Procedimiento para la puesta en marcha de un sistema de batería con un circuito intermedio de tensión continua.

Un procedimiento para poner en marcha un sistema de batería con una batería,

un circuito intermedio de tensión continua unido a la batería y un sistema de accionamiento unido al circuito intermedio de tensión continua, en donde la batería comprende una mayoría de módulos de batería (40, 60) conectados en serie, que poseen en cada caso una unidad de acoplamiento (30, 50) y al menos una celda de batería (11) conectada entre una primera entrada (31, 51) y una segunda entrada (32, 52) de la unidad de acoplamiento (30, 50), en donde la mayoría de módulos de batería (40, 60) comprende un primer módulo de batería (40, 60) con una primera cantidad de celdas de batería (11) y al menos un segundo módulo de batería (40, 60) con una segunda cantidad de celdas de batería (11), que es mayor que la primera cantidad de celdas de batería (11), en donde el procedimiento presenta al menos los pasos siguientes:

a) desacoplamiento de las celdas de batería (11) de todos los módulos de batería (40, 60) conectados en serie mediante la emisión de una señal de control correspondiente a las unidades de acoplamiento (30, 50) de los módulos de batería (40, 60) conectados en serie;

b) puenteo en el lado de salida de todos los módulos de batería (40, 60) conectados en serie, de tal modo que una tensión de salida de la batería se hace cero;

c) acoplamiento de las celdas de batería (11) del primer módulo de batería (40, 60) y finalización del puenteo en el lado de salida del primer módulo de batería (40, 60) mediante la finalización de la emisión de la señal de control correspondiente a la unidad de acoplamiento (30, 50) del primer módulo de batería (40, 60);

d) acoplamiento de las celdas de batería (11) de uno de los segundos módulos de batería (40, 60) y finalización del puenteo en el lado de salida de uno de los segundos módulos de batería (40, 60), mediante la finalización de la emisión de la señal de control correspondiente a la unidad de acoplamiento (30, 50) de uno de los segundo módulos de batería (40, 60);

e) al mismo tiempo que el paso d), desacoplamiento de las celdas de batería (11) del primer módulo de batería (40, 60) mediante la emisión de una señal de control correspondiente a la unidad de control (30, 50) del primer módulo de batería (40, 60), y puenteo en el lado de salida del primer módulo de batería (50, 60); y

f) repetición de los pasos c) a e), siempre que se disponga de otro segundo módulo de batería (40, 60), que esté puenteado en el lado de salida.

Procedimiento para la puesta en marcha de un sistema de batería con un circuito intermedio de tensión continua La presente invención se refiere a un procedimiento para la puesta en marcha de un sistema de batería con un circuito intermedio de tensión continua así como a una batería y un sistema de batería con un circuito intermedio de tensión continua, que están configuradas para ejecutar el procedimiento para la puesta en marcha.

Estado de la técnica Cabe destacar que en el futuro se usarán cada vez más sistemas de batería, tanto en el caso de aplicaciones estacionarias como en vehículos como vehículos híbridos y eléctricos. Para poder cumplir los requisitos dados para una aplicación respectiva en cuanto a tensión y potencia que puede ponerse a disposición, se conecta en serie una elevada cantidad de celdas de batería. Debido a que la corriente puesta a disposición por una batería así tiene que fluir por todas las celdas de batería y una batería sólo puede conducir una corriente limitada, a menudo se conectan en paralelo celdas de batería adicionales, para aumentar la corriente máxima. Esto puede suceder ya sea mediante la previsión de varios bobinados de celda dentro de una carcasa de celdas de batería o mediante conexionado externo de celdas de batería.

El esquema de conexiones de principio de un sistema de accionamiento eléctrico habitual, como el que se utiliza por ejemplo en vehículos eléctricos e híbridos o también en aplicaciones estacionarias como en el caso de ajustes de la pala de rotor de instalaciones eólicas, se ha representado en las figura 1. Una batería 110 está conectada a un circuito intermedio de tensión continua, el cual está formado por un condensador 111. Al circuito intermedio de tensión continua está conectado un vibrador pulsatorio 112, que aporta tensiones senoidales con fases mutuamente desplazadas para hacer funcionar un motor de accionamiento 113 eléctrico, a través de en cada caso dos válvulas semiconductoras conmutables y dos diodos en tres salidas. La capacidad del condensador 111, que forma el circuito intermedio de tensión continua, tiene que ser suficientemente grande para estabilizar la tensión en el circuito intermedio de tensión continua, durante un periodo de tiempo en el que se transconecta una de las válvulas semiconductoras conmutables. En una aplicación práctica como un vehículo eléctrico se obtiene una elevada capacidad en un margen de hasta algunos mF.

La figura 2 muestra la batería 110 de la figura 1 en un esquema de conexiones en bloques detallado. Una gran cantidad de celdas de batería está conectada en serie así como opcionalmente, adicionalmente, en paralelo, para alcanzar una tensión de salida y una capacidad de batería deseadas para una aplicación respectiva. Entre el polo positivo de las celdas de batería y un terminal de batería positivo 114 está conectada una instalación de carga y separación 116. Opcionalmente puede conectarse adicionalmente una instalación de separación 117, entre el polo negativo de las celdas de batería y un terminal de batería negativo 115. La instalación de separación y carga 116 y la instalación de separación 117 comprenden en cada caso una protección 118, respectivamente 119, que están previstas para separar las celdas de batería de los terminales de batería, para conectar los terminales de batería sin tensión. A causa de la elevada tensión continua de las celdas de batería conectadas en serie se produce en caso contrario un considerable potencial de riesgo para personal de mantenimiento, etc. En la instalación de carga y separación 116 está prevista adicionalmente una protección de carga 120 con una resistencia de carga 121 conectada en serie respecto a la protección de carga 120. La resistencia de carga 121 limita una corriente de carga para el condensador 111, si la batería se conecta al circuito intermedio de tensión continua. Para esto en primer lugar se deja abierta la protección 118 y sólo se cierra la protección de carga 120. Si la tensión en el terminal de batería positivo 114 la tensión de las celdas de batería, puede cerrarse la protección 119 y dado el caso abrirse la protección de carga 120.

La protección de carga 120 y la resistencia de carga 121 representan en las aplicaciones, que presenten una potencia en un margen de algunas decenas de kW, una complejidad adicional significativa que sólo se necesita para el proceso de carga del circuito intermedio de tensión continua, que sólo dura algunas centenas de milisegundos. Los citados componentes no sólo son caros, sino también grandes y pesados, lo que es perturbador en especial para su uso en aplicaciones móviles como vehículos eléctricos.

De los documentos EP 2 061 116 A1, US 6, 140, 799 y US 2008/0054870 A1 se conocen sistemas de batería, que se componen de varios módulos de batería y hacen posible un ajuste de la tensión indicada.

Manifiesto de la invención Conforme a la invención se implanta por lo tanto un procedimiento para poner en marcha un sistema de batería con una batería, un circuito intermedio de tensión continua unido a la batería y un sistema de accionamiento unido al circuito intermedio de tensión continua. La batería comprende una mayoría de módulos de batería conectados en serie, que poseen en cada caso una unidad de acoplamiento y al menos una celda de batería conectada entre una primera entrada y una segunda entrada de la unidad de acoplamiento. La mayoría de módulos de batería

comprende un primer módulo de batería con una primera cantidad de celdas de batería y al menos un segundo módulo de batería con una segunda cantidad de celdas de batería, que es mayor que la primera cantidad de celdas de batería. El procedimiento presenta al menos los pasos siguientes:

a) desacoplamiento de las celdas de batería de todos los módulos de batería conectados en serie mediante la emisión de una señal de control correspondiente a las unidades de acoplamiento de los módulos de batería conectados en serie;

b) puenteo en el lado de salida de todos los módulos de batería conectados en serie, de tal modo que una tensión de salida de la batería se hace cero;

c) acoplamiento de las celdas de batería del primer módulo de batería y finalización del puenteo en el lado de salida del primer módulo de batería, mediante la finalización de la emisión de la señal de control correspondiente a la unidad de acoplamiento del primer módulo de batería;

d) acoplamiento de las celdas de batería de uno de los segundos módulos de batería y finalización del puenteo en el lado de salida de uno de los segundos módulos de batería, mediante la finalización de la emisión de la señal de control correspondiente a la unidad de acoplamiento de uno de los segundo módulos de batería;

e) al mismo tiempo que el paso d) , desacoplamiento de las celdas de batería del primer módulo de batería mediante la emisión de una señal de control correspondiente a la unidad de control del primer módulo de batería, y puenteo en el lado de salida del primer módulo de batería; y

f) repetición de los pasos c) a e) , siempre que se disponga de otro segundo módulo de batería, que esté puenteado en el lado de salida.

El procedimiento de la invención ofrece la ventaja de que la tensión de salida de la batería y de este modo también la tensión del circuito intermedio de tensión continua se aumentan paso a paso, de tal manera que a causa de la diferencia de tensión relativamente reducida en cada paso de aumento, entre la tensión de salida de la batería y la tensión del circuito intermedio de tensión continua, fluyen también unas corrientes de carga relativamente reducidas en el condensador del circuito intermedio de tensión continua, para adaptar la tensión del circuito intermedio de tensión continua a la tensión de salida de la batería. De este modo se puede prescindir de la protección de carga 120 y de la resistencia de carga 121 de los sistemas de batería del estado de la técnica y, de forma correspondiente, descienden los costes, el volumen y el peso de un sistema de batería que trabaje según el procedimiento conforme a la invención.

El procedimiento de la invención posee además la ventaja de que el circuito intermedio de tensión continua se carga en un menor tiempo. En un sistema de batería con la batería mostrada en la figura 2, con instalación de carga y separación 116, el circuito intermedio de tensión continua se carga hasta el cierre de la protección con una característica, que se corresponde con una función exponencial con exponentes negativos. Esto significa que al principio del proceso de carga fluye la máxima corriente de carga, pero que sigue reduciéndose conforme progresa la carga... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para poner en marcha un sistema de batería con una batería, un circuito intermedio de tensión continua unido a la batería y un sistema de accionamiento unido al circuito intermedio de tensión continua, en donde la batería comprende una mayoría de módulos de batería (40, 60) conectados en serie, que poseen en cada caso una unidad de acoplamiento (30, 50) y al menos una celda de batería (11) conectada entre una primera entrada (31, 51) y una segunda entrada (32, 52) de la unidad de acoplamiento (30, 50) , en donde la mayoría de módulos de batería (40, 60) comprende un primer módulo de batería (40, 60) con una primera cantidad de celdas de batería (11) y al menos un segundo módulo de batería (40, 60) con una segunda cantidad de celdas de batería (11) , que es mayor que la primera cantidad de celdas de batería (11) , en donde el procedimiento presenta al menos los pasos siguientes:

a) desacoplamiento de las celdas de batería (11) de todos los módulos de batería (40, 60) conectados en serie mediante la emisión de una señal de control correspondiente a las unidades de acoplamiento (30, 50) de los módulos de batería (40, 60) conectados en serie;

b) puenteo en el lado de salida de todos los módulos de batería (40, 60) conectados en serie, de tal modo que una tensión de salida de la batería se hace cero;

c) acoplamiento de las celdas de batería (11) del primer módulo de batería (40, 60) y finalización del puenteo en el lado de salida del primer módulo de batería (40, 60) mediante la finalización de la emisión de la señal de control correspondiente a la unidad de acoplamiento (30, 50) del primer módulo de batería (40, 60) ;

d) acoplamiento de las celdas de batería (11) de uno de los segundos módulos de batería (40, 60) y finalización del puenteo en el lado de salida de uno de los segundos módulos de batería (40, 60) , mediante la finalización de la emisión de la señal de control correspondiente a la unidad de acoplamiento (30, 50) de uno de los segundo módulos de batería (40, 60) ;

e) al mismo tiempo que el paso d) , desacoplamiento de las celdas de batería (11) del primer módulo de batería (40, 60) mediante la emisión de una señal de control correspondiente a la unidad de control (30, 50) del primer módulo de batería (40, 60) , y puenteo en el lado de salida del primer módulo de batería (50, 60) ; y

f) repetición de los pasos c) a e) , siempre que se disponga de otro segundo módulo de batería (40, 60) , que esté puenteado en el lado de salida.

2. El procedimiento conforme a la reivindicación 1, con un paso adicional g) de puesta en marcha del sistema de accionamiento unido al circuito intermedio de tensión continua, cuando la tensión del circuito intermedio de tensión continua alcanza una tensión de funcionamiento nominal.

3. El procedimiento conforme a la reivindicación anterior, en el que la tensión de funcionamiento nominal es menor que una tensión total de todos los segundos módulos de batería (40, 60) o que una tensión total de todos los segundos módulos de batería (40, 60) y del primer módulo de batería (40, 60) .

4. El procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores, en el que se repiten los pasos c) a e) , hasta que las celdas de batería de todos los segundos módulos de batería (40, 60) están acopladas.

5. Una batería con una unidad de control y una mayoría de módulos de batería (40, 60) conectados en serie, en donde cada módulo de batería (40, 60) comprende una unidad de acoplamiento (30, 50) y al menos una celda de batería (11) conectada entre una primera entrada (31, 51) y una segunda entrada (32, 52) de la unidad de acoplamiento (30, 50) , en donde la mayoría de módulos de batería (40, 60) comprende un primer módulo de batería (40, 60) y una primera cantidad de celdas de batería (11) y al menos un segundo módulo de batería (40, 60) con una segunda cantidad de celdas de batería (11) , que es mayor que la primera cantidad de celdas de batería (11) , caracterizada porque la unidad de control está configurada para llevar a cabo el procedimiento conforme a una de las reivindicaciones anteriores.

6. La batería conforme a la reivindicación anterior, caracterizada porque la segunda cantidad es el doble de grande que la primera cantidad.

7. Un sistema de batería con una batería, un circuito intermedio de tensión continua unido a la batería y un sistema de accionamiento unido al circuito intermedio de tensión continua, caracterizado porque la batería está configurada conforme a una de las reivindicaciones 5 ó 6.

8. El sistema de batería conforme a la reivindicación anterior, en el que el circuito intermedio de tensión continua está unido directamente a la batería.

9. El sistema de batería conforme a una de las dos reivindicaciones anteriores, en el que el circuito intermedio de tensión continua comprende un condensador o está compuesto por un condensador.

10. Un vehículo de motor con un sistema de batería conforme a una de las reivindicaciones 7 a 9.