Batería de módulos de células en serie y vehículo equipado con la misma.

Batería que comprende un paquete de una pluralidad de módulos,

que contienen cada uno una multiplicidad de células (10) recargables en serie, comprendiendo además la batería medios de medición (25, 26, 27) de la tensión de al menos una célula (10) y/o de la temperatura de al menos un módulo,

caracterizada por que comprende:

- unos medios de cálculo, a partir de la tensión y/o temperatura medida por los medios de medición (25, 26, 27) y de una característica registrada de corriente de descarga y/o de regeneración de la batería, de un límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper-de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete,

- un medio de transmisión hacia el exterior de la información de límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete.

Batería de módulos de células en serie y vehículo equipado con la misma.

La invención se refiere a una batería que comprende células recargables en serie.

Un campo de aplicación de la invención son las baterías de potencia, tales como por ejemplo las que sirven como fuente de energía para accionar una cadena de tracción en los vehículos eléctricos. Este tipo de batería a bordo de un vehículo eléctrico presenta por ejemplo células de tecnología de litio -metal -polímero.

Evidentemente, la batería puede presentar otras aplicaciones, por ejemplo para alimentar aparatos fijos.

Las células de la batería pueden cargarse conectando las mismas a un cargador adaptado.

El aparato consumidor de energía, alimentado por la batería, puede recargar, dado el caso, las células, tal como por ejemplo en el caso de un vehículo eléctrico en situación de frenado, en la que se proporciona una corriente eléctrica de regeneración desde la cadena de tracción a la batería.

El documento US-A-5.773.962 se refiere a una batería que presenta una curva característica de descarga en función del estado de carga, y una curva característica de aceptación de carga en regeneración en función del estado de carga, y anuncia hacia el exterior al usuario un aviso de nivel bajo de la batería, cuando la corriente de descarga supera la curva de descarga.

El documento US-A-5.204.611 se refiere a un cargador para una batería. 25 El documento US-2005/077878 se refiere a una batería según el preámbulo de la reivindicación 1.

El documento US-A-2006/028183 se refiere a una caja que contiene varias baterías y un sensor de temperatura para controlar un ventilador. 30 La utilización de la batería por un aparato consumidor requiere controlar las fases de regeneración y de descarga.

En efecto, durante el funcionamiento de la batería, una sobrecarga o una regeneración excesiva conllevan una oxidación de los productos que componen el electrodo positivo y el electrolito de la batería. Esta oxidación conlleva 35 una alteración de la batería, que se traduce concretamente en un aumento rápido de la resistencia interna. Una sobrecarga intensa y prolongada puede tener como consecuencia la destrucción de la batería.

Una descarga excesiva conlleva una reacción electroquímica parásita en el interior del material activo del electrodo positivo, que tiene como consecuencia una bajada rápida e irremediable de la capacidad de la batería. Esta reacción 40 también tiene como consecuencia un aumento de la resistencia interna.

Por tanto, una regeneración y/o una descarga excesiva disminuyen sensiblemente la vida útil de la batería.

Además, una regeneración de la batería a una temperatura demasiado baja favorece sensiblemente la formación de 45 dendritas, lo que también conlleva una disminución de la vida útil de la batería.

Una descarga a una temperatura demasiado baja tendrá como consecuencia una bajada más rápida de la tensión debido a la gran resistencia interna de la batería.

La invención pretende obtener una batería que permita prevenir las descargas excesivas y/o las regeneraciones excesivas durante su utilización por un aparato consumidor, con el fin de preservar la vida útil de la batería.

Para ello, un primer objetivo de la invención es una batería que comprende un paquete de una pluralidad de módulos, que contienen cada uno una multiplicidad de células recargables en serie, comprendiendo además la 55 batería medios de medición de la tensión de al menos una célula y/o de la temperatura de al menos un módulo, caracterizada por que comprende:

- unos medios de cálculo, a partir de la tensión y/o temperatura medida por los medios de medición y de una 60 característica registrada de corriente de descarga y/o de regeneración de la batería, de un límite máximo de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete, -un medio de transmisión hacia el exterior de la información de límite máximo de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete. 65

En un modo de realización de la invención, los módulos están en serie y las características registradas de corriente de los medios de cálculo se refieren a los módulos en serie.

En un modo de realización de la invención: 5

â?¢ la batería comprende:

â?¢ en cada módulo, medios de medición de la tensión de varias células del módulo, y/o

â?¢ medios de medición de la temperatura de varios módulos, y

â?¢ los medios de cálculo comprenden:

â?¢ unos primeros medios de cálculo, de entre las tensiones y/o temperaturas medidas por los medios de 15 medición, de al menos una primera magnitud extrema, seleccionada de entre: -una primera tensión máxima de célula, -una segunda tensión máxima de módulo, -una tercera tensión mínima de célula, -una cuarta tensión mínima de módulo, 25 -una quinta temperatura máxima de módulo, â?¢ unos segundos medios de cálculo, como límite máximo de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete, de al menos uno de entre:

- un valor máximo permitido de corriente de regeneración del paquete en función de la primera y/o segunda tensión máxima, -un valor máximo permitido de corriente de descarga del paquete en función de la tercera y/o cuarta tensión mínima, -un valor máximo admisible de corriente de regeneración del paquete en función de la quinta temperatura máxima de módulo, -un valor máximo admisible de corriente de descarga del paquete en función de la quinta temperatura máxima de módulo.

Según otras características de la invención:

- cada módulo comprende los primeros medios de cálculo, uno de los módulos es maestro, mientras que los otros 45 módulos son esclavos del módulo maestro de manera que le transmiten dicha al menos una primera magnitud extrema por una red de comunicación que conecta los módulos entre sí, estando previstos los segundos medios de cálculo y el medio de transmisión hacia el exterior en el módulo maestro;

- el valor máximo permitido de corriente de regeneración es calculado por los segundos medios de tal manera que:

es igual a un primer valor superior de corriente de regeneración cuando la segunda tensión máxima de módulo es inferior a un primer umbral de tensión de módulo, es igual a un segundo valor intermedio de corriente de regeneración, cuando a la vez la segunda tensión máxima de 55 módulo es superior o igual al primer umbral de tensión de módulo y la primera tensión máxima de célula es inferior a un primer umbral de tensión de célula, es igual a un tercer valor inferior de corriente de regeneración, cuando a la vez la primera tensión máxima de célula es superior o igual al primer umbral de tensión de célula e inferior a un segundo umbral de tensión de célula, y la segunda tensión máxima de módulo es inferior a un segundo umbral de tensión de módulo, es cero, cuando la primera tensión máxima de célula es superior o igual al segundo umbral de tensión de célula o cuando la segunda tensión máxima de módulo es superior o igual al segundo umbral de tensión de módulo, 65 siendo el primer umbral de tensión de célula menor que el segundo umbral de tensión de célula, y siendo el primer umbral de tensión de módulo menor que el segundo umbral de tensión de módulo;

- el valor máximo permitido de corriente de descarga es calculado por los segundos medios de tal manera que: es igual a un primer valor intermedio de corriente de descarga, cuando a la vez la cuarta tensión mínima de módulo es superior o igual a un tercer umbral de tensión de módulo e inferior a un cuarto umbral de tensión de módulo, y la tercera tensión mínima de célula es superior o igual a un tercer umbral de tensión de célula e inferior a un cuarto umbral de tensión de célula, es igual a un segundo valor superior de corriente de descarga, cuando a la vez la tercera tensión mínima de célula es superior al cuarto umbral de tensión de célula y la cuarta tensión mínima de módulo es superior al cuarto umbral de tensión de módulo; de lo contrario es cero;

- el valor máximo admisible de corriente de regeneración es calculado por los segundos medios de tal manera que es igual a un cuarto valor superior de corriente de regeneración, cuando la quinta temperatura máxima de módulo es inferior a un primer umbral de temperatura de módulo, es igual a una función decreciente de la quinta temperatura máxima de módulo, cuando la quinta temperatura máxima de módulo es superior o igual al primer umbral de temperatura de módulo e inferior a un segundo umbral de temperatura de módulo, siendo los valores de esta función inferiores o iguales... [Seguir leyendo]

1. Batería que comprende un paquete de una pluralidad de módulos, que contienen cada uno una multiplicidad de células (10) recargables en serie, comprendiendo además la batería medios de medición (25, 26, 27) de la tensión 5 de al menos una célula (10) y/o de la temperatura de al menos un módulo, caracterizada por que comprende:

- unos medios de cálculo, a partir de la tensión y/o temperatura medida por los medios de medición (25, 26, 27) y de una característica registrada de corriente de descarga y/o de regeneración de la batería, de un límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper-de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete, -un medio de transmisión hacia el exterior de la información de límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper15 de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete.

2. Batería según la reivindicación 1, caracterizada por que los módulos están en serie y las características registradas de corriente de los medios de cálculo se refieren a los módulos en serie.

3. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que â?¢ la batería comprende:

â?¢ en cada módulo, unos medios de medición (25) de la tensión de varias células del módulo, y/o 25

â?¢ unos medios de medición (26, 27) de la temperatura de varios módulos, y

â?¢ los medios de cálculo comprenden: 30 â?¢ unos primeros medios de cálculo, de entre las tensiones y/o temperaturas medidas por los medios de medición, de al menos una primera magnitud extrema, seleccionada de entre: -una primera tensión máxima de célula (VcélMáxPaquete) ,

-una segunda tensión máxima de módulo (VmodMáx) , -una tercera tensión mínima de célula (VcélMínPaquete) , -una cuarta tensión mínima de módulo (VmodMín) , -una quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) , â?¢ unos segundos medios de cálculo, como límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper-de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete, de al menos uno de entre:

-un valor máximo permitido de corriente de regeneración (Iper-reg) del paquete en función de la primera y/o segunda tensión máxima (VcélMáxPaquete, VmodMáx) , -un valor máximo permitido de corriente de descarga (Iper-de) del paquete en función de la tercera 50 y/o cuarta tensión mínima (VcélMínPaquete, VmodMín) , -un valor máximo admisible de corriente de regeneración (Iad-reg) del paquete en función de la quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) , 55 -un valor máximo admisible de corriente de descarga (Iad-de) del paquete en función de la quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) .

4. Batería según la reivindicación 3, caracterizada por que cada módulo (j) comprende los primeros medios de cálculo, uno de los módulos es maestro (1) , mientras que los otros módulos son esclavos del módulo maestro (1) de 60 manera que le transmiten dicha al menos una primera magnitud extrema por una red de comunicación (30) que conecta los módulos (j) entre sí, estando previstos los segundos medios de cálculo y el medio de transmisión hacia el exterior en el módulo maestro (1) .

5. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizada por que el valor máximo permitido de 65 corriente de regeneración (Iper-reg) es calculado por los segundos medios de tal manera que:

- sea igual a un primer valor superior de corriente de regeneración (I3reg) cuando la segunda tensión máxima de módulo (VmodMáx) es inferior a un primer umbral de tensión de módulo (Vmod1) , -sea igual a un segundo valor intermedio de corriente de regeneración (I2reg) , cuando a la vez la segunda tensión máxima de módulo (VmodMáx) es superior o igual al primer umbral de tensión de módulo (Vmod1) y la primera tensión máxima de célula (VcélMáxPaquete) es inferior a un primer umbral de tensión de célula (Vcél1) , -sea igual a un tercer valor inferior de corriente de regeneración (I1reg) , cuando a la vez la primera tensión máxima de célula (VcélMáxPaquete) es superior o igual al primer umbral de tensión de célula (Vcél1) e inferior a un segundo umbral de tensión de célula (Vcél2) , y la segunda tensión máxima de módulo (VmodMáx) es inferior a un segundo umbral de tensión de módulo (Vmod2) , -sea cero, cuando la primera tensión máxima de célula (VcélMáxPaquete) es superior o igual al segundo umbral de tensión de célula (Vcél2) o cuando la segunda tensión máxima de módulo (VmodMáx) es superior o igual al segundo umbral de tensión de módulo (Vmod2) , siendo el primer umbral de tensión de célula (Vcél1) menor que el segundo umbral de tensión de célula (Vcél2) , y siendo el primer umbral de tensión de módulo (Vmod1) menor que el segundo umbral de tensión de módulo (Vmod2) .

6. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizada por que el valor máximo permitido de corriente de descarga (Iper-de) es calculado por los segundos medios de tal manera que:

- sea igual a un primer valor intermedio de corriente de descarga (I1de) , cuando a la vez la cuarta tensión mínima de módulo (VmodMín) es superior o igual a un tercer umbral de tensión de módulo (Vmod3) e inferior a un cuarto umbral de tensión de módulo (Vmod4) , y la tercera tensión mínima de célula (VcélMínPaquete) es superior o igual a un tercer umbral de tensión de célula (Vcél3) e inferior a un cuarto umbral de tensión de célula (Vcél4) , -sea igual a un segundo valor superior de corriente de descarga (I2de) , cuando a la vez la tercera tensión mínima de célula (VcélMínPaquete) es superior al cuarto umbral de tensión de célula (Vcél4) y la cuarta tensión mínima de módulo (VmodMín) es superior al cuarto umbral de tensión de módulo (Vmod4) , -de lo contrario, es cero.

7. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, caracterizada por que el valor máximo admisible de corriente de regeneración (Iad-reg) es calculado por los segundos medios de tal manera que -sea igual a un cuarto valor superior de corriente de regeneración (Imáx-reg) , cuando la quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) es inferior a un primer umbral de temperatura de módulo (T_Imáx) , -sea igual a una función decreciente de la quinta temperatura máxima de módulo, cuando la quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) es superior o igual al primer umbral de temperatura de módulo (T_Imáx) e inferior a un segundo umbral de temperatura de módulo (T3) , siendo los valores de esta función inferiores o iguales al cuarto valor superior de corriente de regeneración (Imáx-reg) y superiores o iguales a un quinto valor inferior de corriente de regeneración (I_Tmáx-reg) , -de lo contrario, es igual al quinto valor inferior de corriente de regeneración (I_Tmáx-reg) , positivo o cero.

8. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizada por que el valor máximo admisible de corriente de descarga (Iad-de) es calculado por los segundos medios de tal manera que -sea igual a un cuarto valor superior de corriente de descarga (Imáx-de) , cuando la quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) es inferior a un primer umbral de temperatura de módulo (T_Imáx) , -sea igual a una función decreciente de la quinta temperatura máxima de módulo, cuando la quinta temperatura máxima de módulo (TMáx) es superior o igual al primer umbral de temperatura de módulo (T_Imáx) e inferior a un segundo umbral de temperatura de módulo (T3) , siendo los valores de esta función inferiores o iguales al cuarto valor superior de corriente de descarga (Imáx-de) y superiores o iguales a un quinto valor inferior de corriente de descarga (I_Tmáx-de) , -de lo contrario, es igual al quinto valor inferior de corriente de descarga (I_Tmáx-de) , positivo o cero.

9. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8, caracterizada por que la función decreciente de la quinta temperatura máxima de módulo es lineal.

10. Batería según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, caracterizada por que los segundos medios están previstos para calcular, para la corriente de descarga y/o para la corriente de degeneración, a la vez un valor máximo permitido (Iper-reg; Iper-de) y un valor máximo admisible (Iad-reg; Iad-de) , siendo el límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper-de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete el mayor de los dos valores máximos permitido y admisible.

11. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende medios de 10 medición (25) de la tensión de cada célula y/o unos medios de medición (26, 27) de la temperatura de cada módulo.

12. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende medios de medición (26, 27) de la temperatura de módulo en al menos dos zonas diferentes del módulo, siendo la temperatura medida del módulo la mayor de las temperaturas (T1, T2) de zonas del módulo.

13. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el medio de transmisión comprende una interfaz (39) con una red de comunicación (40) hacia el exterior.

14. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las células están realizadas 20 mediante ensamblajes de películas delgadas.

15. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las células presentan una temperatura nominal de funcionamiento superior a 20º C.

16. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que las células son del tipo de litio -metal -polímero.

17. Batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que cada módulo comprende además al menos un elemento (33) de calentamiento de sus células a su temperatura nominal de funcionamiento 30 superior a 20º C.

18. Vehículo automóvil, que comprende una cadena de tracción y al menos una batería según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para alimentar al menos temporalmente la cadena de tracción con energía eléctrica, caracterizado por que la cadena de tracción comprende un supervisor (SVE) que presenta unos medios de recepción (40, 41) de la información de límite máximo (Iper-reg, Iad-reg; Iper-de, Iad-de) de corriente de descarga y/o de regeneración del paquete, enviada por el medio de transmisión de la batería.