BR102016002337B1

BR102016002337B1 - Relé de estado sólido e sistema de movimentação de um veículo de tração elétrica ou híbrida

Info

Publication number: BR102016002337B1
Application number: BR102016002337-8A
Authority: BR
Inventors: Danilo PRITELLI; Rosanna SUGLIA; Franco Ciampolini; Gianluca AURILIO
Original assignee: MAGNETI MARELLI S.p.A.
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2016-02-02
Publication date: 2022-09-27
Also published as: JP6726974B2; BR102016002337A2; JP2016171563A; CN105846803A; EP3050742A1; US20160226485A1; CN105846803B; US9966942B2

Abstract

RELÉ DE ESTADO SÓLI DO E SI STEMA DE MOVI MENTAÇÃO DE UM VEÍ CULO DE TRAÇÃO ELÉTRI CA OU HÍ BRI DA A presente invenção se refere a um relé de estado sólido (200; 300) atuado eletricamente para desconectar/ conectar uma primeira porção de um circuito elétrico (102) de/a uma segunda porção de dito circuito elétrico (IV, M). O relé compreende: ao menos um dispositivo semicondutor de comutador de potência (T1) conectado entre um primeiro terminal elétrico (1) e um segundo terminal elétrico (2) do relé, e apresentando um terminal de comando (G); um bloco eletrônico de acionamento (203, DV) para gerar um sinal de comando (S) aplicado ao dito terminal de comando (G) do dispositivo de comutação (T1); um bloco eletrônico para a detecção de uma corrente (I) que atravessa o dispositivo de comutador (T1), o qual compreende um primeiro dispositivo eletrônico (301; 201) conectado aos terminais elétricos (1, 2) para gerar um primeiro sinal (S1) indicativo de uma diferença de potencial entre tais terminais gerada pela corrente (I) que atravessa a resistência total (Rtot) presente entre os terminais, a dita resistência total (Rtot) sendo a soma de uma primeira resistência (RDSON) associada com o dispositivo de comutação (T1), no estado fechado, e das segundas resistências de (...).

Description

Descrição Fundamento tecnológico de invenção Campo de aplicação

[001] A presente invenção se refere aos relés ou dispositivos de comutação atuados eletricamente. Em particular, a invenção se refere a um relé de estado sólido atuado eletricamente para abrir/fechar um circuito elétrico em resposta a um sinal de controle para desconectar/conectar uma primeira porção de um circuito elétrico de/à uma segunda porção de tal circuito. Particularmente, mas em uma forma não limitativa, a invenção se refere a um relé de estado sólido eletrônico que pode ser utilizado para desconectar/conectar eletricamente um dispositivo de armazenamento de carga elétrica ou bateria para veículos de tração elétrica ou híbrida a partir de/à uma carga.

Descrição do estado da arte

[002] Em aplicações na área automotiva, em particular, nos veículos de tração elétrica ou híbrida, cada veículo automotivo é equipado com uma fonte de carga elétrica ou um dispositivo de armazenamento de carga elétrica ou bateria adaptada para armazenar a energia elétrica utilizada também para a tração. Conforme é conhecido, um sistema de movimentação para um veículo elétrico ou híbrido em geral compreende um conjunto de carga, em particular, um motor elétrico adaptado para gerar o movimento, acionado por meio de um inversor, que é conectado eletricamente a uma bateria ou conjunto de baterias para armazenar a energia elétrica. Em particular, a conexão elétrica entre o inversor e a bateria é conseguida por meio de um barramento de corrente contínua (DC), geralmente referido como barramento DC ou barramento DC HV pelos especialistas na arte.

[003] A bateria compreende em particular um bloco de células eletroquímicas adaptado para fornecer a tensão e capacitância desejada para os terminais do barramento de corrente contínua. As células da bateria podem ser eletricamente desconectadas do conjunto de carga por meio de dispositivos de isolamento, em particular relés.

[004] No campo automotivo, é conhecida a construção de tais relés por meio de dispositivos eletromecânicos, em particular para correntes elevadas, controlados por um Sistema de Gerenciamento de Bateria ou BMS (Battery Management System), em geral alojado no interior da própria bateria.

[005] Tais dispositivos de relés eletromecânicos para correntes elevadas utilizados no setor automotivo não são livres de desvantagens.

[006] De fato, tais relés apresentam uma estrutura grande e pesada, que compreende peças mecânicas móveis, o que aumenta o tamanho e o peso total do sistema da bateria com as quais são associados. Além disso, a presença de peças mecânicas móveis, que são sujeitas à deterioração com o tempo ou, em particulares condições operacionais de trabalho, tal como, por exemplo, a abertura do próprio relé na presença de elevadas correntes, poderia reduzir o tempo de vida do relé no que se refere à vida operacional da bateria.

[007] Além disso, a detecção da corrente que atravessa o relé eletromecânico quando este se encontra no estado fechado é muitas vezes necessária no sistema de movimentação de um veículo de tração elétrica ou híbrida. Para esse propósito, tal sistema compreende um sensor de medição de corrente implementado, por exemplo, por meio de um resistor shunt ou um sensor de efeito Hall, associado com o barramento de corrente contínua e controlado pelo Sistema de Gerenciamento da Bateria BMS. Tal sensor é um elemento adicional do sistema que complica ainda mais a estrutura da mesma.

[008] O documento US 2013/332750 descreve um dispositivo semicondutor utilizado como um dispositivo inteligente de potencia (IPD) em um sistema elétrico automotivo.

Síntese da invenção

[009] O objetivo da presente invenção é o de fornecer e disponibilizar um relé de estado sólido eletrônico eletricamente atuado para abrir/fechar um circuito elétrico que permite superar, ao menos parcialmente, as desvantagens mencionadas acima relacionadas com o uso de dispositivos de relés eletromagnéticos conhecidos para os mesmos propósitos.

[0010] Tal objetivo é alcançado por um relé de estado sólido de acordo com a reivindicação 1.

[0011] As formas de realização preferidas de tal relé de estado sólido são definidas nas reivindicações dependentes.

[0012] A presente invenção também se refere a um sistema de movimentação para um veículo elétrico ou híbrido que inclui o relé de estado sólido da invenção, de acordo com a reivindicação 17.

Breve descrição dos desenhos

[0013] Outras características e vantagens do relé de estado sólido de acordo com a presente invenção irão se tornar evidentes a partir da descrição a seguir que descreve as formas de realização preferidas, dadas por meio de exemplos indicativos e não limitativos, com referência aos desenhos acompanhantes, nos quais: - a figura 1 mostra de forma esquemática um exemplo de um sistema de movimentação para um veículo elétrico ou híbrido; - a figura 2 mostra uma primeira forma de realização do circuito lógico do relé de estado sólido da invenção incluída no sistema da figura 1; - a figura 3 mostra de forma esquemática uma segunda forma de realização do circuito lógico do relé de estado sólido da invenção incluída no sistema da figura 1; - a figura 4 mostra de forma diagramática os aspectos funcionais de uma porção do relé de estado sólido da figura 2; - as figuras 5A-5C mostram os elementos que formam uma estrutura tridimensional de uma forma de realização do relé de estado sólido da figura 2; - a figura 5D mostra uma vista de topo da estrutura tridimensional do relé de estado sólido das figuras 5A-5C em uma configuração montada.

Descrição detalhada

[0014] Os elementos similares ou equivalentes nas figuras mencionadas acima são indicados pelos mesmos números de referência.

[0015] Apesar de, na descrição a seguir, ser feita referência a título de exemplo ao escopo da aplicação dos sistemas de movimentação de veículos de tração elétrica ou híbrida, o relé eletrônico de estado sólido da presente invenção também pode vantajosamente ser usado em outros campos em que uma primeira porção de um circuito elétrico deve ser desconectada/conectada de um modo controlado a partir de/à uma segunda porção de tal circuito.

[0016] Com referência à figura 1, um sistema de movimentação 1000 de um veículo de tração elétrica ou híbrida compreende um conjunto de carga, em particular, um motor elétrico M, por exemplo, um motor trifásico, adaptado para gerar o movimento, atuado por meio de um inversor IV, que é conectado eletricamente a um conjunto de fonte de carga elétrica ou à bateria 100 para armazenar a energia elétrica. Em particular, a conexão elétrica entre a bateria 100 e o inversor IV é conseguida por meio de um barramento de corrente contínua (DC) 101, referido como barramento DC ou DC BUS HV pelos especialistas na arte.

[0017] Em maior detalhe, a bateria 100 compreende um bloco 102 de células eletroquímicas C, tipicamente células de íons de lítio, as quais são semelhantes uma à outra e interconectadas em uma configuração em série adaptada para fornecer a tensão e capacitância desejada para os terminais do barramento de corrente contínua 101.

[0018] Tal bloco de células 102 da bateria 100 pode ser eletricamente desconectado/conectado do barramento de corrente contínua 101 e, portanto, do/ao inversor IV do conjunto de carga, por meio de relés de isolamento, em particular dos relés eletrônicos de estado sólido 200, 300 de acordo com a presente invenção.

[0019] A figura 1 mostra, por exemplo, dois relés de estado sólido 200, 300, porém, o sistema de movimentação 1000 de um veículo de tração elétrica ou híbrida também pode compreender um único relé de estado sólido 200, 300. Em tal caso, o barramento de corrente contínua 101 inclui uma única linha elétrica L1 que conecta o terminal positivo (+) do bloco de células 102 ao inversor IV. Desse modo, o relé de estado sólido 200, 300 é adaptado para isolar a dita única linha L1. O terminal negativo (-) do bloco de células 102 é, em tal caso, diretamente conectado a um potencial de referência.

[0020] Tais relés de estado sólido 200, 300 são controlados por uma unidade de processamento ou Sistema de Gerenciamento da Bateria BMS 108, por exemplo, alojado na própria bateria 100. Tal unidade de processamento BMS 108 é de tipo conhecido pelos especialistas na arte e não será descrita em maior detalhe a seguir.

[0021] Com referência às figuras 2 e 3, é interessante notar que os relés de estado sólido 200, 300 da presente invenção compreendem uma porção de circuito de potência A, isolada de uma porção de circuito de controle B que é conectada por meio de acopladores ópticos na mencionada acima unidade de processamento BMS 108.

[0022] Com referência à figura 2, em uma primeira forma de realização do relé de estado sólido da invenção, o dito relé 200 compreende ao menos um dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 conectado entre um primeiro 1 e um segundo 2 terminais elétricos do relé. O dito primeiro terminal elétrico 1 é conectado a uma primeira porção do circuito elétrico do sistema de movimentação 1000, por exemplo, ao bloco de células 102 da bateria 100. O segundo terminal elétrico 2 é conectado a uma segunda porção do circuito elétrico do sistema de movimentação 1000, ou seja, ao inversor IV do conjunto de carga por meio do barramento 101.

[0023] Tal dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 compreende o terminal condutor dreno D e o terminal condutor fonte S conectados ao primeiro 1 e ao segundo 2 terminais do relé de estado sólido 200, respectivamente, por meio das respectivas resistências de solda ou resistências de conexão adesiva (bonding) RB, e um terminal de comando ou terminal porta G (terminal de controle do dispositivo semicondutor de comutação de potência).

[0024] É importante observar que o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 é o comutador lógico do relé de estado sólido 200. Tal dispositivo semicondutor de comutação pode incluir, por exemplo, um ou mais dispositivos de potência MOSFET conectados um ao outro, em paralelo e/ou em série, de acordo com o gerenciamento da corrente I que é desejada que atravesse o dispositivo semicondutor de comutação T1 no estado fechado (ON). Em maior detalhe, no caso de dois transistores MOSFET de potência conectados entre si em paralelo, a resistência total presente entre o primeiro 1 e segundo 2 terminais é menor do que a de um único MOSFET, que permite gerenciar uma elevada corrente I. Se o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 incluir dois MOSFET conectados entre si em série, tal dispositivo é configurado para interromper tanto a corrente que flui a partir do bloco da célula 102 para o inversor IV do bloco de carga quanto a corrente que fluiria a partir do inversor IV do bloco de células 102, caso o próprio inversor não seja equipado com os respectivos meios para interromper essa corrente (de tipo hardware ou software), a fim de interromper e/ou restabelecer a corrente, ou não for programado para evitar a ocorrência de tal possibilidade. Em uma forma de realização preferida, o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 do relé 200 inclui dois transistores MOSFET de potência em paralelo fixados um ao outro por meio de conexões de metal, no primeiro 1 e no segundo 2 terminais elétricos.

[0025] O relé de estado sólido 200 compreende ainda um bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, do dispositivo semicondutor de comutação T1 configurado para gerar um sinal de comando S aplicado ao terminal da porta G mencionado anteriormente para mudar o dito dispositivo semicondutor de comutação T1 de um estado fechado/aberto (ON/OFF) para um estado aberto/fechado, a fim de desconectar/conectar o bloco de células 102 da bateria 100 do/ao inversor IV do conjunto de carga.

[0026] Conforme será descrito em maior detalhe abaixo, o bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, é configurado para receber um sinal de controle de abertura/fechamento SE e para receber ainda um sinal de ativação/desativação que depende de um primeiro sinal S1 indicativo de uma diferença de potencial entre os primeiro 1 e segundo 2 terminais. O bloco eletrônico de acionamento é configurado ainda para gerar o sinal de comando S de acordo com o sinal de controle de abertura/fechamento SE e o mencionado acima sinal de ativação/desativação.

[0027] Em uma forma de realização, na condição em que o sinal de comando de abertura/fechamento SE determina o estado fechado do dispositivo semicondutor de comutação de potência T1, o bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, é configurado para desativar o dito dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 quando o sinal de ativação/desativação for um sinal de desativação.

[0028] Em particular, o bloco eletrônico de acionamento compreende um elemento de acionamento eletrônico opto-isolado 203, de tipo conhecido para os especialistas na arte, que apresenta um terminal de saída O1 conectado a um pino EN de habilitação de um dispositivo de acionamento DV. Tal dispositivo de acionamento DV é dotado de um respectivo pino de saída Po conectado ao terminal de comando G do dispositivo semicondutor de comutação T1. O dito dispositivo de acionamento DV, em particular, é dotado de circuitos lógicos digitais capazes de realizar, de uma maneira conhecida per se, as ditas funções descritas acima para as quais o bloco eletrônico de acionamento é configurado.

[0029] Tal elemento de acionamento opto-isolado 203 é configurado para fornecer o sinal digital de controle de abertura/fechamento SE, em particular, um sinal de nível baixo (0 lógico), no terminal de saída O1 para habilitar o sinal de comando S através do dispositivo de acionamento DV no terminal de comando G. Em maior detalhe, o elemento de acionamento opto-isolado 203 é adaptado para gerar o sinal digital de controle de abertura/fechamento SE (0 lógico) com base em um sinal de controle CTRL aplicado externamente ao relé de estado sólido 200, por exemplo, aplicado a um terminal de entrada IN1 do elemento de acionamento opto-isolado 203. Tal sinal de controle CTRL é, por exemplo, gerado pela unidade de processamento BMS 108 (não mostrada na figura 2).

[0030] Além disso, o relé de estado sólido 200 da presente invenção compreende um bloco eletrônico 301 para a detecção de uma corrente I, que atravessa o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1. Tal bloco de detecção eletrônico compreende um primeiro dispositivo eletrônico 301 que apresenta uma primeira entrada 3 e uma segunda entrada 4 conectadas aos primeiro 1 e segundo 2 terminais elétricos do relé 200, respectivamente. Em particular, o dito primeiro dispositivo eletrônico compreende um amplificador operacional 301 configurado para gerar o primeiro sinal S1, em particular, um sinal de tensão digital, indicativo de uma diferença de potencial entre os mencionados acima primeiro 1 e segundo 2 terminais.

[0031] Por exemplo, o dito amplificador operacional 301 apresenta um ganho tal que um diferencial de tensão analógica de várias centenas de milivolts aplicados à entrada do amplificador 301 é adaptado para gerar um sinal digital de tensão na faixa de 0 a 3 V.

[0032] O mencionado acima diferencial de potencial entre os primeiro 1 e segundo 2 terminais é gerado pela corrente I que atravessa a resistência total Rtot presente entre os primeiro 1 e segundo 2 terminais quando o comutador semicondutor T1 se encontra no estado fechado (ON). Em detalhe, tal resistência Rtot compreende (e em uma forma de realização corresponde substancialmente à) à soma da resistência dreno-fonte RDSon do dispositivo semicondutor de comutação T1 no estado fechado e das resistências de conexão adesiva RB, ou seja, Rtot = RDSon + 2RB.

[0033] É importante notar que cada uma dentre as mencionadas acima resistências de conexão adesiva RB é associada com uma conexão elétrica entre os mencionados acima terminais condutores D, S e o respectivo primeiro 1 ou segundo 2 terminal elétrico.

[0034] Por exemplo, para os valores de corrente I de aproximadamente 400 Ampéres, o valor da resistência de dreno-fonte RDSon do dispositivo semicondutor de comutação T1 no estado fechado é de aproximadamente 500 a 700 μOhm e o valor da resistência de conexão adesiva RB é de aproximadamente cerca de 200 a 400 μOhm.

[0035] Com referência à figura 2, é importante notar que a segunda entrada 4 do amplificador opcional 301 e o segundo terminal 2 do relé 200 são conectados a um potencial de referência baixo ou potencial de terra GND2.

[0036] Além disso, o dispositivo eletrônico de detecção de corrente I compreende, em uma opção de forma de realização, uma respectiva unidade de processamento MIC operacionalmente associada com o relé de estado sólido 200 e diferente do mencionado acima bloco de acionamento, 203 ou DV. No exemplo da figura 2, tal unidade de processamento MIC é associada com a porção do circuito de controle B do relé 200.

[0037] Tal unidade de processamento inclui um micro-controlador MIC que apresenta um primeiro pino de entrada P1 conectado a uma saída do amplificador operacional 301 para receber o mencionado acima primeiro sinal S1.

[0038] O micro-controlador MIC é configurado para detectar a corrente I que atravessa o dispositivo semicondutor de comutação T1 de acordo com um processamento realizado em tal primeiro sinal S1, conforme será descrito em maior detalhe abaixo.

[0039] O micro-controlador MIC compreende ainda um primeiro pino de saída P3 conectado a uma dentre as duas entradas por meio de uma primeira porta lógica, em particular, uma porta OU 302, em que a respectiva saída é conectada a um pino de desabilitação DIS do dispositivo de acionamento DV. Por exemplo, tal pino de desabilitação DIS do acionador DV é ativado por um sinal de nível lógico alto (1 lógico).

[0040] Se o micro-controlador MIC detectar uma condição anormal de operação da corrente I mencionada acima, devido à dita corrente I ser maior do que um valor máximo predeterminado IMAX, que impõe a desativação do comutador T1, o micro-controlador MIC é configurado para gerar um respectivo sinal digital S3 de nível alto (1 lógico) no primeiro pino de saída P3 a ser enviado para o dispositivo de acionamento DV, por meio da porta lógica OU 302, para desativar o sinal de comando S aplicado ao terminal de comando G e para desconectar o dispositivo semicondutor de comutação T1.

[0041] Deste modo, o micro-controlador MIC implementa uma proteção de sobre- corrente do relé de estado sólido 200 da presente invenção, em particular, uma proteção de tipo software, ou seja, de acordo com as funções do software de programação do próprio micro-controlador MIC.

[0042] De acordo com uma forma de realização, o relé de estado sólido 200 compreende ainda um bloco eletrônico de detecção de temperatura 204 conectado a um segundo pino de entrada P2 do micro-controlador MIC. Tal bloco eletrônico de detecção de temperatura 204 é configurado para gerar um segundo sinal S2 indicativo de uma temperatura do dispositivo semicondutor de comutação de potência T1.

[0043] Em particular, o dito segundo sinal S2 é disponibilizado para o micro- controlador MIC no mencionado acima segundo pino de entrada P2.

[0044] Em uma forma de realização, o bloco eletrônico de detecção de temperatura 204 ou o sensor temperatura inclui um termistor, por exemplo, de tipo NTC (coeficiente negativo de temperatura), conectado em série a outro resistor R1 entre um potencial de energia VDD2 e um potencial de referência de terra GND2.

[0045] Um nó intermediário N entre o termistor NTC e outra resistência R1 é conectado ao segundo pino de entrada P2 do micro-controlador MIC para tornar o dito segundo sinal S2 disponível em tal pino.

[0046] Em uma forma de realização alternativa da presente invenção, o micro- controlador MIC é configurado para detectar a corrente I que atravessa o dispositivo semicondutor de comutação T1 de acordo com um processamento realizado a partir do primeiro sinal S1 e do segundo sinal S2.

[0047] Em adição, o relé de estado sólido 200 compreende um circuito de proteção de sobre-corrente 303, 304 configurado para desativar o sinal de comando S no terminal de comando G do dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 caso a corrente I, que atravessa o comutador T1, seja maior do que o valor máximo predeterminado IMAX. Em particular, tal circuito de proteção de sobre-corrente 303, 304 do relé 200 intervém tanto de forma autônoma quanto caso a mencionada acima intervenção de proteção de sobre-corrente do micro-controlador MIC não intervenha.

[0048] Tal circuito de proteção compreende um dispositivo comparador 303, por exemplo, um amplificador operacional, apresentando um respectivo primeiro terminal de entrada IN conectado à saída do amplificador operacional 301 para receber o mencionado acima primeiro sinal S1 e um segundo terminal de entrada adaptado para receber um sinal de limiar THR. Tal comparador 303 compreende um respectivo terminal de saída OUT conectado a uma primeira entrada de uma segunda porta lógica, em particular, uma porta E 304, a segunda entrada da qual é conectada ao terminal de saída O1 do elemento de acionamento opto-isolado 203.

[0049] É importante notar que a segunda entrada da porta E 304 é adaptada para receber o inverso do sinal lógico presente no terminal de saída O1 do elemento de acionamento opto-isolado 203.

[0050] É importante notar que tal proteção é ativada quando há um sinal lógico de nível alto (1 lógico) na saída OUT do comparador 303.

[0051] Assumindo que quando o sinal de controle CTRL for ativo, o sinal de controle de abertura/fechamento SE é um sinal de nível lógico baixo (0 lógico), o comparador 303 é adaptado para fornecer um sinal de nível lógico baixo (0 lógico) para a primeira entrada da segunda porta E 304, caso o primeiro sinal S1 seja menor do que o limiar THR. Portanto, o sinal de nível lógico baixo (0 lógico) é fornecido à segunda entrada da porta OU 302 a qual mantém o pino de desabilitação DIS do controlador de dispositivo DV em nível baixo.

[0052] Inversamente, se o primeiro sinal S1 for maior do que o limiar THR, o comparador 303 é adaptado para fornecer um sinal de nível alto (1 lógico) para a primeira entrada da segunda porta E 304. Portanto, o sinal de nível lógico alto (1 lógico) é fornecido na entrada para a porta OR 302 e, portanto, para o pino de desabilitação DIS do dispositivo de acionamento DV que desativa o sinal de comando S.

[0053] Tal circuito de proteção 303, 304 implementa, assim, uma proteção de sobre-corrente do relé de estado sólido 200 da presente invenção, em particular, de tipo hardware.

[0054] É importante notar que a proteção de sobre-corrente vantajosamente implementada pelo micro MIC e pelo circuito de proteção 303, 304 permite proteger tanto o relé de estado sólido 200 quanto todo o circuito do sistema de movimentação 1000 do veículo.

[0055] Em adição, o relé de estado sólido 200 compreende um dispositivo de interface 350, por exemplo, do tipo CAN (Rede de Área Local) ou semelhante, em particular, de tipo opto-isolado, apresentando os terminais de transmissão-recepção de dados TX, RX conectados aos correspondentes pinos de transmissão-recepção de dados PTX, PRX do micro-controlador MIC. Tal interface CAN 350 é configurada para ser conectada também na unidade de processamento BMS 108 por meio de terminais de conexão CANH, CANL.

[0056] Por meio de dita interface CAN 350, que possivelmente inclui também um dispositivo de comunicação emissor-receptor 351, o relé de estado sólido 200 é adaptado para trocar os valores de corrente I detectados pelo micro-controlador MIC, as informações sobre a temperatura do comutador semicondutor T1 e outras informações úteis para controlar e gerir o próprio relé 200 com o exterior.

[0057] Em adição, o dispositivo de interface CAN 350 e o respectivo transceptor 351 podem vantajosamente ser utilizados durante a etapa de fabricação para a programação do micro-controlador MIC e calibrar o relé de estado sólido 200 e durante a etapa de desenvolvimento e após a fabricação para a conexão do relé 200 tanto nos testadores de diagnóstico do relé 200 quanto nos dispositivos adaptados para fornecer os programas de calibração por meio dos terminais de conexão do CANH, CANL.

[0058] O relé de estado sólido 200 na figura 2 compreende ainda um conversor DC/DC opto-isolado 205 configurado para gerar a tensão de alimentação VDD2 e o potencial de referência de terra GND2 a ser fornecido ao dispositivo de acionamento DV, ao comparador 303, ao amplificador operacional 301, ao micro-controlador MIC e ao bloco eletrônico de detecção de temperatura 204. Em particular, tal fonte de alimentação VDD2 e o potencial de referência de terra GND2 são gerados a partir de uma primeira tensão de alimentação VDD1 e um primeiro potencial de referência de terra GND1 aplicados fora do próprio relé 200.

[0059] Com referência à figura 3, em uma segunda forma de realização do relé de estado sólido da presente invenção, o dito relé 300 compreende ao menos um dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 conectado entre um primeiro 1 e um segundo 2 terminais elétricos do relé. O dito primeiro terminal elétrico 1 é conectado a uma primeira porção do circuito elétrico do sistema de movimentação 1000 descrito acima, por exemplo, no bloco de células 102 da bateria 100. O segundo terminal elétrico 2 é conectado a uma segunda porção do circuito elétrico do sistema de movimentação 1000, ou seja, no inversor IV do conjunto de carga, por meio do barramento 101.

[0060] Tal dispositivo semicondutor de comutação T1 compreende os terminais condutores de dreno D e de fonte S conectados ao primeiro 1 e ao segundo 2 terminais do relé de estado sólido 200 por meio das respectivas resistências de soldagem ou resistências de conexão adesiva RB, e um terminal de comando ou terminal de porta G, respectivamente.

[0061] É importante notar que o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1, que representa o comutador lógico do relé de estado sólido 300, é totalmente semelhante ao descrito com referência à figura 2.

[0062] O relé de estado sólido 300 compreende ainda um bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, do dispositivo semicondutor de comutação T1 configurado para gerar um sinal de comando S aplicado ao terminal de comando G para comutar o dito dispositivo semicondutor de comutação T1 a partir de um estado fechado/aberto (ON/OFF) para um estado aberto/fechado para desconectar/conectar o bloco de células 102 do/ao inversor IV do conjunto de carga.

[0063] Como ilustrado acima, também nesta forma de realização, o bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, é configurado para receber um sinal de controle de abertura/fechamento SE e receber um sinal de ativação/desativação que depende do primeiro sinal S1 indicativo de uma diferença de potencial entre os primeiro1 e segundo 2 terminais. O bloco eletrônico de acionamento é configurado ainda para gerar o sinal de comando S de acordo com o sinal de controle de abertura/fechamento SE e o mencionado acima sinal de ativação/desativação.

[0064] Em um exemplo de implementação, na condição em que o sinal de controle de abertura/fechamento SE determina o estado fechado do dispositivo semicondutor de comutação de potência T1, o bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, é configurado para desativar o dito dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 quando o sinal de ativação/desativação for um sinal de desativação.

[0065] É importante notar que a bloco eletrônica de acionamento, 203 ou DV, pode ser feito conforme descrito acima com referência ao relé na figura 2.

[0066] Em particular, o bloco eletrônico de acionamento compreende um elemento de acionamento opto-isolado eletrônico 203 que apresenta um terminal de saída O1 conectado a um pino de ativação EM de um dispositivo de acionamento DV apresentando um respectivo pino de saída Po conectado ao terminal de comando G do dispositivo semicondutor de comutação T1.

[0067] O dito elemento de acionamento opto-isolado 203 é configurado para fornecer o sinal digital de controle de abertura/fechamento SE (lógica 0) em dito terminal de saída O1 para habilitar o sinal de comando S através do dispositivo de acionamento DV no terminal de comando G do dispositivo semicondutor de comutação T1.

[0068] Em maior detalhe, o elemento de acionamento opto-isolado 203 é adaptado para gerar o sinal de controle de abertura/fechamento SE de acordo com um sinal de controle CTRL aplicado externamente ao relé 300, por exemplo, aplicado a um terminal de entrada IN1 do elemento de acionamento opto-isolado 203. Tal sinal de controle CTRL é, por exemplo, gerado pela unidade de processamento BMS 108 (não mostrada na figura 3).

[0069] Em adição, o relé de estado sólido 300 da presente invenção compreende um bloco eletrônico para a detecção de uma corrente I que atravessa o dispositivo semicondutor de comutação T1.

[0070] Tal bloco de detecção de corrente compreende um respectivo primeiro dispositivo eletrônico 201 que apresenta uma primeira entrada 3 e uma segunda entrada 4 conectadas ao mencionado acima primeiro 1 e segundo 2 terminais elétricos, respectivamente. É interessante notar que, neste caso, a segunda entrada 4 e o segundo terminal 2 são ambos conectados a um potencial de referência de terra GND2.

[0071] Em particular, o dito primeiro dispositivo eletrônico compreende um amplificador operacional opto-isolado 201, de tipo conhecido para os especialistas na arte, configurado para gerar o primeiro sinal S1, indicativo de uma diferença de potencial entre o mencionado acima primeiro 1 e segundo 2 terminais.

[0072] O dito primeiro sinal S1, em particular um sinal analógico de tensão, é disponibilizado fora do relé 300, por exemplo, na unidade de processamento BMS 108. É interessante notar que também o bloco eletrônico para a detecção de corrente I do relé de estado sólido 300 pode compreender uma unidade de processamento separada do mencionado acima bloco de acionamento, 203 ou DV, que neste caso pode ser a mesma unidade de processamento BMS 108 fora do relé 300.

[0073] Vantajosamente, tal unidade de processamento BMS 108 é configurada para detectar a corrente I que atravessa o dispositivo semicondutor de comutação T1 de acordo com um processamento realizado em tal primeiro sinal S1.

[0074] No caso em que a unidade de processamento BMS 108 detecte quaisquer falhas a partir da corrente I, em particular uma condição de sobre-corrente, a própria unidade BMS 108 é configurada para desativar o sinal de controle CTRL para inibir o sinal de comando S aplicado ao terminal de comando G, desconectando o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1.

[0075] De acordo com uma forma de realização, o relé de estado sólido 300 compreende ainda um bloco eletrônico de detecção de temperatura 202, 204 configurado para gerar um segundo sinal S2 indicativo de uma temperatura do dispositivo semicondutor de comutação de potência T1.

[0076] Com referência ao exemplo na figura 3, tal bloco eletrônico de detecção de temperatura compreende um amplificador operacional opto-isolado 202 conectado a um sensor de medição de temperatura 204. Tal sensor inclui um termistor, por exemplo, do tipo NTC, conectado em série a outro resistor R1 entre uma potência de tensão VDD2 e o potencial de referência de terra GND2. Um nó intermediário N entre o NTC e o outro resistor R1 é conectado a uma entrada 202’ do amplificador operacional opto-isolado 202 para tornar o dito segundo sinal S2 disponível fora do relé de estado sólido 300, por exemplo, para a unidade de processamento BMS 108. Em particular, o segundo sinal S2 mencionado acima é um sinal analógico de tensão.

[0077] Em uma forma de realização alternativa da presente invenção, a unidade de processamento BMS 108 é configurada para detectar a corrente I que atravessa o dispositivo semicondutor de comutação T1 de acordo com um processamento realizado a partir do primeiro sinal S1 e do segundo sinal S2.

[0078] Em adição, o relé de estado sólido 300 compreende um respectivo circuito de proteção de sobre-corrente 303, 304 configurado para desativar o sinal de comando S no terminal de comando G do dispositivo semicondutor de comutação T1 quando ocorrer uma condição de sobre-corrente.

[0079] Tal circuito de proteção compreende um dispositivo comparador 303, por exemplo, um amplificador operacional, apresentando um respectivo primeiro terminal de entrada IN conectado ao primeiro terminal elétrico 1 para receber a tensão entre o primeiro 1 e o segundo 2 terminais e um segundo terminal de entrada adaptado para receber um sinal de limiar THR. Tal comparador 303 compreende uma respectiva saída OUT conectada a uma primeira entrada de uma porta lógica, em particular, uma porta E 304, a segunda entrada da qual é conectada ao terminal de saída O1 do elemento de acionamento opto-isolado 203. É interessante observar que o sinal lógico na segunda entrada da porta E 304 é o inverso do sinal lógico no terminal de saída O1 do elemento de acionamento opto-isolado 203.

[0080] A respectiva saída da porta E 304 é conectada ao pino de desabilitação DIS do dispositivo de acionamento DV.

[0081] Assumindo que o sinal de controle CTRL seja ativado, o sinal de controle de abertura/fechamento SE será um sinal baixo nível lógico (lógica 0) para permitir o sinal de comando S através do acionador DV.

[0082] Neste caso, quando a tensão entre o primeiro 1 e segundo 2 terminais do relé 300 for menor do que o limiar THR, o comparador 303 é adaptado para fornecer um sinal de nível lógico baixo (0 lógico) para a primeira entrada da porta E. Portanto, um sinal de nível lógico baixo (0 lógico) é fornecido para desabilitar o pino de desabilitação DIS do dispositivo de acionamento DV e o comutador T1 é mantido ativado (ON).

[0083] Por outro lado, se a tensão entre o primeiro 1 e segundo 2 terminais do relé 300 for maior do que o limiar THR, o comparador 303 é adaptado para fornecer um sinal de nível lógico alto (1 lógico) para a primeira entrada da porta E 304. Portanto, um sinal de nível lógico alto (1 lógico) é fornecido na entrada para o pino de desabilitação DIS do dispositivo de acionamento DV para desativar o sinal de comando S e desconectar o comutador de potência T1.

[0084] Assim, o dito circuito de proteção 303, 304 implementa uma proteção de sobre-corrente de tipo hardware do relé de estado sólido 300.

[0085] O relé de estado sólido 300 compreende ainda um conversor DC/DC opto- isolado 205 configurado para gerar a tensão de alimentação VDD2 e o potencial de referência de terra GND2 a ser fornecido ao dispositivo de acionamento DV, ao comparador 303, ao bloco eletrônico de detecção de temperatura 204 e aos amplificadores operacionais opto-isolados 201, 202. Em particular, tal fonte de alimentação VDD2 e o potencial de referência de terra GND2 são gerados a partir de uma primeira tensão de alimentação VDD1 e um primeiro potencial de referência de terra GND1 aplicado fora do relé 300.

[0086] Com referência à figura 4, é mostrada uma forma de realização de um modo de operação para a detecção de uma corrente I que atravessa o elemento semicondutor de comutação T1. Em tal figura 4, é assumido que os passos do método são implementados pelo micro-controlador MIC (diagramaticamente representados pelo bloco com uma linha tracejada) do relé de estado sólido 200 da presente invenção descrito com referência à figura 2. No relé de estado sólido 300 da figura 3, no qual não há o micro- controlador MIC, é assumido que tais operações são executadas diretamente pela unidade de processamento BMS 108.

[0087] Em particular, o amplificador operacional 301 mede a diferença de potencial entre o primeiro 1 e o segundo 2 terminais do relé 200, ou seja, a soma da queda de tensão na resistência dreno-fonte RDSON de dito dispositivo T1 e a queda de tensão nas duas resistências de conexão adesiva RB, assumindo que o MOSFET de potência T1 se encontra no estado fechado (ON). O amplificador operacional 301 gera, em conseqüência, o primeiro sinal de tensão S1.

[0088] O sensor de temperatura 204 é adaptado para gerar o segundo sinal S2 indicativo da temperatura associada com o dispositivo de comutação T1, também um sinal de tensão. O dito segundo sinal S2 é processado pelo micro-controlador MIC por meio de uma primeira tabela de consulta LUT1 pré-estabelecida, armazenada em uma memória específica associada com o micro-controlador MIC, para associar um sinal ST indicativo da temperatura do comutador T1 com o dito segundo sinal de tensão S2.

[0089] De acordo com o primeiro sinal S1 e o dito sinal de temperatura ST, o micro- controlador MIC é configurado para estimar a resistência Rtot presente entre os mencionados acima primeiro 1 e segundo 2 terminais por meio da extrapolação deles a partir de uma segunda tabela LUT2 pré-estabelecida de acordo com uma caracterização da resistência total presente entre o primeiro 1 e o segundo 2 terminais do relé 200. A dita segunda tabela LUT2 também é armazenada em uma memória apropriada do micro- controlador MIC.

[0090] De acordo com a tensão nos terminais de 1, 2, ou seja, S1, e o valor estimado da resistência Rtot, o micro-controlador MIC é adaptado para calcular a corrente I que atravessa o MOSFET T1, em particular, pela determinação da proporção entre o primeiro sinal S1 e a mencionada acima resistência Rtot.

[0091] Em uma forma de realização alternativa do método de detecção da corrente I descrito acima, isto pode ser feito sem a informação da temperatura, com base na estimativa de corrente apenas na aquisição do primeiro sinal S1 e assumindo que opere a uma temperatura constante, por exemplo, 50° C. Em tal caso, o micro-controlador MIC é configurado para estimar a resistência Rtot presente entre os primeiro 1 e segundo 2 terminais mencionados acima, extrapolando eles a partir de uma respectiva tabela LUT2’ pré-estabelecida, baseada em uma caracterização da resistência total presente entre o primeiro 1 e segundo 2 terminais do relé 200 em tal temperatura constante.

[0092] De um modo vantajoso, uma das resistências de conexão adesiva RB do relé de estado sólido 200, 300 pode ser configurada para operar como um fusível para proteger todo o circuito do sistema de movimentação 1000 de um veículo.

[0093] Em particular, de acordo com uma forma de realização do relé 200, 300, tal resistência de conexão adesiva RB selecionada é dimensionada e configurada de acordo com um valor operacional de corrente máxima utilizada para o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1 e de acordo com um valor de sobre-corrente não tolerável pré- determinado (que, portanto, não deve ser excedido), que é mais elevado do que o valor máximo de operação. Desse modo, tal resistência de conexão adesiva RB opera como um fusível e derrete no valor de corrente entre o valor máximo de operação e o valor de sobre- corrente não tolerável, desconectando, assim, um dos terminais condutores D ou S do comutador T1 do respectivo primeiro 1 ou segundo 2 terminal elétrico.

[0094] Na prática, isto é obtido, por exemplo, por meio da seleção de uma liga metálica adequada para fazer a conexão adesiva.

[0095] Em adição, tal liga pode ser escolhida de modo que ela apresente um coeficiente térmico positivo adequado. Desse modo, quando a temperatura variar, o valor das resistências de conexão adesiva RB aumenta e uma função de fusível é produzida.

[0096] É importante notar que o relé de estado sólido 200, 300, objeto da presente invenção, é, por exemplo, configurado para ser incluído em uma bateria 100 de um sistema de movimentação 1000 de um veículo automotivo usando uma bateria 102 com células C de lítio de 48 volts. Em particular, um único relé eletrônico 200, 300 é fornecido na linha de conexão L1 no terminal positivo da bateria 102 e gerenciado pela unidade de processamento BMS.

[0097] Uma forma de realização de uma estrutura tridimensional do relé de estado sólido, por exemplo, do relé 200 na figura 2, é descrita a seguir com referência às figuras 5A a 5D. Em particular, os valores mencionados anteriormente ilustram os componentes estruturais do relé que podem ser conectados um ao outro mecanicamente para formar a estrutura do relé de estado sólido 200. Apesar de que a seguir será feita referência de forma explícita para a forma de realização do relé de estado sólido 200, as mesmas considerações se aplicam para o relé 300 descrito com referência à figura 3.

[0098] Com referência à figura 5a, a estrutura tridimensional do relé de estado sólido 200 compreende um suporte de metal 501 formado por uma placa ou folha de metal substancialmente retangular apresentando um comprimento de cerca de 62 milímetros, aproximadamente 55 milímetros de largura e cerca de 3 mm de espessura. Tal placa de metal 501, que também é configurada para operar como um elemento dissipador de calor do relé 200, inclui os orifícios passantes 502, em particular, quatro orifícios passantes proximais aos vértices da placa 501, cada um adaptado para acomodar um respectivo elemento de fixação para a montagem da estrutura do relé 200.

[0099] Com referência à figura 5B, a estrutura tridimensional do relé de estado sólido 200 compreende ainda uma estrutura 503, que forma o elemento principal da estrutura do relé 200 e é feita, por exemplo, por injeção de material plástico com elementos de tipo elétrico e/ou mecânico.

[00100] Tal estrutura 503 inclui o primeiro 1 e o segundo 2 terminais elétricos configurados para conectar o módulo 200 na primeira porção de circuito elétrico, ou seja, ao bloco de células 102 da bateria 100, e na segunda porção do circuito elétrico, ou seja, no inversor IV do conjunto de carga por meio do barramento 101, respectivamente.

[00101] Em maior detalhe, os ditos terminais elétricos 1, 2 se projetam para o exterior da estrutura 503 ao longo de um mesmo eixo longitudinal de desenvolvimento da estrutura em direções opostas e são feitos, por exemplo, de uma liga de cobre esmaltado. Cada um dentre os terminais 1, 2 compreende um primeiro orifício passante roscado 504 disposto em posição distal em relação à estrutura 503 e uma porção autônoma 505 no interior da estrutura 503 adaptada para conectar eletricamente, por meio de conexões metálicas, tal terminal aos dispositivos eletrônicos alojados na estrutura 503. As conexões metálicas na figura 5B correspondem às resistências de conexão adesiva RB na figura 2.

[00102] A estrutura de material plástico 503 também inclui os meios de fixação, de preferência, buchas de fixação 506, por exemplo, feitas de latão, em particular, quatro buchas, para fixar mecanicamente a estrutura 503 a uma estrutura de fixação fora do relé 200. As buchas 506 são coaxiais aos furos 502 da placa 501.

[00103] Em adição, a estrutura 503 inclui os elementos condutores 507 (em particular cinco elementos condutores) configurados para fazer a conexão elétrica entre a primeira placa de circuito impresso 508 (PCB interna) e uma segunda placa de circuito impresso 509 (PCB externa).

[00104] Em maior detalhe, a primeira placa de circuito impresso 508 é feita, por exemplo, sobre um substrato de cerâmica e é fixada na estrutura 503. A dita primeira placa de circuito impresso 508 compreende os MOSFETs que implementam o dispositivo semicondutor de comutação de potência T1. Em adição, a primeira placa de circuito impresso 508 compreende o bloco eletrônico de detecção de temperatura 204. No exemplo específico, é assumido que o comutador T1 é feito por meio de quatro transistores MOSFET, um primeiro par de MOSFETs canal P, dispostos mutuamente em paralelo e um segundo par de MOSFETs canal N, dispostos mutuamente em paralelo. Os primeiro e segundo pares de MOSFETs são conectados uns aos outros em série para implementar o comutador de estado sólido T1. Tal solução é adequada para aplicações para correntes até 400 a 500A. Para correntes mais elevadas, uma solução correspondente da forma de realização contempla a utilização de um número maior de MOSFETs conectados uns aos outros em paralelo.

[00105] O segundo circuito impresso 509, distinto do primeiro circuito impresso 508, e separado da estrutura 503, é mostrado na figura 5C. Esta segunda placa de circuito impresso 509 compreende, entre outros, o bloco eletrônico de acionamento, 203 ou DV, e o bloco eletrônico para a detecção de corrente I, e todo o circuito lógico do relé 200 (por exemplo, o micro-controlador MIC, os amplificadores operacionais 301, 303 e as portas lógicas 302, 304). Em adição, a segunda placa de circuito impresso 509 compreende um conector elétrico 510, por exemplo, com cinco pólos, para a interface de tais circuitos lógicos fora do relé 200.

[00106] Em adição, a segunda placa de circuito impresso 509 compreende os respectivos elementos condutores 507’ para conectar eletricamente o circuito lógico aos dispositivos de potência da primeira placa de circuito impresso 508.

[00107] Esta segunda placa de circuito impresso 509 compreende ainda os orifícios passantes 511 associados com orifícios semelhantes na estrutura 503 configurada para alojar outros elementos de fixação para a fixação do segundo circuito impresso 509 sobre a estrutura 503. O segundo circuito impresso 509 fixado na estrutura 503 é sobreposto na primeira placa de circuito impresso 508.

[00108] Com referência à figura 5D, a estrutura tridimensional do relé 200 compreende ainda um elemento de cobertura ou tampa 512, por exemplo, de material plástico, fixado à estrutura 503 para cobrir os outros elementos estruturais do relé 200, assim, fechando-o. Em particular, a tampa 512 é configurada para alojar as primeira 508 e segunda 509 placas de circuito impresso.

[00109] Tal cobertura 512 compreende ainda um compartimento 513 apropriado, obtido no conector de cinco pólos 510 da segunda placa de circuito impresso 509.

[00110] A tampa 512 compreende os respectivos orifícios passantes 514, em particular, quatro orifícios coaxiais com as buchas 506 da estrutura 503 para permitir que tais buchas passem durante a montagem.

[00111] É importante notar que a figura 5D mostra uma vista de topo da estrutura do relé de estado sólido 200, com a tampa montada e com o primeiro 1 e o segundo 2 terminais elétricos na figura 5B projetantes.

[00112] O método de montagem da estrutura tridimensional do relé de estado sólido 200 descrito acima compreende as etapas a seguir: - a primeira placa de circuito impresso de cerâmica 508, incluindo os dispositivos de potência MOSFET e o bloco eletrônico de detecção de temperatura 204 são fixados por soldagem ao suporte de metal 501; - a suporte de metal 501 soldado na primeira placa de circuito impresso 508 é fixo, em particular, colado, na estrutura 503; - a operação de conexão elétrica é feita por meio de conexão metálica para conectar de forma eletricamente adesiva os dispositivos eletrônicos associados com a primeira placa de circuito impresso 508 para conectar esta última aos elementos condutores 507 da estrutura 503 e aos primeiro 1 e segundo 2 terminais elétricos; - os circuitos de potência associados com a primeira placa de circuito impresso 508 são cobertos com um gel de proteção; - a segunda placa de circuito impresso 509, que compreende a lógica e o conector 510 é fixada na estrutura 503, através dos meios de fixação que engatam os outros orifícios 511 e os orifícios correspondentes da estrutura 503, e é então eletricamente conectada à estrutura por meio de outros elementos condutores 507’; - por fim, a tampa de plástico 512 é inserida e colada, a qual cobre a porção lógica contida na segunda placa de circuito impresso 509 e encerra ela toda.

[00113] Como um todo, o relé de estado sólido 200 irá apresentar os dois terminais de liga de cobre 1, 2 para a conexão elétrica no barramento 101, o conector 510, 513 da lógica de cinco pólos (VDD1, GND1, CANH, CANL, CTRL) e quatro buchas de metal 506 para a conexão mecânica do relé para um dissipador de calor externo (não mostrado nas figuras).

[00114] O relé de estado sólido 200, 300 da presente invenção apresenta muitas vantagens.

[00115] De fato, por compreender dispositivos integrados e ser livre de partes mecânicas móveis, tal relé de estado sólido 200, 300 garante mais confiabilidade ao longo do tempo em relação a um relé eletromecânico.

[00116] Em adição, o relé 200, 300 fornece uma medição da diferença de potencial eficaz entre os terminais elétricos 1, 2 a ser conectado e desconectado, incluindo as quedas de tensão presente nas resistências de conexão adesiva RB, que podem ser variáveis de um dispositivo para outro. Isto permite uma estimativa mais precisa da corrente I que atravessa o comutador semicondutor T1 no estado fechado, e, portanto, torna as funções de proteção mais confiáveis e precisas.

[00117] Em adição, o relé 200, 300 da presente invenção pode incluir a função de detecção da corrente I, por meio da estimativa feita pelo micro-controlador MIC ou pela unidade de processamento BMS 108. Isso evita a necessidade de usar um sensor de corrente externo ao sistema de movimentação 1000, com economia considerável no custo associado com tal sensor.

[00118] Tais relés de estado sólido 200, 300 que incluem os dispositivos integrados são menores e mais leves do que os eletromagnéticos, com evidentes vantagens em termos de peso e dimensões do sistema de bateria.

[00119] Em adição, o relé de estado sólido 300 apresenta a vantagem de que tal dispositivo pode ser completamente gerenciado por um dispositivo externo, tal como, por exemplo, a unidade BMS 108, ou seja, não requer um componente de pré-programado dentro, ou seja, o relé 300 é ainda mais simples e menos dispendioso.

[00120] Os especialistas na arte podem efetuar alterações e adaptações das formas de realização do relé eletrônico de estado sólido descrito acima ou pode substituir os elementos por outros que sejam funcionalmente equivalentes a fim de satisfazer as necessidades contingentes, sem se afastar do escopo das reivindicações anexas. Todas as características descritas como pertencendo a uma possível forma de realização podem ser implementadas independentemente das outras formas de realização descritas.

Claims

1. Relé de estado sólido (200; 300), atuado eletricamente para desconectar/conectar uma primeira porção de um circuito elétrico (102) de/em uma segunda porção de dito circuito elétrico (IV, M), compreendendo: - ao menos um dispositivo semicondutor de comutador de potência (T1) conectado entre um primeiro terminal elétrico (1) do relé conectado à dita primeira porção do circuito elétrico (102) e um segundo terminal elétrico (2) do relé conectado à mencionada acima segunda porção do circuito elétrico (IV, M), respectivamente, por meio dos respectivos terminais condutores (D, S), e apresentando um terminal de comando (G), - um bloco eletrônico de acionamento (203, DV) de dito ao menos um dispositivo semicondutor de comutação (T1) configurado para gerar um sinal de comando (S) aplicado ao dito terminal de comando (G) para comutar o ao menos um dispositivo semicondutor de comutação (T1) a partir de um estado fechado/aberto para um estado aberto/fechado para desconectar/conectar a primeira porção de circuito elétrico (102) de/à a segunda porção do dito circuito elétrico (IV, M); - um bloco eletrônico para a detecção de uma corrente (I) que atravessa o dito ao menos um dispositivo semicondutor de comutador de potência (T1), o dito bloco eletrônico de detecção compreendendo: um primeiro dispositivo eletrônico (301; 201) que apresenta uma primeira entrada (3) e uma segunda entrada (4) conectadas aos ditos primeiro (1) e segundo (2) terminais elétricos, respectivamente, configurado para gerar um primeiro sinal (S1) indicativo de uma diferença de potencial entre o primeiro (1) e o segundo (2) terminais do relé de estado sólido gerada pela corrente (I) que atravessa uma resistência total (Rtot) presente entre o primeiro (1) e o segundo (2) terminais do relé quando o ao menos um dispositivo semicondutor de comutação (T1) está no estado fechado, caracterizado por a dita resistência total (Rtot) ser a soma de uma primeira resistência (RDSON) associada com o dispositivo semicondutor de comutação (T1) no estado fechado e das segundas resistências de conexão adesiva (RB), cada uma associada com uma conexão elétrica entre um dentre ditos terminais condutores (D, S) e tanto o respectivo dito primeiro (1) quanto segundo (2) terminal elétrico, e pelo fato de que o dito bloco eletrônico de acionamento é configurado para receber um sinal de controle de abertura/fechamento (SE), para receber ainda um sinal de ativação/desativação que depende de dito primeiro sinal (S1), e é configurado ainda para gerar o dito sinal de comando (S) com base no sinal de controle de abertura/fechamento (SE) e no sinal de ativação/desativação.

2. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por, quando o dito sinal de controle de abertura/fechamento (SE) determinar o estado fechado do dispositivo semicondutor de comutador de potência (T1), o dito bloco eletrônico de acionamento (203, DV) é configurado para desativar o dispositivo semicondutor de comutador de potência (T1) quando o sinal de ativação/desativação for um sinal de desativação.

3. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por compreender ainda uma unidade de processamento (MIC; 108) operacionalmente associada com o relé de estado sólido e distinta de dito bloco de acionamento (203, DV), a dita unidade de processamento (MIC; 108) sendo adaptada para receber o primeiro sinal (S1) para detectar a dita corrente (I) de acordo com um processamento realizado no dito primeiro sinal (S1).

4. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender ainda um bloco eletrônico de detecção de temperatura (204; 204, 202) configurado para gerar um segundo sinal (S2) indicativo de uma temperatura do dito dispositivo semicondutor de comutação de potência (T1), o dito segundo sinal (S2) sendo disponibilizado para a unidade de processamento (MIC; 108), a dita unidade de processamento sendo configurada para detectar a dita corrente (I) que atravessa o ao menos um dispositivo semicondutor de potência (T1) no estado fechado de acordo com um processamento realizado a partir do primeiro sinal (S1) e do segundo sinal (S2).

5. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uma de ditas segundas resistências de conexão adesivas (RB) ser dimensionada e configurada de acordo com um valor máximo pré-determinado de corrente operacional para o dispositivo semicondutor de comutação de potência (T1) e um valor pré-determinado de sobre-corrente não tolerável, maior do que o dita valor máximo operacional, de modo a que a dita resistência de conexão adesiva (RB) opera como um fusível e funde-se em valores de corrente entre o valor máximo operacional e o valor de sobre-corrente, desconectando assim um dos terminais condutores (D, S) do tanto do respectivo primeiro (1) quanto segundo (2) terminais elétricos.

6. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito bloco eletrônico de acionamento compreender um elemento eletrônico de acionamento opto-isolado (203) que apresenta um terminal de saída (O1) conectado a um pino de habilitação (EN) de um dispositivo de acionamento (DV), o dito dispositivo de acionamento (DV) sendo dotado de um pino de saída (Po) conectado ao terminal de comando (G) do dispositivo semicondutor de comutação (T1), o dito elemento de acionamento opto-isolado (203) sendo adaptado para gerar o sinal de controle de abertura/fechamento (SE) de acordo com um sinal de controle (CTRL) aplicado ao relé de estado sólido a partir de fora.

7. Relé de estado sólido (200), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a dita unidade de processamento compreender um micro-controlador (MIC) apresentando: - um primeiro pino de entrada (P1) conectado a uma saída do primeiro dispositivo eletrônico (301) para receber o mencionado acima primeiro sinal (S1); - um segundo pino de entrada (P2) conectado a uma primeira saída (N) do bloco eletrônico de detecção de temperatura (204) para receber o mencionado acima segundo sinal (S2); - um pino de saída (P3) operacionalmente conectado a um pino de desabilitação (DIS) do dispositivo de acionamento (DV) por meio de uma primeira porta lógica (302) para fornecer um terceiro sinal (S3) ao dito pino de desabilitação.

8. Relé de estado sólido (200), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a dita primeira porta lógica (302) ser uma porta lógica OU com duas entradas que apresentam uma dentre as duas entradas conectada ao pino de saída (P3) do micro- controlador (MIC) e uma saída conectada ao pino de desabilitação (DIS) do dispositivo de acionamento (DV).

9. Relé de estado sólido (200), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito bloco eletrônico de detecção de temperatura (204) compreender um termistor (NTC) conectado em série com uma resistência adicional (R1) entre um potencial de alimentação (VDD2) e um potencial de referência de terra (GND2) do relé, tal segundo sinal (S2) sendo disponibilizado em um nó de saída intermediário (N) entre o dito termistor (NTC) e a resistência adicional (R1).

10. Relé de estado sólido (200), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda um circuito de proteção de sobre-corrente que compreende: - um dispositivo comparador (303), apresentando um respectivo primeiro terminal de entrada (IN) conectado na saída do primeiro dispositivo eletrônico (301) para receber o dito primeiro sinal (S1) e um segundo terminal de entrada adaptado para receber o sinal de limiar (THR), o dito comparador compreendendo um respectivo terminal de saída (OUT); - uma segunda porta lógica (304) com duas entradas, que apresenta uma primeira entrada conectada ao respectivo terminal de saída (OUT) do comparador (303) e um segundo terminal de entrada conectado ao terminal de saída (O1) do elemento de acionamento opto-isolado (203).

11. Relé de estado sólido (200), de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a dita segunda porta lógica (304) ser uma porta lógica E adaptada para receber, na segunda entrada, o inverso do sinal lógico presente no terminal de saída (O1) do elemento de acionamento opto-isolado (203).

12. Relé de estado sólido (200), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por compreender ainda um dispositivo de interface opto-isolado (350, 351) que apresenta os terminais do transceptor de dados (TX, RX) conectados aos correspondentes pinos do transceptor de dados (PTX, PRX) do micro-controlador (MIC).

13. Relé de estado sólido (300), de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por compreender ainda um circuito de proteção de sobre-corrente que compreende: - um dispositivo comparador (303), apresentando um respectivo primeiro terminal de entrada (IN) conectado ao primeiro terminal elétrico (1) para receber a tensão entre o primeiro (1) e o segunda (2) terminais e o segundo terminal de entrada adaptado para receber um sinal de limiar (THR), o dito comparador compreendendo um respectivo terminal de saída (OUT); - uma porta lógica (304) com duas entradas, que apresenta uma primeira entrada conectada ao respectivo terminal de saída (OUT) do comparador (301) e um segundo terminal de entrada conectado ao terminal de saída (O1) do elemento de acionamento opto-isolado (203).

14. Relé de estado sólido (300), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por a dita porta lógica (304) ser uma porta lógica E adaptada para receber, na segunda entrada, o inverso do sinal lógico presente no terminal de saída (O1) do elemento de acionamento opto-isolado (203) e apresentando uma respectiva saída conectada ao dispositivo de acionamento (DV).

15. Relé de estado sólido (300), de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o dito bloco eletrônico de detecção de temperatura compreender: - um termistor (NTC) conectado em série com uma resistência adicional (R1) entre um potencial de alimentação (VDD2) e um potencial de referência de terra (GND2) do relé, tal segundo sinal (S2) sendo disponível em um nó de saída (N) que é na posição intermediária entre a dita resistência térmica (CNT) e a resistência adicional (R1); - um amplificador operacional opto-isolado (202) que apresenta uma respectiva entrada (202’) conectada ao dito nó de saída intermediário (N) para receber o dito segundo sinal (S2) a ser disponibilizado fora do relé (300).

16. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com qualquer uma dentre as reivindicações 1 a 15, caracterizado por o dito dispositivo semicondutor de comutação (T1) incluir dois ou mais dispositivos MOSFET de potência conectados entre si em paralelo e/ou em série.

17. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 1, apresentando uma estrutura tridimensional, caracterizado por compreender: - uma estrutura (503) incluindo os ditos primeiro (1) e segundo (2) terminais elétricos para conectar o relé na primeira porção de circuito elétrico (102) e na segunda porção de circuito elétrico (IV, M), respectivamente; - um primeiro circuito impresso (508) fixado na estrutura (503), o dito primeiro circuito impresso (508) compreendendo o dito ao menos um dispositivo semicondutor de comutação de potência (T1); - um segundo circuito impresso (509) compreendendo o dito bloco eletrônico de acionamento (203, DV) e o dito bloco eletrônico para a detecção de uma corrente (I), o dito segundo circuito impresso (509) sendo fixado na estrutura (503) de modo a ser sobreposto no primeiro circuito impresso (508); - um suporte de metal (501), o dito primeiro circuito impresso (508) sendo fixado no suporte de metal para ser fixado na estrutura (503).

18. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender ainda um elemento de cobertura (512) fixado na estrutura (503) e configurado para alojar os ditos primeiro (508) e segundo (509) circuitos impressos.

19. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que a dita estrutura (503) é feita por meio de injeção de material plástico com elementos de tipo elétrico e/ou mecânico.

20. Relé de estado sólido (200; 300), de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por o ao menos um dispositivo semicondutor de comutação de potência (T1) ser conectado eletricamente aos primeiro (1) e segundo (2) terminais elétricos por meio de ditas conexões elétricas adesivas (RB) e aos elementos condutores (507) previstos na estrutura (503), e pelo fato que o dito segundo circuito impresso (509) compreende ainda: - os primeiros elementos condutores (507’) adaptados para serem conectados eletricamente aos elementos condutores (507) da estrutura (503), - um conector elétrico (510) para fazer a interface do bloco eletrônico de acionamento (203, DV) e o bloco eletrônico de detecção de corrente com o exterior do relé.

21. Sistema de movimentação (1000), de um veículo de tração elétrica ou híbrida, caracterizado por compreender: - um conjunto de carga (IV, M), adaptado para gerar o movimento; - um conjunto de fonte de carga elétrica ou bateria (100) para armazenar a energia elétrica, conectada eletricamente ao conjunto de carga por meio de um barramento de corrente contínua (101); - ao menos um relé de estado sólido, conforme definido na reivindicação 1, para desconectar/conectar o dito conjunto de fonte de carga elétrica (100) de/ao conjunto de carga (IV, M) de uma forma controlada.