Fuente de energía eléctrica independiente portátil.

Un sistema de fuente independiente que recibe energía natural para generar energía eléctrica y activar una carga con la energía eléctrica,

que comprende:

un suministro de energía CD (20) que genera y produce un voltaje CD;

una primera batería de almacenamiento (30) dispuesta para ser cargada mediante dicho voltaje CD y descargada para activar la primera energía eléctrica CD;

una segunda batería de almacenamiento (40) dispuesta en el exterior de dicho sistema de fuente independiente y unida/separada arbitrariamente a/desde dicho sistema de fuente independiente, dicha segunda batería de almacenamiento (40) se dispone para ser cargada, cuando se une a dicho sistema de fuente independiente, mediante dicho voltaje CD y descargada para activar la segunda energía eléctrica CD;

una unidad de suministro de energía eléctrica (51) suministrada entre dicha primera batería de almacenamiento (30), dicha segunda batería de almacenamiento (40) y la carga (60) para suministrar selectivamente dicha primera energía eléctrica CD y dicha segunda energía eléctrica CD a dicha carga (60); y

una unidad de control (52) para controlar una operación de carga de dicha primera batería de almacenamiento y dicha segunda batería de almacenamiento (40) mediante dicho suministro de energía CD (20) y para controlar una operación de descarga de dicha primera batería de almacenamiento (30) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) para suministrar la energía eléctrica CD a dicha unidad de suministro de energía eléctrica (51), en donde dicha unidad de control (52) se configura para, durante dicha operación de carga, conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha primera batería de almacenamiento (30) y, después que se completa la carga de dicha primera batería de almacenamiento (30), conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha segunda batería de almacenamiento (40), y dicha unidad de control (52) se configura adicionalmente para, durante dicha operación de descarga, conectar selectivamente dicha unidad de suministro de energía eléctrica (51) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) y, después que se completa la descarga de dicha segunda batería de almacenamiento (40), conectar selectivamente dicha unidad de suministro de energía eléctrica (51) y dicha primera batería de almacenamiento (30)

Fuente de Energía Eléctrica Independiente Portátil Antecedentes de la invención Campo de la invención La presente invención se relaciona con un sistema de fuente de energía independiente. En particular, la presente invención se relaciona con un sistema de fuente independiente de tamaño pequeño para suministrar energía eléctrica a equipos eléctricos.

Descripción de la Técnica Antecedente En el contexto de un creciente interés en las cuestiones ambientales globales, una batería solar que convierte directamente energía de luz solar en energía eléctrica capta la atención ya que sirve como un generador eléctrico limpio que no emite dióxido de carbono que es un factor de calentamiento global.

Sin embargo, la salida de energía eléctrica de la batería solar, depende de la iluminación y no es constante. De acuerdo con lo anterior, con el propósito de suministrar establemente energía eléctrica, se combinan la batería solar y la batería de almacenamiento en un sistema de fuente dependiente que almacena energía eléctrica generada por la batería solar en la batería de almacenamiento. Este sistema de fuente independiente se utiliza ahora ampliamente.

Un sistema de fuente independiente convencional (no mostrado) incluye una batería solar, una batería de almacenamiento que almacena energía eléctrica CD que es generada por una batería solar, y una unidad inversora que convierte la energía eléctrica CD que se genera por la batería de almacenamiento en energía eléctrica CA.

En este sistema, la corriente eléctrica generada por la batería solar fluye hacia la batería de almacenamiento o una carga. Cuando la salida de la batería solar es insuficiente debido a cualquier cambio de la carga o cuando la batería solar no genera energía por ejemplo en horas de la noche, la batería de almacenamiento está descargada. Por el contrario, la batería de almacenamiento se carga cuando la carga es pequeña de tal manera que la salida de la batería solar incluye algún exceso. De esta forma, la batería de almacenamiento se adapta a la carga. Aquí, se utiliza una batería de ácido-plomo de propósito general como la batería de almacenamiento con el fin de que la batería sea reemplazada fácilmente cuando la misma se agote.

En paralelo con la unidad inversora, se conecta una carga eléctrica CA. La carga eléctrica CA se opera con la salida de energía CA desde la unidad inversora.

Con la configuración descrita anteriormente, el sistema de fuente independiente convencional puede suministrar energía eléctrica en forma estable a la carga independiente de los cambios en la iluminación. Sin embargo, cuando un estado en el que la batería de ácido-plomo del sistema se carga insuficientemente continúa debido al mal clima, por ejemplo, formas de sulfatos de plomo inactivas en placas de electrodos negativas, ocurre la denominada sulfatación. Por consiguiente, surge un problema de una reducción en la capacidad que resulta en el tiempo de vida acortado.

Se ha propuesto un número de sistemas de fuente independiente con el objetivo de resolver el problema para extender la guía útil de la batería de almacenamiento, por ejemplo, en las Patentes Japonesas Expuestas Nos. 2002-058175, 2000-341875 y 09-121461.

La figura 7 es un diagrama de bloques que muestra una configuración de un sistema de fuente independiente descrito en La Patente Japonesa Expuesta No. 2002-058175.

Con referencia a la figura 7, el sistema de fuente independiente incluye una batería solar 100, una batería de ácidoplomo 110, un capacitor de doble capa eléctrico 140 que sirve como medio de carga auxiliar para la batería de ácido-plomo 110, un conversor bidireccional 130 suministrado entre la batería de ácido-plomo 110 y el capacitor de doble capa eléctrico 140, y un circuito de control de carga/descarga 120.

Como se muestra en la figura 7, el circuito de control de carga/descarga 120 incluye un circuito de conmutación de control de carga SW10 para conectar/separar eléctricamente la batería solar 100 y la batería de ácido-plomo 110 a/desde cada una y un circuito de conmutación de control de descarga SW20 para conectar/separar eléctricamente la batería de ácido-plomo 110 y una carga 150 a/desde cada una. En las horas diurnas, el circuito de control de carga/descarga 120 enciende el circuito de conmutación de control de carga SW10 de tal manera que la batería solar 100 carga la batería de ácido-plomo 10. Cuando la batería de ácido-plomo 110 se carga completamente, el circuito de conmutación de control de carga SW 10 se apaga para detener la operación de carga. En horas nocturnas, cuando el circuito de control de carga/descarga 120 detecta que la batería solar 100 deja de generar energía eléctrica, el circuito de control de carga/descarga 120 enciende el circuito de conmutación de control de descarga SW20 para iniciar el suministro de energía eléctrica desde la batería de ácido-plomo 110 para carga 150. Cuando la cantidad de energía descargada de la batería de ácido-plomo 110 excede un valor preeestablecido, el conmutador de control de descarga SW20 se apaga para detener la operación de descarga de la batería de ácidoplomo 110 y por lo tanto evitar la sobredescarga de la batería de ácido-plomo 110.

Es efectivo, para la prevención de la sulfatación mencionada anteriormente de la batería de ácido-plomo, sobrecargar la batería de ácido-plomo en un momento apropiado y por lo tanto evitar la acumulación de sulfato de plomo. Sin embargo, para el sistema de fuente independiente que utiliza energía natural, no hay garantía de que la energía eléctrica necesaria está disponible siempre que se requiera sobrecarga.

Con el fin de superar este problema, el sistema de fuente independiente en la figura 7 tiene un capacitor de doble capa eléctrico para carga auxiliar de la batería de ácido-plomo 110. Específicamente, la carga auxiliar de la batería de ácido-plomo 110 se hace utilizando medios de control de carga suministrados en el conversor bidireccional 130 de tal manera que permite la cantidad de carga de la batería de ácido-plomo 110 sea mayor que una cantidad de carga predeterminada en un momento apropiado.

Adicionalmente, con el fin de permitir que el capacitor de doble capa eléctrico 140 sea completamente cargado todo de una vez, el conversor bidireccional 130 se opera al capacitor de doble capa eléctrico de carga subsidiaria 140, de tal manera que la capacidad de almacenamiento del capacitor de doble capa eléctrico 140 se pueda hacer tan pequeña como sea posible.

Con la disposición descrita anteriormente, la carga auxiliar de la batería de ácido-plomo 110 se hace regularmente. De acuerdo con lo anterior, se evita la ocurrencia de sulfatación y por lo tanto se puede prolongar la vida útil de la batería de ácido-plomo 110.

Así, el sistema de fuente independiente convencional como se describió anteriormente permite que el equipo eléctrico general se utilice establemente aún en un área en donde no se ha desarrollado bien un sistema de energía eléctrica comercial.

Sin embargo, la batería de almacenamiento incluida en el sistema de fuente independiente convencional, debe tener una capacidad suficiente para dirigir establemente la carga aún cuando la iluminación no sea constante. Para receptores de radiodifusión tal como televisiones portátiles y radio, la batería de almacenamiento puede tener una capacidad relativamente pequeña debido a que la carga también es pequeña. En contraste, para equipos tales como ordenadores personales que tienen una carga grande, la batería de almacenamiento puede tener una gran capacidad para impulsar establemente la carga grande durante un largo periodo de tiempo. Por ejemplo, con el fin de impulsar establemente una carga de 30 W durante cinco horas, se requiere una batería de almacenamiento con una capacidad de aproximadamente 12 Ah.

De acuerdo con lo anterior, con el fin de que un sistema de fuente independiente suministre energía eléctrica a diversas cargas de equipo eléctrico, se requiere que el sistema tenga naturalmente una batería de almacenamiento pesada y de gran tamaño, que constituye un factor de impedimento para desarrollar sistemas de fuente independiente portátiles.

Por ejemplo, un usuario de una televisión portátil requeriría portabilidad del sistema de fuente independiente mientras que un sistema de un ordenador personal requeriría, además de la portabilidad, una capacidad de suministro de energía del sistema de fuente independiente que sea suficientemente... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de fuente independiente que recibe energía natural para generar energía eléctrica y activar una carga con la energía eléctrica, que comprende:

un suministro de energía CD (20) que genera y produce un voltaje CD;

una primera batería de almacenamiento (30) dispuesta para ser cargada mediante dicho voltaje CD y descargada para activar la primera energía eléctrica CD;

una segunda batería de almacenamiento (40) dispuesta en el exterior de dicho sistema de fuente independiente y unida/separada arbitrariamente a/desde dicho sistema de fuente independiente, dicha segunda batería de almacenamiento (40) se dispone para ser cargada, cuando se une a dicho sistema de fuente independiente, mediante dicho voltaje CD y descargada para activar la segunda energía eléctrica CD;

una unidad de suministro de energía eléctrica (51) suministrada entre dicha primera batería de almacenamiento (30) , dicha segunda batería de almacenamiento (40) y la carga (60) para suministrar selectivamente dicha primera energía eléctrica CD y dicha segunda energía eléctrica CD a dicha carga (60) ; y una unidad de control (52) para controlar una operación de carga de dicha primera batería de almacenamiento y dicha segunda batería de almacenamiento (40) mediante dicho suministro de energía CD (20) y para controlar una operación de descarga de dicha primera batería de almacenamiento (30) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) para suministrar la energía eléctrica CD a dicha unidad de suministro de energía eléctrica (51) , en donde dicha unidad de control (52) se configura para, durante dicha operación de carga, conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha primera batería de almacenamiento (30) y, después que se completa la carga de dicha primera batería de almacenamiento (30) , conectar selectivamente dicho suministro de energía CD

(20) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) , y dicha unidad de control (52) se configura adicionalmente para, durante dicha operación de descarga, conectar selectivamente dicha unidad de suministro de energía eléctrica

(51) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) y, después que se completa la descarga de dicha segunda batería de almacenamiento (40) , conectar selectivamente dicha unidad de suministro de energía eléctrica (51) y dicha primera batería de almacenamiento (30)

2. El sistema de fuente independiente de acuerdo con la reivindicación 1, en donde

dicha unidad de suministro de energía eléctrica (51) incluye una unidad de conversión de energía eléctrica (51A) que convierte selectivamente dicha primera energía eléctrica CD y dicha segunda energía eléctrica CD en energía eléctrica CA para suministrar dicha energía eléctrica CA a dicha carga (60) .

3. El sistema de fuente independiente de acuerdo con la reivindicación 2, en donde dicha unidad de control (52) incluye:

medios de detección para detectar el voltaje terminal a terminal de dicha primera batería de almacenamiento (30) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) ; y primeros medios de determinación para determinar, con base en dicho voltaje terminal a terminal detectado, si una de dichas baterías de almacenamiento cuyo voltaje terminal a terminal se detecta se puede cargar o no y, cuando se determina que dicha primera batería de almacenamiento (30) no se puede cargar, determinar sí dicha segunda batería de almacenamiento (40) se puede cargar o no, dicha unidad de control se configura adicionalmente para:

cuando se determina que dicha primera batería de almacenamiento (30) se puede cargar, conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha primera batería de almacenamiento (30) , y cuando se determina que dicha segunda batería de almacenamiento (40) se puede cargar, conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) .

4. El sistema de fuente independiente de acuerdo con la reivindicación 3, en donde

dicha unidad de control (52) incluye adicionalmente segundos medios de determinación para determinar, con base en dicho voltaje terminal a terminal detectado, si una de dichas baterías de almacenamiento cuyo el voltaje terminal a terminal se detecta se puede descargar o no y cuando se determina que dicha segunda batería de almacenamiento (40) no se puede descargar, determinar sí dicha primera batería de almacenamiento (30) se puede descargar o no, dicha unidad de control se configura adicionalmente para:

cuando se determina que dicha segunda batería de almacenamiento (40) se puede descargar, conectar selectivamente, dicha unidad de conversión de energía eléctrica (51A) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) , y cuando se determina que dicha primera batería de almacenamiento (30) se puede descargar conectar selectivamente dicha unidad de conversión de energía eléctrica (51A) y dicha primera batería de almacenamiento (30) .

5. El sistema de fuente independiente de acuerdo con la reivindicación 4, que comprende adicionalmente:

un primer circuito de conmutación (SW1) para conectar/separar eléctricamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha primera batería de almacenamiento (30) a/desde cada una; y un segundo circuito de conmutación (SW2) para conectar/separar eléctricamente dicho suministro de energía CD

(20) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) a/desde cada una,

dicha unidad de control (52) se configura adicionalmente para encender dicho primer circuito de conmutación (SW1) y apagar dicho segundo circuito de conmutación (SW2) para conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha primera batería de almacenamiento (30) y por lo tanto cargar dicha primera batería de almacenamiento (30) mediante dicho voltaje CD y, dicha unidad de control se configura adicionalmente después que se completa la carga de dicha primera batería de almacenamiento (30) , (52) apagar dicho primer circuito de conmutación (SW1) y encender dicho segundo circuito de conmutación (SW2) para conectar selectivamente dicho suministro de energía CD (20) y dicha segunda batería de almacenamiento (40) y por lo tanto cargar dicha segunda batería de almacenamiento (40) mediante dicho voltaje CD, y dicho sistema de fuente independiente comprende adicionalmente:

un tercer circuito de conmutación (SW3) para conectar/separar eléctricamente dicha primera batería de almacenamiento (30) y dicha unidad de conversión de energía eléctrica (51A) a/desde cada una; y un cuarto circuito de conmutación (SW4) para conectar/separar eléctricamente dicha segunda batería de almacenamiento (40) y dicha unidad de conversión de energía eléctrica (51A) a/desde cada una,

dicha unidad de control (52) se configura adicionalmente para apagar dicho tercer circuito de conmutación (SW3) y encender dicho cuarto circuito de conmutación (SW4) para conectar selectivamente dicha segunda batería de almacenamiento (40) y dicha unidad de conversión de energía eléctrica (51A) y por lo tanto descargar dicha segunda batería de almacenamiento (40) para activar dicha segunda energía eléctrica CD y, dicha unidad de control se configura adicionalmente para (52) , después que se completa la descarga de dicha segunda batería de almacenamiento (40) , encender dicho tercer circuito de conmutación (SW3) y apagar dicho cuarto circuito de conmutación (SW4) para conectar selectivamente dicha primera batería de almacenamiento (30) y dicha unidad de conversión de energía eléctrica (51A) y por lo tanto descarga dicha primera batería de almacenamiento (40) para activar dicha primera energía eléctrica CD.

6. El sistema de fuente independiente de acuerdo con la reivindicación 5, en donde dicha primera batería de almacenamiento (30) es más pequeña en capacidad que dicha segunda batería de almacenamiento (40) .

7. El sistema de fuente independiente de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha primera batería de almacenamiento (30) incluye la batería de almacenamiento de níquel-hidrógeno y dicha segunda batería de almacenamiento (40) incluye la batería de almacenamiento de ácido-plomo.

BATERÍA DEALMACENAMIENTOEXTERNO

UNIDADDESUMINISTRODE ENERGÍA

BATERÍASOLAR

BATERÍADEALMACE-NAMIENTOINTERNO

UNIDAD

A LA UNIDAD DE SUMINISTRO

DE

DE ENERGÍA 51

CONTROL