Sistema de aviso para sistemas de batería.

Sistema de aviso para sistemas de batería (1), que comprende

a) uno o varios sensores (2) para la supervisión del estado de sistemas de batería,

b) medios para la emisión de señales de aviso (4), y

c) una unidad de regulación y de control (3), que está conectada con los sensores de a) y con los medios para la emisión de señales de aviso de b), de tal manera que valores de medición de los sensores son registrados por la unidad de regulación y de control, son procesados y son comparados con un valor de referencia y en el caso de que se establezca una desviación de un valor de medición desde un valor de referencia, se disparan los medios para la emisión de señales de aviso (4), en el que el sistema de aviso presenta adicionalmente medios para la transmisión, que puede ser activada por la unidad de regulación y de control, de indicaciones de la posición del sistema de aviso, caracterizado porque el o los sensores para la supervisión de estado de sistemas de batería de manera independiente entre sí están seleccionados a partir de los tipos de sensores sensor de temperatura, sensor de presión, sensor de gas, sensor de tensión, sensor de tensión eléctrica y/o sensor de movimiento y el sistema de aviso presenta adicionalmente actuadores (5), con los que se realizan medidas, que repercuten directa o indirectamente sobre el sistema de batería y se disparan a través de la unidad de regulación y de control.

Sistema de aviso para sistemas de batería

Estado de la técnica

Los sistemas de batería comprenden acumuladores de energía eléctrica recargable, que encuentran un empleo amplio en aparatos de consumo portátiles y otras aplicaciones, como por ejemplo en vehículos accionados parcial o exclusivamente con electricidad. En aplicaciones de automoción sirven sistemas de baterías y en particular sistemas de baterías de iones de litio como tecnología clave para la electrificación del sistema de accionamiento de vehículos. Los sistemas de batería y en particular los sistemas de batería de iones de litio pueden estar constituidos en este caso modularmente de acuerdo con la especificación de empleo y están conectados la mayoría de las veces eléctricamente en serie o en paralelo.

Un aspecto esencial para el establecimiento con éxito de esta tecnología es, entre otras cosas, la seguridad funcional de los sistemas de batería, especialmente de los sistemas de batería de iones de litio, que no en raras ocasiones son accionados con grandes capacidades. En este caso, es necesario accionar el sistema de batería dentro de una zona de temperatura óptima. Puesto que la temperatura de la batería tiene una gran influencia sobre la preparación de la potencia, el envejecimiento, la duración de vida útil y la seguridad funcional del sistema de batería. Para garantizar esto, los sistemas de batería presentan la mayoría de las veces un concepto de gestión térmica perfeccionado.

Durante el funcionamiento de sistemas de batería puede suceder que la temperatura en la batería se eleve hasta tal punto que no se pueda refrigerar ya a través de sistemas de refrigeración exteriores. La causa principal de tales curvas de la temperatura son cortocircuitos internos en la batería, provocados por ejemplo por deformaciones físicas de la batería o por contaminaciones durante la fabricación de la batería (por ejemplo, daño del separador a través de partículas) . Un cortocircuito interno puede poner en marcha otros procesos electroquímicos irreversibles en la batería, en los que se libera calor (reacciones exotermas) . Por último, se puede producir un llamado “thermal runaway”, una especie de recalentamiento auto acelerado. Otra causa posible de aumentos irreversibles de la temperatura de una batería es una sobrecarga de la batería.

Normalmente, los sistemas de batería presentan medidas de seguridad, que sirven para evitar un recalentamiento auto acelerado (“thermal runaway”) del sistema de batería. Tales medidas de seguridad comprenden dispositivos de supervisión de la temperatura, de la tensión y/o de la corriente así como dispositivo de interrupción de la corriente. Estas medidas de seguridad están integradas la mayoría de las veces en un Sistema de Gestión de la Batería del sistema de batería y son controladas por el Sistema de Gestión de la Batería. En este caso, el objetivo es reconocer precozmente el peligro de un recalentamiento irreversible y separar, dado el caso, la batería rápidamente desde el resto de la red de corriente.

Se conocen sistemas de aviso para baterías a partir de los documentos US 5 900 734 y DE 101 65 041 B4.

Sin embargo, tales medidas de seguridad no ofrecen una protección amplia contra que la batería se recaliente y se pueda producir la aparición de un incendio. Esto representa un problema especialmente cuando el sistema de batería es accionado en el entorno directo de personas, como por ejemplo en el caso de sistemas de batería para vehículos.

El cometido de la presente invención es preparar medios, para reducir o evitar totalmente el riesgo de amenaza para personas, que procede del funcionamiento de un sistema de batería.

Publicación de la invención El cometido se soluciona por medio de las características de la reivindicación 1.

A través de los sensores para la supervisión del estado del sistema de batería se obtienen continuamente datos de medición, que permiten sacar una conclusión sobre el estado del sistema de batería. Los datos de medición son conducidos a una unidad de regulación y de control y allí son comparados con un valor de referencia previamente establecido. En este caso, el al menos un valor de referencia se selecciona para que en el caso de una desviación significativa entre el valor de medición y el valor de referencia o bien en el caso de que se exceda o bien no se alcance el valor de referencia, el sistema de batería se encuentre en un estado crítico o se eleva la probabilidad de la entrada de un estado crítico. Si éste es el caso, entonces la unidad de regulación y de control dispara la emisión de señales de aviso.

El sistema de aviso de acuerdo con la invención permite que personas, que se encuentran en la proximidad de un sistema de batería, que se encuentra en un estado crítico, sean informadas oportunamente sobre el estado del sistema de batería, para que las personas se puedan alejar, dado el caso, fuera de la zona de peligro, no sufran daños y/o tengan la posibilidad de tomar medidas adecuadas para evitar una avería completa del sistema de batería o aminorar sus consecuencias. Si en el sistema de batería se trata, por ejemplo, en un sistema de batería de iones de litio, que se emplean en un vehículo como componente del accionamiento electrificado, entonces está especialmente clara la ventaja del sistema de aviso de acuerdo con la invención. Si se produce durante la marcha un recalentamiento del sistema de batería, entonces el sistema de aviso de acuerdo con la invención informa al conductor a través de la emisión de señales de aviso sobre el estado crítico de la batería. El conductor tiene ahora la oportunidad de llevar el vehículo de forma regulada a la parada, estacionarlo con seguridad y retirarse entonces del vehículo, antes de que sea lesionado por una combustión de la batería. De esta manera se reduce un peligro para el conductor así como para el medio ambiente.

El sistema de alarma de acuerdo con la invención es adecuado para la supervisión de sistemas de baterías, en particular de sistemas de baterías de iones de litio. El sistema de aviso es adecuado de manera especialmente ventajosa para la supervisión de sistemas de batería con gran potencia o bien con altas capacidades.

Por un sistema de batería se entiende en este caso una disposición para la alimentación de una red o bien de un consumidor con energía eléctrica, que comprende una batería con al menos un acumulador de energía electroquímica. Por un acumulador de energía se puede entender para los fines de la presente invención cualquier acumulador de energía, que acumula una energía por medio de procesos electroquímicos. En particular debe entenderse por ello acumuladores de energía, que contienen una o varias celdas de acumulador y/o celdas de batería conectadas en serie y/o, dado el caso conectadas también en paralelo. Los acumuladores de energía preferidos pueden presentar celdas de combustible, en particular del tipo de celda de combustible alcalina (AFC) , celda de combustible de electrolito de polímero (PEMFC) , celda de combustible de metanol directo (DMFC) , celda de combustible de ácido fosfórico (PAFC) , celda de combustible de carbono fundido (MCFC) y/o celda de combustible de óxido sólido (SOFC) . Otros acumuladores de energía electroquímicos preferidos pueden presentar celdas de acumuladores, en particular del tipo de acumulador de plomo-Pb, acumulador de níquel y cadmio – NiCd, acumulador de níquel y nitrógeno – NiH2, acumulador de níquel e hidróxido metálico – NiMH, acumulador de iones de litio – Ti-Ion, acumulador de polímero de litio – LiPo, acumulador de litio y metal – LiFe, acumulador de litio y manganeso – Li-Mn, acumulador de litio - hierro – fosfato – LiFePO4, acumulador de titanato de litio – LiTi, condensador de capa gruesa (supercaps, condensador de capa electroquímica doble, EDLC) , manganeso alcalino recargable – RAM, acumulador de níquel – hierro Ni-Fe, batería de alta temperatura de cloruro de níquel y sodio – Na/NiCl, batería de iones de supercarga – SCiB, acumulador de cinc de plata, acumulador de silicona, acumulador Redox de vanadio y/o acumulador de bromo de cinc. El acumulador de energía puede presentar una o varias celdas. Además de tal batería, u sistema de batería puede comprender otros componentes, como por ejemplo una carcasa, dispositivos de seguridad para la desconexión de la batería o para la separación de la batería del resto de la red y/o un Sistema de Gestión de la Batería, que puede comprender unidades de regulación y de control, que sirven para el funcionamiento, para la carga y descarga regulada así como para la supervisión... [Seguir leyendo]

1. Sistema de aviso para sistemas de batería (1) , que comprende a) uno o varios sensores (2) para la supervisión del estado de sistemas de batería,

b) medios para la emisión de señales de aviso (4) , y

c) una unidad de regulación y de control (3) , que está conectada con los sensores de a) y con los medios para la emisión de señales de aviso de b) , de tal manera que valores de medición de los sensores son registrados por la unidad de regulación y de control, son procesados y son comparados con un valor de referencia y en el caso de que se establezca una desviación de un valor de medición desde un valor de referencia, se disparan los medios para la emisión de señales de aviso (4) , en el que el sistema de aviso presenta adicionalmente medios para la transmisión, que puede ser activada por la unidad de regulación y de control, de indicaciones de la posición del sistema de aviso, caracterizado porque el o los sensores para la supervisión de estado de sistemas de batería de manera independiente entre sí están seleccionados a partir de los tipos de sensores sensor de temperatura, sensor de presión, sensor de gas, sensor de tensión, sensor de tensión eléctrica y/o sensor de movimiento y el sistema de aviso presenta adicionalmente actuadores (5) , con los que se realizan medidas, que repercuten directa o indirectamente sobre el sistema de batería y se disparan a través de la unidad de regulación y de control.

2. Sistema de aviso de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el sistema de aviso presenta más de un sensor (2) para la supervisión de estado de sistemas de batería (1) , en el que el sistema de aviso comprende sensores de un único tipo de sensor o de diferentes tipos de sensores.

3. Sistema de aviso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque uno, varios o todos los sensores (2) para la supervisión del estado de sistemas de batería están configurados de manera que se pueden conectar directamente con un componente del sistema de batería (1) .

4. Sistema de aviso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de regulación y de control (3) está integrada en un Sistema de Gestión de la Batería del sistema de batería.

5. Sistema de aviso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios para la emisión de señales de alarma (4) están configurados de tal forma que se pueden emitir señales de aviso perceptibles acústica y/u ópticamente.

6. Sistema de aviso de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sistema de alarma está configurado de tal forma que los valores de medición de los sensores son comparables con más de un valor de referencia y, después del establecimiento de la desviación, se pueden emitir diferentes señales de aviso.

7. Sistema de batería que comprende un sistema de aviso de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6.

8. Consumidor eléctrico que contiene un sistema de alarma de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6 y un sistema de batería de acuerdo con la reivindicación 7.

9. Consumidor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado porque el Consumidor eléctrico es un automóvil.