realización del sistema de batería – se pueden puentear uno o varios módulos de baterías, en el caso de que en el módulo de batería hayan fallado una o varias celdas. El sistema de batería presenta entonces, en efecto, una capacidad de potencia limitada en sus terminales frente al funcionamiento regular, pero con un diseño adecuado del sistema de batería se puede evitar un fallo del sistema o bien un estado crítico para la seguridad del sistema. Además, se reconoce el fallo de las celdas o bien del módulo y se pueden iniciar medidas de reparación. De esta manera se eleva la fiabilidad del sistema de baterías.

Las reivindicaciones dependientes muestran desarrollos preferidos de la invención.

De manera especialmente preferida, la batería de acuerdo con la invención comprende una instalación de carga, que está conectada entre la primera conexión del circuito en serie de módulos de batería y el primer polo de la batería y/o que está conectada entre la segunda conexión del circuito en serie de módulos de batería y el segundo polo de la batería, de manera que la batería solamente comprende primeros módulos de batería. En este caso, se garantiza una limitación de las corrientes de compensación en la red de a bordo de tracción en el caso de un fallo de módulos discrecionales de la batería, siendo previstos exclusivamente primeros módulos de la batería constituidos sencillos.

La batería de acuerdo con la invención comprende de manera alternativa con preferencia solamente segundos módulos de baterías. En este caso, se garantiza una limitación de las corrientes de compensación en la red de a bordo de tracción también... [Seguir leyendo]

1. Batería, en particular batería de tracción, con al menos dos módulos de baterías (1, 2) conectados en serie, que comprenden, respectivamente, un primer polo de módulo de batería (1a, 2a) , un segundo polo de módulo de batería (1b, 2b) y al menos un circuito en serie y/o circuito en paralelo de celdas de baterías (1c, 2c) conectados en medio, en la que una primera conexión (3) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) está conectada con un primer polo de baterías (4) y una segunda conexión (5) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) está conectado con un segundo polo de batería (6) ,

en la que al menos un módulo de batería de los al menos dos módulos de baterías (1, 2) conectados en serie es un primer módulo de batería (1) , que presenta al menos una instalación de separación (1d) y una instalación de puenteo (1e) , en la que la al menos una instalación de separación (1d) proporciona, con una activación correspondiente, una interrupción de la conexión del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (1c) con el primer polo de módulo de batería (1a) y/o el segundo polo de módulo de batería (1b) y/o una interrupción del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (1c) , y en la que a través de la instalación de puenteo (1d) , que está conectada entre el primer polo de módulo de batería (1a) y el segundo polo de módulos de baterías (1b) , con una activación correspondiente, se cortocircuita el primer polo de módulo de batería (1a) y el segundo polo de módulo de batería (1b) , y/o al menos un módulo de batería de los al menos dos módulos de baterías (1, 2) conectados en serie es un segundo módulo de batería (2) , que presenta al menos una instalación de carga y separación (2d) y una instalación de puenteo (2e) , en la que la al menos una instalación de carga y separación (2d) realiza, con una activación correspondiente, una interrupción de la conexión del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (2c) con el primer polo de módulo de batería (2a) y/o con el segundo polo de módulo de batería (2b) y/o una interrupción del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (2c) y se limitan las corrientes de carga o bien de compensación que aparecen durante la conexión adicional del módulo de batería (2) o bien de la batería con el módulo de batería (2) , y en la que a través de la instalación de puenteo (2e) , que está conectada entre el primer polo de módulo de batería (2a) y el segundo polo de módulo de batería (2b) , con una activación correspondiente, se cortocircuitan el primer polo de módulo de batería (2a) y el segundo polo de módulo de batería (2b) .

caracterizada porque la batería solamente comprende dos módulos de baterías (2) o la batería solamente comprende primeros módulos de baterías (1) y una instalación de carga (7) , que está conectada entre la primera conexión (3) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) y el primer polo de baterías (4) , y/o que está conectado entre la segunda conexión (5) del circuito en serie de módulos de baterías (1, 2) y el segundo polo de baterías (6) , o la batería comprende n módulos de baterías (1, 2) , estando previstos 2 segundos módulos de baterías (2) y n-2 primeros módulos de baterías (1) .

2. Batería de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque la instalación de puenteo (1e, 2e) está configurada de tal forma que puede realizar un cortocircuito del primer polo de módulo de batería (1a, 2a) y de segundo polo de módulo de batería (1b, 2b) cuando se lleva a cabo una interrupción de la conexión del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (1c, 2c) con el primer polo de módulo de batería (1a, 2a) y/o una interrupción de la conexión del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (1c, 2c) con el segundo polo de módulo de batería (1b, 2b) y/o una interrupción del circuito en serie y/o del circuito en paralelo de celdas de baterías (1c, 2c) .