BR102016011934B1

BR102016011934B1 - Subsistema de controle contido em um nó incluído em um sistema de armazenamento e distribuição de energia, sistema de armazenamento e distribuição de energia e sistema de energia

Info

Publication number: BR102016011934B1
Application number: BR102016011934-0A
Authority: BR
Inventors: John C. Shelton; Brett GALURA; Jay Geinzer; Isaiah JEFFERSON; Wells Case Jacobson, Jr.
Original assignee: The Aes Corporation
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2023-01-24
Also published as: US20160352144A1; PH12016000207A1; CL2016001259A1; KR20160138925A; RU2016120358A; EP3098927A1; RU2690003C2; DK3098927T3; BR102016011934A2; EP3098927B1; US9929594B2; CN106208367A; PH12016000207B1; HUE050820T2; ES2791961T3; CN106208367B; PL3098927T3

Abstract

MÉTODO E SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA MODULAR. A presente invenção refere-se a um subsistema de controle configurado para controlar a transferência de energia, incluindo: um suprimento de energia CA/CC, um suprimento de energia ininterrupto; um processador; um comutador de Ethernet; uma primeira interface de comunicação configurada para enviar e / ou receber dados a partir de uma unidade de gerenciamento de bateria que monitora um subsistema de armazenamento, incluindo uma ou mais baterias; uma primeira interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de armazenamento; uma segunda interface de comunicação configurada para enviar e / ou receber dados a partir de um subsistema de energia que inclui um conversor de energia, e o subsistema de energia está configurado para ser conectado a uma linha de energia; e uma segunda interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de energia, em que o processador está configurado para enviar os sinais que controlam a carga e a descarga de pelo menos uma bateria, de uma ou mais baterias no subsistema de armazenamento.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[0001] Todos os conteúdos do pedido relacionado, intitulado “Automated Robotic Battery Tug,” Attorney Docket No. 0080451-000064 e pedido relacionado, intitulado “Method and System for SelfRegistration and Self-Assembly of Electrical Devices,” Attorney Docket No. 0080451-000080, são ambos aqui incorporados através de referência.

ANTECEDENTES

[0002] A presente invenção refere-se a um produto de armaze namento de energia na forma de um sistema de nó de bateria que pode ser usado em uma maneira modular em uma instalação de armazenamento de energia. A energia que é armazenada nas baterias do nó de armazenamento pode ser usada em uma variedade de cenários diferentes, incluindo aplicações, tais como, energia de emergência e controle de estabilidade de sistema com ciclos de trabalho oscilando de segundos a diversas horas.

SUMÁRIO

[0003] Um subsistema de controle configurado para controlar transferência de energia, incluindo subsistema de energia de CA/CC; um suprimento de energia ininterrupto; um processador; um comutador de Ethernet; uma primeira interface de comunicação configurada para enviar e / ou receber dados a partir de um subsistema de armazenamento, que tem uma ou mais baterias; uma primeira interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de armazenamento; uma segunda interface de comunicação configurada para enviar e / ou receber dados a partir de um subsistema de energia que inclui um conversor de energia, e o subsistema de energia está configurado para ser conectado a uma linha de energia; e uma segunda interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de energia, em que o processador está configurado para enviar os sinais que controlam a carga e a descarga de pelo menos uma bateria da uma ou mais baterias no subsistema de armazenamento.

[0004] Um sistema de armazenamento e distribuição de energia, incluindo um nó que inclui: um subsistema de armazenamento; um subsistema de controle e um subsistema de energia; o subsistema de armazenamento inclui uma ou mais baterias que são removíveis e carregáveis e/ou descarregáveis e o subsistema de armazenamento inclui um processador que é configurado para monitorar pelo menos uma bateria da uma ou mais baterias e é configurado para comunicar com o subsistema de controle; o subsistema de energia é configurado para ser conectado a uma linha de energia e o subsistema de energia inclui um conversor de energia, que converte energia de CA em energia de CC, quando a pelo menos uma bateria está sendo carregada e converte energia de CC em energia de CA, quando a pelo menos uma bateria está sendo descarregada; e o subsistema de controle é conectado ao subsistema de armazenamento e é conectado ao subsistema de energia, o subsistema de controle inclui um processador e o processador é configurado para controlar transferência de energia entre a unidade de gerenciamento de bateria e o subsistema de energia, em que o processador está configurado para enviar sinais que controlam a carga e a descarga da pelo menos uma batera e em que o processador é configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias.

[0005] Um sistema de armazenamento e distribuição de energia, incluindo uma pluralidade de nós, cada nó incluindo um subsistema de armazenamento, um subsistema de controle e um subsistema de energia, o subsistema de armazenamento inclui uma ou mais baterias, que são removíveis e carregáveis e o subsistema de armazenamento inclui um processador que é configurado para monitorar pelo menos uma bateria de uma ou mais baterias e é configurado para se comunicar com o subsistema de controle; o subsistema de energia é configurado para ser conectado a uma linha de energia e o subsistema de energia inclui um conversor de energia que converte energia de CA em energia de CC, quando a pelo menos uma bateria é descarregada, o subsistema de controle é conectado ao subsistema de armazenamento e é conectado ao subsistema de energia, o subsistema de controle inclui um processador e o processador é configurado para controlar a transferência de energia entre o subsistema de armazenamento e o subsistema de energia, em que o processador é configurado para enviar sinais que controlam a carga e a descarga da pelo menos uma bateria e em que o processador é configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias e um subsistema de controle de unidade conectado a cada um da pluralidade de nós e o subsistema de controle de unidade é configurado para monitorar um estado real da pluralidade de nós.

[0006] Esses e outros recursos e vantagens de modalidades particulares do método e do sistema de armazenamento de energia de unidade com base em nó serão agora descritos à guisa de modalidades exemplificativas às quais não estão limitadas.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0007] O escopo da presente descrição é melhor compreendido a partir da descrição detalhada seguinte de modalidades exemplificativas, quando lidas em conjunto com os desenhos anexos. Incluídas nos desenhos estão as seguintes figuras:

[0008] a figura 1 ilustra uma arquitetura de hardware do subsistema de controle de acordo com uma modalidade exemplificativa;

[0009] a figura 2 ilustra uma arquitetura de hardware do subsistema de controle de acordo com uma modalidade exemplificativa.

[0010] a figura 3 ilustra um painel frontal do subsistema de controle de acordo com uma modalidade exemplificativa;

[0011] a figura 4 ilustra uma arquitetura de sistema de energia de acordo com uma modalidade exemplificativa;

[0012] a figura 5 ilustra interconexões de componentes em um nó de acordo com uma modalidade exemplificativa;

[0013] a figura 6 ilustra uma arquitetura hierárquica de um sistema de energia de acordo com uma modalidade exemplificativa;

[0014] a figura 7 ilustra uma arquitetura de hardware de uma unidade de gerenciamento de bateria de acordo com uma modalidade exemplificativa; e

[0015] a figura 8 ilustra uma arquitetura de hardware do subsistema de energia de acordo com uma modalidade exemplificativa.

[0016] Outras áreas de aplicabilidade da presente descrição se tornarão evidentes da descrição detalhada proporcionada daqui em diante. Deve ser compreendido que a descrição detalhada de modalidades exemplificativas é destinada a fins de ilustração apenas e não são, portanto, destinadas, necessariamente, a limitar o escopo da descrição.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0017] Esta descrição proporciona modalidades exemplificativas apenas e não está destinada a limitar o escopo, a aplicabilidade ou a configuração do método e sistema de armazenamento de energia de unidade com base em nó. Várias mudanças podem ser feitas na função e na disposição de elementos, sem afastamento do espírito e do escopo do sistema e método como apresentados nas reivindicações anexas. Desse modo, várias modalidades podem omitir, substituir ou adicionar vários procedimentos ou componentes, conforme apropriado. Por exemplo, deve ser apreciado que, em modalidades alternativas, os métodos podem ser realizados em uma ordem diferente daquela descrita e que várias etapas podem ser adicionadas, omitidas ou combinadas. Também, recursos descritos com relação a certas modalidades podem ser combinados em várias outras modalidades. Aspectos e elementos diferentes das modalidades podem ser combinados de maneira similar.

1. Arquitetura de Subsistema de Controle de Nó A. Conexões Elétricas dos Componentes Localizados dentro do Subsistema de Controle de Nó

[0018] Um subsistema de controle 100 é uma unidade de controle que faz interface com um subsistema de energia 408 e um subsistema de armazenamento 434 que inclui uma unidade de gerenciamento de bateria 404 e pelo menos uma bateria 406. O subsistema de controle 100, o subsistema de energia 408 e o subsistema de armazenamento 434 compreendem uma unidade de energia chamada um nó 410. Um nó será explicado em maiores detalhes mais tarde. O subsistema de controle 100 pode enviar sinais para o subsistema de energia 408 e para a unidade de gerenciamento de bateria 404, que provam a carga ou a descarga de uma bateria ou baterias 406 pelos componentes no subsistema de energia 408. A unidade de gerenciamento de bateria 404 pode conectar e desconectar as baterias 406 no subsistema de armazenamento 434. O subsistema de controle 100 pode monitorar/ gerenciar o estado corrente, as condições (por exemplo, a longo prazo e a curto prazo) e/ou desempenho (por exemplo, a longo prazo e a curto prazo) das baterias e/ou outros componentes no sistema de armazenamento de energia. O estado corrente e os parâmetros das condições serão discutidos em maiores detalhes mais tarde.

[0019] A figura 1 mostra um subsistema de controle 100 e as conexões elétricas de vários componentes localizados dentro do subsistema de controle 100. Conforme mostrado na legenda da figura 1, uma linha interrompida denota uma linha de corrente alternada (CA) de, por exemplo, 120V. É possível que a tensão da CA seja qualquer outra tensão que não 120V. Também, na figura 1, uma linha cheia denta uma linha de corrente contínua (CC). É possível que linhas de CA sejam, em lugar disso, linhas de CC e que as linhas de CC sejam, em lugar disso, linhas de CA. Também é possível que as linhas na figura 1 sejam todas linhas de CA ou sejam todas linhas de CC ou qualquer combinação de linhas de CA e de CC.

[0020] O subsistema de controle 100 é configurado para controlar a transferência de energia. O subsistema de controle 100 inclui: um suprimento de energia de CA/CC 104 (por exemplo, um suprimento de energia de CC, como na figura 1); suprimento de energia ininterrupto (UPS) 106; um processador 102; um comutador de Ethernet 108; um comutador de energia 116; e um módulo de entrada de energia 120 (filtro de EMI, fusível, etc.). O processador 102 pode ser qualquer tipo de processador de computador, incluindo um computador de placa única, etc. Por exemplo, o processador 102 pode ser um processador único, uma pluralidade de processadores ou suas combinações. O processador 102 o ter um ou mais “núcleos” de processador. O computador de placa única pode ser, por exemplo, um computador de placa única Raspberry Pi. O computador de placa única pode inclui, por exemplo, um processador de 32 bits com uma arquitetura de núcleo ARM ou x86. Em uma modalidade exemplificativa, o computador de placa única pode usar um processador suportado por código embutido de MathWorks, Inc. Em uma modalidade exemplificativa, o computador de placa única pode incluir uma memória tenho uma capacidade de 512 MB ou mais. Alternativamente, a capacidade de armazenamento da memória do computador de placa única pode ser de qualquer tamanho. A memória poderia ser uma RAM, ROM, etc. Em uma modalidade exemplificativa, o software do subsistema de controle 100 pode ser armazenado fora do subsistema de controle 100.

[0021] O comutador de Ethernet 108 pode ser, por exemplo, um controlador de Ethernet de 10/100 Mbps ou mais rápido. O comutador de Ethernet 108 pode ter qualquer número de portas, por exemplo, pelo menos cinco portas. Uma primeira porta para o computador de placa única 102, uma segunda porta para o suprimento de energia ininterrupto 106, uma terceira porta para a unidade de gerenciamento de bateria 404 localizada (mostrado na figura 5) no subsistema de armazenamento 434, uma quarta porta para o subsistema de energia 408 e uma quinta porta para uma conexão de rede a montante.

[0022] O subsistema de controle 100 também inclui uma primeira interface de comunicação 216, configurada para enviar e/ou receber dados de um subsistema de armazenamento 434 que monitora uma ou mais baterias 406, que são removíveis e carregáveis.

[0023] As baterias podem ser de qualquer tipo e bateria, incluindo baterias recarregáveis, por exemplo, bateria de fluxo, célula de combustível chumbo-ácido, ar lítio, íon -lítio, sal fundido, níquel-cádmio (NiCd), níquel hidrogênio, ferro-níquel, hidreto metálico de níquel, níquel-zinco, radical orgânico, brometo de polissulfito, à base de polímeros, [íon-potássio, alcalina recarregável, ar de silício, íon de sódio, sódio-enxofre, super ferro, zinco-bromo, matriz de zinco, etc.) e /ou baterias não recarregáveis (por exemplo, alcalina, ar- alumínio, atómica, célula de Bunsen, ou célula de ácido crômico, celular Clark, celular Daniell, pilha seca, terra, frog, célula galvânica, célula de Grove, célula de Leclanche, limão, lítio, ar lítio, mercúrio, o sal fundido, oxi- hidróxido de níquel, radical orgânico, papel, batata, cadeia de Pulvermacher, reserva, óxido de prata, estado sólido, voltaico, ativada por água, célula de Weston, zinco- ar, zinco-carbono, cloreto de zinco, etc). O subsistema de armazenamento 434 pode incluir apenas um tipo de bateria ou uma combinação de diferentes tipos de baterias.

[0024] A primeira interface de comunicação 216 pode ser, por exemplo, um conector RJ-45, conforme mostrado na figura 2. A primeira interface de comunicação também pode ser qualquer outro tipo de conector de dados e pode consistir em um ou mais conectores.

[0025] O subsistema de controle 100 também inclui uma primeira interface de transferência 112 configuradas para transmitir energia para a unidade de gerenciamento de bateria 404. Por exemplo, a energia transmitida pode ser energia de controle e/ou auxiliar. A primeira interface de transferência 112 pode ser, por exemplo, um conector de CA IEC320 C13, conforme mostrado na figura 1. A primeira interface de transferência 112 também pode ser qualquer outro tipo de conector de dados e pode incluir um ou mais conectores.

[0026] O subsistema de controle 100 também inclui uma segunda interface de comunicação 218 configurada para enviar e/ou receber dados de um subsistema de energia 408. A segunda interface de comunicação 218 pode ser, por exemplo, um conector RJ-45 conforme mostrado na figura 2. A segunda interface de comunicação 218 também pode ser qualquer outro tipo de conector de dados e pode incluir um ou mais conectores. O subsistema de controle 100 também inclui um conector de saída de CA sobressalente 110 que pode ser, por exemplo, um conector de CA IEC320 C13. O subsistema de energia 408, mostrado na figura 4, inclui um conversor de energia 416 e o subsistema de energia 408 é configurado para ser conectado a uma linha de energia. O conversor de energia 416 pode ser um inversor de CA ou CC, o inversor tem a capacidade de se conectar ou desconectar. Uma modalidade exemplificativa do subsistema de energia 408 é mostrada na figura 8. Além do conversor de energia 416, o subsistema de energia 408 pode incluir, por exemplo, pelo menos um sensor 802, pelo menos um processador 804, pelo menos um disjuntor 806, pelo menos um capacitor 808, pelo menos uma memória 810, pelo menos um fusível 812 e pelo menos um contator 814.

[0027] Em uma modalidade exemplificativa, o subsistema de controle 100 pode incluir uma terceira interface de comunicação e/ou interfaces de energia de controle para um medidor de energia, usado para medir um ou mais de: tensão, corrente e qualidade da energia.

[0028] O subsistema de controle 100 da figura 1 também inclui uma segunda interface de transferência 114que é configurada para transmitir energia para o subsistema de energia 408. Por exemplo, a energia transmitida pode ser energia de controle e ou auxiliar. A segunda interface de transferência 114 pode ser, por exemplo, um conector de CA IEC320 C13, conforme mostrado na figura 1. A segunda interface de transferência 114 também pode ser qualquer outro tipo de conector de dados e pode incluir um ou mais conectores. Em uma modalidade exemplificativa, uma ou mais da primeira interface de transferência 112, a segunda interface de transferência 114 e o conector de saída de CA sobressalente 110 podem não ser energizados pelo suprimento de energia ininterrupto 106.

[0029] O processador 102 é configurado para enviar sinais que controlam a carga e a descarga de pelo menos uma bateria 406 no subsistema de armazenamento 434. O subsistema de controle 100 é usado para coordenar a transferência de energia entre o subsistema de armazenamento 434 e o subsistema de energia 408. O subsistema de energia 408 é responsável e transfere a mesma para a bateria ou baterias 406. O subsistema de energia 408 também pode puxar energia da bateria ou baterias e transfere a mesma para a grade.

[0030] O suprimento de energia ininterrupto 106, mostrado na figura 1, proporciona energia temporária de CA de 120V no caso de desconexão do subsistema de controle 100 de linhas de energia de instalação. O suprimento de energia ininterrupto 106 pode fornecer, por exemplo, 250 W em CA de 120V, sob um estado normal (isto é, CA de 120 V, externa, disponível) e um estado de perda de energia (isto é, nenhuma CA de 120 V externa disponível, vinda das baterias. O suprimento de energia ininterrupto 106 pode fornecer energia temporária em qualquer outra tensão ou nível de energia. Conforme mostrado, na figura 5, o suprimento de energia ininterrupto 106 pode proporcionar energia para o módulo de subsistema de energia 408 e para uma unidade de gerenciamento de bateria (BMU) 404 (isto é, um processador de computador) do subsistema de armazenamento 434. A unidade de gerenciamento de bateria 404 informa para o subsistema de energia 408 quando pode controlar (por exemplo, carga ou descarga) a bateria ou baterias 406. O suprimento de energia ininterrupto 106 pode, por exemplo, ter capacidade suficiente para proporcionar pelo menos cinco minutos de operação de saída de 250 W, CA de 120Vsob condições de perda de energia. O suprimento de energia ininterrupto 106 também pode incluir dispositivos protetores (fusíveis, disjuntores, etc.) para cada terminal de saída de CA de 120 V do suprimento de energia ininterrupto 106.

[0031] O subsistema de controle 100 da figura 1 também inclui um sensor de proximidade 105 configurado para detectar uma pessoa ou objeto nas proximidades do subsistema de controle 100 e, quando uma pessoa ou objeto é detectado nas proximidades do subsistema de controle 100, o comportamento do subsistema de controle 100 é modificado. Por exemplo, uma pessoa ou robô pode ser detectado quando a pessoa ou robô está localizado diversos pés (por exemplo, 1 a 10 pés) na frente do sensor de proximidade. Também, quando o sensor de proximidade 105 detecta uma pessoa ou objeto nas proximidades do nó 410 e quando uma pessoa ou objeto é detectado nas proximidades do nó 410, o comportamento do nó 410, do subsistema de controle 100, do subsistema de armazenamento 434 ou do subsistema de energia 408 é modificado. Em uma modalidade exemplificativa, o comportamento do nó 410 pode ser modificado pelo desligamento do nó ou seguindo fora de linha, assim, a manutenção pode ser realizada. O comportamento de um, de alguns ou todos dentre o subsistema de controle 100, o subsistema de armazenamento 434 ou subsistema de energia 408 pode ser modificado de modo que as operações de manutenção podem ser realizadas, por exemplo, adição de baterias ou armazenamento de energia no subsistema de armazenamento 434, etc. Em uma modalidade exemplificativa, o comportamento do nó 410 ou o subsistema de controle 100 pode ser modificado pelo nó 410 ou subsistema de controle 100, emitindo um sinal (por exemplo, ruído, luz, etc.), quando a pessoa ou robô passa pelo nó 410 para ajudar pessoa ou robô a identificar o nó 410 particular que está emitindo o sinal. Essa característica poderia permitir a uma pessoa da manutenção identificar, facilmente, um nó 410 que precisa que manutenção ou alguma outra ação seja realizada, entre uma pluralidade de outros nós 410.

[0032] Uma modalidade exemplificativa da unidade de gerencia mento de bateria 404 é mostrada na figura 7. A unidade de gerenciamento de bateria 404 pode incluir, por exemplo, pelo menos um sensor 702, pelo menos um processador 704, pelo menos um disjuntor 706, pelo menos um capacitor 708, pelo menos uma memória 710, pelo menos um fusível 712 e pelo menos um contator 714.

[0033] O suprimento de energia de CA/CC 104 proporciona energia pra os componentes do subsistema de controle 100 e é dimensionado para proporcionar operação contínua dos componentes. O subsistema de controle 100 é usado para coordenar interações entre o subsistema de armazenamento 434 e o subsistema de energia 408 e controlar funções operacionais globais em um nó 410a, 410b, 410c, etc., incluindo carga, descarga, ociosidade de CC, desligamento seguro e modos de emergência.

[0034] Em uma modalidade exemplificativa, o processador 102 recebe dados de bateria da unidade de gerenciamento de bateria 404 e com base na informação nos dados de bateria, o processador 102 instrui o subsistema de energia 408 para controlar (por exemplo, carga ou descarga) da pelo menos uma bateria 406. Os dados de bateria podem indicar um nível de carga de baterias gerenciadas pela unidade de gerenciamento de bateria 404, indicam falhas/ estado das baterias, parâmetros de desempenho, parâmetros de condições, etc. Os parâmetros de desempenho e de condições serão discutidos em maiores detalhes abaixo. O processador 102 também pode instruir o subsistema de armazenamento 434 para empreender uma ação conforme requerido para carga ou descarga, por exemplo, conectando ou desconectando (no caso de parada/ prevenção de carga ou descarga). O processador 102 também pode instruir o subsistema de armazenamento 434 para realizar automanutenção. Também, o desempenho do sistema otimizado pela seleção e uso das baterias ou nós que são melhor adequados para um aplicação particular (por exemplo, curta duração e alta energia vs. longa duração e alta energia, quantidade de energia disponível do nó, capacidades da corrente, custo de uso da energia armazenada, custo da degradação associada das baterias, etc.).

[0035] Em uma modalidade exemplificativa, o processador 102 é configurado para otimizar as condições e o desempenho da uma ou mais baterias 406 no subsistema de armazenamento 434. As condições e o desempenho da uma ou mais baterias 406 podem ser condições e desempenho a longo prazo ou condições e desempenho a curto prazo. Os parâmetros que indicam o estado corrente, o desempenho ou as condições a curto prazo/ longo prazo das baterias, podem incluir todos ou alguns dos seguintes: - estado corrente/ estado do nó 410 (por exemplo, se está online/ off-line, o modo corrente, erros que ocorreram e/ou estão presentes, etc.); temperatura do subsistema de energia 408 (por exemplo, temperatura mínima, temperatura máxima, temperatura média mínima, temperatura média máxima, etc.); - descrição da temperatura do subsistema de energia 408 (por exemplo, número de vezes de X graus para quantidade de tempo, etc.); - idade das baterias (por exemplo, idade média das baterias, etc.); - faixa de expedição mais eficiente das baterias, faixa de expedição possível das baterias, faixa de expedição corrente das bateras, etc.; - estado de carga (SoC) das baterias (por exemplo, SoC médio; - produtividade (por exemplo, produtividade média); - capacidade (por exemplo, carga/ descarga); - tempo desde a última expedição; - tensão da célula (por exemplo, mínimo e/ou máximo no nível de rack, etc.); - taxa de carga (taxa -C) - número de equivalentes de ciclo completo - informação de garantia das baterias; - curva de eficiência do inversor; e - duração dos componentes, etc.

[0036] Alguns ou todos os parâmetros acima de estado/ condições podem ser usados para otimizar o desempenho e/ou as condições das baterias. Na modalidade exemplificativa, o processador 102 é configurado para monitorar um estado operacional da uma ou mais baterias 406. O estado operacional poderia indicar uma falha, a do subsistema de armazenamento 434, descarga do subsistema de armazenamento 434, percentagem de energia disponível, etc. Em uma modalidade não limitativa, o desempenho de uma ou mais baterias, um nó e uma pluralidade de nós podem ser otimizados levando-se em conta a quantidade de tempo para expiração da garantia, uso distribuído entre baterias, nós, nós de energia (por exemplo, mesmo uso dos nós para assegurar que um nó particular não é usado demais).

[0037] A figura 4 mostra três nós exemplificativos 410a, 410b, 410c. Cada nó 410a, 410b, 410c pode incluir um subsistema de armazenamento 434 que inclui pelo menos uma bateria 406 e uma unidade de gerenciamento de bateria 404 que inclui um processador 432; um subsistema de controle 100; e um subsistema de energia 408 incluindo um conversor de energia 416, tal como um inversor. Em uma modalidade exemplificativa, os componentes do nó (o subsistema de controle 100, o subsistema de energia 408 e o subsistema de armazenamento 434 são configurados para serem montados em um rack. Em uma modalidade exemplificativa, rack de armazenamento se conforma a pelo menos um dentre ETSI, EIA, IEC, CEA, DIN ou padrões de rack similares. Contudo, os componentes de um nó poderiam estar localizados dentro de um recipiente, vaso, etc. e não precisam ser montados em um rack. Também, um nó poderia ser compreendido de um rack de componentes ou múltiplos racks de componentes A figura 4 mostra que um nó inclui um subsistema de armazenamento 434, um subsistema de controle 100 e um subsistema de energia 408; contudo, um nó poderia conter qualquer número de subsistemas. Por exemplo, um nó poderia conter múltiplos subsistemas de armazenamento, múltiplos subsistemas de energia 408 e múltiplos subsistemas de controle 100. Também, em uma modalidade exemplificativa, o nó poderia incluir outro subsistema que não o subsistema de controle 100, o subsistema de armazenamento 434 e o subsistema de energia 408, por exemplo, um subsistema de energia reativa ou um subsistema de geração de energia. Em outra modalidade exemplificativa, o nó não incluirá um subsistema de energia 408 que inclui baterias, como um nó não terá que incluir um subsistema de energia.

[0038] Em uma modalidade exemplificativa mostrada na Figura 1, o subsistema de controle 100 inclui um indicador, por exemplo, um painel de acionador de LED 118 configurado para controlar uma pluralidade de LEDs 222 que indicam o estado do subsistema de controle 100 e / ou o nó de armazenamento de energia 410. Por exemplo, na Figura 3, a pluralidade de LEDs 222 pode indicar a carga ou descarga, o estado do contator de CA, estado do contator de CC, e uma falha. O subsistema de controle 100 pode incluir um painel de acionador de LED em lugar do painel de acionador de LED 118 ou em adição ao painel de acionador de LED 118. Por exemplo, a Figura 3 mostra uma tela de LCD que é controlada por um painel de acionador de LCD. Além disso, o indicador pode ser qualquer tipo de dispositivo capaz de indicar o estado do subsistema de controle e / ou do nó 410 de armazenamento de energia. B. Conexões de Dados dos Componentes Localizados dentro do Subsistema de Controle de Nó

[0039] A Figura 2 mostra o subsistema de controle 100, e as conexões de dados de vários componentes localizados dentro do subsistema de controle 100. Na Figura 2, o conector USB 220 está ligado ao alojamento USB 210 no computador de placa única 102 através de uma conexão USB. O computador de placa única 102 também inclui um módulo digital I / O 208 que está conectado a um painel de acionador de LED 118 através de uma conexão I / O digital. O painel de acionador de LED 118 controla indicadores de LED 222, que enviam informação de estado sobre o subsistema de controle 100 e / ou o nó 410a. Em uma modalidade exemplificativa, a energia total necessária durante o funcionamento normal e durante a inicialização pelo subsistema de controle 100 é menor do que 80 W. Em outra modalidade exemplificativa, o subsistema de controle 100 é capaz de executar um ciclo de energia da saída suprimento de energia ininterrupto 106.

[0040] A figura 2 também mostra um módulo USB 204, que está ligado suprimento de energia ininterrupto 106 através de uma conexão USB. O computador de placa única 102 também inclui um controlador de Ethernet 206 que está conectado (por exemplo, através de uma conexão à Ethernet) a um comutador de Ethernet 108 que está localizado fora do computador de placa única ou processador 102. O comutador de Ethernet 108 está conectado a cada um dos conectores 214, 216 e 218 através de linhas de Ethernet separadas.

[0041] Em uma modalidade exemplificativa, o subsistema de controle 100 inclui uma porta que permite que o processador 102 seja programado ou reprogramado. Por exemplo, a porta pode ser uma porta USB 220 (USB 2.0, USB 3.0, etc.), como mostrado na Figura 2. A porta pode ser qualquer outra porta que receba e / ou transmita dados, por exemplo, RS-232, porta de Ethernet, etc. Em lugar de uma porta física 220 ou em adição à porta física 220, o processador 102 pode ser programado ou reprogramado remotamente via Wi-Fi, NFC, etc.

[0042] Em uma modalidade exemplificativa, o subsistema de controle 100 inclui uma interface de cartão SD 212 configurada para aceitar um cartão SD. A interface 212 poderia aceitar um SDHC ou um micro cartão SD, etc. O cartão SD armazena preferivelmente 4 GB ou mais de dados. O computador de placa única 102 pode incluir qualquer outro tipo de dispositivo de memória (RAM, ROM, disco rígido, unidade óptica, etc.) que não seja a interface de cartão SD 212 e o cartão SD.

[0043] O subsistema de controle 100 da Figura 2 também pode incluir um hub USB 224 que está conectado ao conector USB-A 220, ao UPS 106, ao painel de acionador de LED 118, e ao módulo USB 204 via conexões USB. As conexões digitais I / O e USB mostradas na figura 2 são intercambiáveis.

C. Painel Frontal do Subsistema de Controle de Nó

[0044] A figura 3 mostra uma modalidade exemplificativa de um painel frontal de um subsistema de controle 100 utilizado, por exemplo, para controlar um nó. O painel frontal inclui um comutador para ligar / desligar 302. O comutador para ligar / desligar 302 pode ser um interruptor mecânico ou um interruptor de membrana. O interruptor para ligar / desligar 302 permite que toda a energia de saída de CA de 120V do suprimento de energia ininterrupto 106a ser interrompido. Assim, o comutador para ligar / desligar 302 pode permitir que toda a energia de CA de 120V seja cortado para reajustar o subsistema de controle 100, o subsistema de alimentação 408 e o subsistema de armazenamento 434 para manutenção / instalação.

[0045] A Figura 3 mostra uma pluralidade de LEDs 222 que são indicadores visuais de estado que indicam, por exemplo, o estado da alimentação, estado de carga / descarga, o estado da carga da bateria, o estado do contator de CA, o estado do contator de CC, estado de falha / erro, etc. O indicador de estado de energia pode indicar a presença de energia de CA na saída do suprimento de energia ininterrupto 106. O indicador de estado de carga / descarga pode ser um LED bicolor em que uma cor indica o carregamento e a outra cor indica a descarga. Além disso, o indicador de status do contator de CA pode ser um LED bicolor em que uma cor indica que o contator de CA está aberto e a outra cor indica que o contator de CA está fechado. Da mesma forma, o indicador de estado do contator de CC pode ser um LED bicolor em que uma cor indica que o contator de CC está aberto e a outra cor indica que o contator de CC está fechado.

[0046] A Figura 3 mostra também uma tela de LCD 304 que exibe informação de estado. Por exemplo, na Figura 3, a tela de LCD 304 indica que o subsistema de controle 100 está operando como um controlador de nó de energia, isto é, que está monitorando os componentes de um nó, por exemplo, os componentes contidos em um rack de armazenamento. A tela de LCD 304 também mostra que as baterias estão carregando e qual é a porcentagem atual de energia da bateria que está disponível. Por último, a tela de LCD 304 indica que a energia está ligada. A Figura 3 também contém uma pluralidade de teclas 306, que podem ser pressionadas para navegar através de menus ou das informações apresentadas na tela de LCD 304. A Figura 3 mostra também uma porta 308 (por exemplo, porta USB-A) que está localizada no painel frontal do subsistema de controle 100. Esta porta 308 pode ser a mesma que a porta 220 mostrada na Figura 2 ou uma porta diferente. A Figura 3 mostra também uma porta HDMI 310 que está localizada no painel frontal do subsistema de controle 100. Em uma modalidade exemplificativa, a porta HDMI 310 pode ser usada para a saída de dados de vídeo, o que inclui vários parâmetros de funcio-namento, para um dispositivo de exibição tal como uma tela de LCD, etc. Em uma outra modalidade, a porta HDMI 310 pode ser usada para programar ou reprogramar o processador 102.

2. Arquitetura de Sistema de Nó de Energia

[0047] A figura 4 ilustra um sistema de nó de energia que inclui três sistemas de nó 410a, 410b, 410c. Os múltiplos nós 410a, 410b, 410c formam uma unidade ou entidade que será daqui em diante referida como um nó de energia. Qualquer número de nós pode ser utilizado no sistema de nó de energia da Figura 4, visto que o sistema é escalonável de um a centenas ou milhares de nodos em paralelo 410a, 410b, 410c, etc. Cada nó 410a pode incluir: um rack de armazenamento ou outro recipiente configurado para prender firmemente um subsistema de controle 100, um subsistema de alimentação 408, e um subsistema de armazenamento 434 que inclui uma ou mais baterias 406 que são removíveis e carregáveis.

[0048] Deste modo, devido à modularidade dos componentes no nó, há uma separação física e lógica e independência dos componentes. Devido à escalabilidade do sistema de alimentação, pode haver o escalonamento separado de energia e características de duração. Além disso, o tamanho do sistema de energia pode ser facilmente adaptado com base em requisitos do projeto e as mudanças de negócios. A modularidade elimina um ponto único de falha, e minimiza na construção do local visto que os componentes podem ter capacidade Plug and Play.

[0049] As baterias 406 no subsistema de armazenamento 434 podem incluir baterias de diferentes fabricantes ou podem ser todas do mesmo fabricante. Além disso, as baterias podem ser todas do mesmo tipo (por exemplo, NiCd) ou podem ser de tipos diferentes. O subsistema de armazenamento 434 inclui uma unidade de gerenciamento da bateria 404 incluindo um processador de computador 432 que está configurado para monitorar, pelo menos, uma bateria da a ou mais baterias 406 no subsistema de armazenamento 434, e a unidade de gerenciamento da bateria 404 está configurada para se comunicar com o subsistema de controle 100. Em uma modalidade exemplificativa, a unidade de gerenciamento de bateria 404 contém componentes eletrônicos baseados em computador e firmware responsáveis pelos carregamento / descarregamento seguros de todas as baterias e se comunicam com o subsistema de controle 100.

[0050] Na Figura 4, o subsistema de energia 408 pode ser configurado para ser ligado a uma linha de energia. Por exemplo, a Figura 5 mostra que o subsistema de energia 408 está ligado a, por exemplo, um sistema elétrico linha à linha de CA de 400V. O sistema elétrico linha-a-linha poderia ter qualquer outro valor de tensão. O subsistema de energia 408 inclui um conversor de energia (por exemplo, um inversor) 416 que converte energia de CA para energia de CC, quando pelo menos uma bateria 406 está sendo carregada, e converte a energia de CC para CA, quando pelo menos uma bateria está sendo descarregada.

[0051] Nas Figuras 4 e 5, o subsistema de controle 100 é conectado ao subsistema de armazenamento 434 e está ligado ao subsistema de energia 408. Tal como mostrado na Figura 2, o subsistema de controle 100 inclui um processador 102, e o processador 102 é configurado para controlar a transferência de energia entre o subsistema de armazenamento 434 e o subsistema de energia 408. A Figura 5 mostra que a unidade de gerenciamento de bateria 404 está eletricamente ligada entre o subsistema de energia 408 e os módulos de bateria 406.

[0052] Em uma modalidade exemplificativa, o processador 102 do subsistema de controle 100 está configurado para enviar sinais que controlam a carga e descarga de pelo menos uma bateria 406 localizada no subsistema de armazenamento 434. Além disso, o processador 102 é configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias 406 localizadas no subsistema de armazenamento 434.

[0053] Conforme mostrado nas Figuras 1 e 2, e descrito acima, uma modalidade exemplificativa do subsistema de controle 100 inclui: um suprimento de energia de CA / CC 104; um suprimento de energia ininterrupto 106; um processador 102; um comutador de Ethernet 108; uma primeira interface de comunicação 216 configurada para enviar e / ou receber dados do subsistema de armazenamento 434; a primeira interface de transferência 112 configurada para transmitir energia para o subsistema de armazenamento 434; uma segunda interface de comunicação 218 configurada para enviar e / ou receber dados do subsistema de energia 408; e uma segunda interface de transferência 114 configurado para transmitir energia para o subsistema de energia 408.

[0054] Em uma modalidade exemplificativa, o processador 102 recebe dados de bateria do subsistema de armazenamento 434, e com base em informações contidas nos dados da bateria recebidos, o processador 102 instrui o subsistema de energia 408 para controlar (por exemplo, carga ou descarga) a pelo menos uma bateria 406. Os dados da bateria podem ser, por exemplo, o estado da energia, o estado da carga / descarga, o estado da carga da bateria (por exemplo, percentagem de carga), o estado do contator de CA, o estado do contator de CC, situação de falha / erro, etc. Os dados de bateria também podem incluir qualquer um dos parâmetros de estado / desempenho / condições que foram descritos acima.

[0055] Em uma modalidade exemplificativa, o processador 102 do subsistema de controle 100 está configurado para otimizar as condições e o desempenho de uma ou mais baterias 406 monitoradas / gerenciadas pelo subsistema de armazenamento 434, utilizando os parâmetros de estado / condições / desempenho descritos acima.

[0056] A. Conexões entre o Subsistema de Controle, o Subsistema de Energia e o Subsistema de Armazenamento em um Sistema de Nó

[0057] _ A Figura 5 ilustra a forma como os vários componentes que compõem um nó podem ser (subsistema de controle 100, o subsistema de energia 408 e o subsistema de armazenamento 434) ligados um ao outro. Na Figura 5, os protocolos mostrados na legenda são exemplificativos. Na Figura 5, o subsistema de controle 100 está ligado ao subsistema de energia 408 através de três conexões, por exemplo, duas das conexões são conexões de CA 120V e uma das conexões é uma conexão à Ethernet que conecta o comutador de Ethernet 108 do subsistema de controle 100 ao controlador do inversor 416 do subsistema de energia 408. Uma das conexões de CA 120V é uma conexão entre o suprimento de energia ininterrupta 106 e um transformador 400V / 120V contido no subsistema de alimentação 408. Em adição ao transformador, o subsistema de energia 408 inclui um contator de CA e ponte IGBT e um controlador de inversor 416. Em uma modalidade exemplificativa, a energia para o suprimento de energia ininterrupto 106 não tem que vir do subsistema de energia 408.

[0058] O subsistema de energia 408 está conectado ao subsistema de armazenamento 434 através de duas conexões de CC. O subsistema de armazenamento 434 também inclui um contator de CC, um relé de pré-carga, uma unidade de gerenciamento de bateria 404 (por exemplo, um processador de computador), e um fusível/ disjuntor externamente acessível. O subsistema de energia 408 está ligado às baterias 406 através de conexões de CC. O subsistema de energia 408 também pode ser ligado a um ou mais ventiladores de rack que são utilizados para arrefecer os componentes se eles são armazenados em um rack.

[0059] A figura 5 mostra também que o subsistema de controle 100 é conectado ao subsistema de armazenamento 434 através de uma conexão à Ethernet. Especificamente, o comutador de Ethernet 108 é ligado à unidade de gerenciamento da bateria 404 do subsistema de armazenamento 434. A Figura 5 mostra também uma linha de entrada de parada de emergência em que um interruptor de botão de parada de emergência pode ser conectado O interruptor de botão de parada de emergência pode ser montado em um local acessível e, quando é pressionado, faz com que as fontes de energia a ser desligado. Por exemplo, o subsistema de alimentação 408 pode ser desligado do subsistema de armazenamento 434 e do barramento de CA de instalação de armazenamento de energia.

3. Hierarquia e Arquitetura de Sistema de Armazenamento e Distribuição de Energia A. Múltiplos Nós

[0060] A figura 4 ilustra um sistema de armazenamento e distribuição de energia 400 que inclui mais do que um (por exemplo, três) Nós 410a, 410b, e 410c. Cada um dos nós 410a, 410b, 410c inclui, tal como acima descrito: um rack de armazenamento configurado para prender firmemente o subsistema de controle 100, o subsistema de energia 408, e o subsistema de armazenamento 434 incluindo uma ou mais baterias 406. A uma ou mais baterias 406 são removíveis e carregáveis. Deste modo, as baterias podem ser facilmente mudadas, quando necessário. Os nós podem ser armazenados em prateleiras que podem conter rodas ou qualquer outro dispositivo que faça com que os nós baseados em racks sejam facilmente deslocáveis. Um nó pode ser, por exemplo, um sistema de 40KW. Além disso, cada nó pode ser de uma tensão divisível que pode ser escalável. Em outras palavras, cada nó pode ter um mesmo nível geral de tensão. É também possível que os nós tenham níveis diferentes de tensão.

B. Subsistema/ Subsistemas de Controle de Unidade

[0061] O sistema de armazenamento e distribuição de energia e 400 mostrado na Figura 4 também inclui um subsistema de controle de unidade 420 que está conectado a cada um dos três nós 410a, 410b e 410c. Em outras palavras, o subsistema 100 de controle de cada nó 410a, 410b, 410c é conectado ao subsistema de controle da unidade 420. A unidade 420 do subsistema de controle serve a um número arbitrário de nós. Por exemplo, o subsistema de controle de unidade 420 é configurado para monitorar um estado real da pluralidade de nós 410a, 410b, 410c do sistema de armazenamento e distribuição de energia 400 mostrado na Figura 4. O subsistema de controle de unidade 420 monitora / mantém, por exemplo, o estado atual e a capacidade de carga e descarga para o grupo de nós que lhe é atribuído cobrir. Qualquer número de nós pode ser utilizado no sistema de armazenamento e distribuição de energia 400 mostrado na Figura 4. As comunicações entre os subsistemas de controle 100 de nós e o subsistema de controle de unidade 420 podem ser, por exemplo, através do Modbus ou DNP3. Modbus é um protocolo de comunicação serial que é usado para conectar dispositivos eletrônicos industriais. Modbus permite a comunicação entre vários dispositivos ligados à mesma rede.

[0062] No sistema de armazenamento e distribuição de energia 400 da Figura 4, o subsistema de controle de unidade 420 está configurado para monitorar uma capacidade de carga / descarga de uma pluralidade de nós 410a, 410b, 410c, etc. O subsistema de controle da unidade 420 também está configurado para otimizar o desempenho e as condições dos subsistemas de armazenamento 434, os subsistemas de energia 408 e / ou os subsistemas de controle 100 na pluralidade de nós 410a, 410b, 410c, etc., utilizando, por exemplo, os parâmetros de estado/ condições/ desempenho anteriormente descritos. Além disso, os subsistemas de controle 100 de cada nó podem enviar uma curva de custos (por exemplo, Kilowatts vs. dólares) para o subsistema de controle da unidade 420, e o subsistema de controle da unidade 420 pode determinar qual nó é o recurso mais barato de usar, e usar a energia armazenada no nó que representa o recurso de energia mais barata. Em outras palavras, o subsistema de controle de unidade 420 pode fazer uma sondagem entre os nós, a fim de determinar qual o nó ou nós são o(s) recurso/ recursos mais baratos de energia armazenada. Em uma modalidade exemplificativa, o subsistema de controle de unidade 420 pode classificar a pluralidade de nós com base na sua curva de custo (por exemplo, do mais barato para o mais caro ou do mais caro para o mais barato).

[0063] Conforme descrito acima, em cada nó 410a, 410b, 410c, a unidade de gerenciamento da bateria 404 inclui um processador 432 que está configurado para monitorar, pelo menos, uma bateria 406, e é configurado para comunicação com o subsistema de controle 100. Além disso, em cada nó, o subsistema de energia 408 está configurado para ser ligado a uma linha de energia, e o subsistema de energia 408 inclui um conversor de energia 416 (por exemplo, um inversor), que converte a energia de CA em CC quando a pelo menos uma bateria 406 é carregada, e converte a energia de CC para CA quando a pelo menos uma bateria está descarregada.

[0064] Em cada nó 410a, 410b, 410c, o subsistema de controle 100 do rack é conectado ao subsistema de armazenamento 434 do nó e está ligado ao subsistema de energia 408 do nó. O subsistema de controle 100 do nó inclui um processador 102, e o processador 102 é configurado para controlar a transferência de energia entre o subsistema de armazenamento 434 e o subsistema de energia 408. Em uma modalidade exemplificativa o processador 102 do nó está configurado para enviar sinais que controlam o carregamento e descarregamento da pelo menos uma bateria 406 no nó, e o processador 102 é configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias 406 no nó.

[0065] O sistema de armazenamento e distribuição de energia e 400 da Figura 4 inclui, por exemplo, um sensor de frequência 606, uma RTU 422, e um módulo de controle de supervisão e aquisição de dados (SCADA) 424 que é conectado ao subsistema de controle de unidade 420. O sensor de frequência 606 poderia ser um sensor de tensão, etc. O módulo SCADA 424 é um sistema de controle que realiza aquisição de dados e é a principal interface do usuário para os subsistemas de controle de nó 410D, 410E, etc., os subsistemas de controle da unidade 602a, 602b, etc. o subsistema de controle 604, e uma unidade de expedição de mercado. Como mostrado na Figura 4, o módulo SCADA 424 pode enviar e / ou receber dados a partir do subsistema de energia 408, o subsistema de controle 100 e o subsistema de armazenamento 434 do nó 410c. O módulo SCADA 424 também pode enviar e / ou receber dados de todos os subsistemas de 100, 408, 434 em nós de energia 410a e 410b. Isto é, o módulo SCADA 424 pode falar para cada subsistema separadamente. A unidade de expedição de mercado contém inteligência de mercado (por exemplo, custos de energia, etc.) e podem tomar decisões inteligentes com base em informações de mercado relativas à indústria da energia. As comunicações entre o subsistema de controle da unidade 420 e a RTU 422 e o módulo SCADA 424 pode ser, por exemplo, via Modbus ou DNP3. Todos os pontos de dados do subsistema de controle 604, o subsistema de controle da unidade 420, 602a, 602b, 602C, e o subsistema de controle de nós 410a, 410b, 410c estão disponíveis para o módulo SCADA 424.

[0066] Os nós 410a, 410b, 410c estão ligados a uma aparelhagem 436, por exemplo, de 480V. Especificamente, a aparelhagem 436 pode ser ligada aos subsistemas de energia 408 dos nós 410a, 410b, 410c. Na Figura 4, a aparelhagem 436 está ligada a um transformador de isolamento 426. O transformador de isolamento 426 está ligado a uma aparelhagem 428, de, por exemplo, 13,8kV. A aparelhagem 428 pode também ser ligada a um transformador de gerador step-up (GSU) 430. O transformador GSU 430 pode ser, por exemplo, um / transformador 13,8 / 138kV GSU.

C. Subsistema de Controle local

[0067] A figura 6 ilustra uma arquitetura hierárquica de um subsistema de energia 600 que inclui uma pluralidade de subsistemas de controle de unidade 602a, 602b, 602c, etc. Cada subsistema de controle de unidade (por exemplo, subsistema de controle de unidade 602a) está ligado a vários subsistemas de controle de nó 410d e 410e que são subsistemas de controle 100 localizados nos nós 410a, 410b, 410c. Ou seja, um subsistema de controle de nó é um subsistema de controle 100 que está localizado em um nó. Por exemplo, na Figura 6, o subsistema de controle de nó 410d está localizado em um nó que também inclui um subsistema de energia 408, e um subsistema de armazenamento 434, incluindo uma ou mais baterias 406. Do mesmo modo, o controle do nó 410e está localizado em outro nó que também inclui um subsistema de energia 408, e um subsistema de armazenamento 434, incluindo uma ou mais baterias 406. A unidade do subsistema de controle 602a é ligada aos subsistemas de controle de nó 410d e 410e. De modo similar, a unidade do subsistema de controle 602b está ligada aos subsistemas de controle de nó 410fe 410g. Além disso, o subsistema de controle de unidade 602c está ligado aos subsistemas de controle de nó 410d e 410e.

[0068] Além disso, no sistema de energia 600 da Figura 6, um subsistema de controle local 604 está ligado a cada um da pluralidade de subsistemas de controle de unidade 602a, 602b, 602C. O subsistema de controle local 604 pode servir a um número arbitrário de subsistemas de controle da unidade. O subsistema de controle local 604 mantém / monitora o estado atual e a capacidade de carga / descarga para todos os nós no local, ou seja, a unidade de armazenamento de energia ou parte da instalação de armazenamento de energia.

[0069] Na Figura 6, o subsistema de controle local 604 está configurado para monitorar uma capacidade de carga / descarga de uma pluralidade de subsistemas de controle de unidade 602a, 602b, 602C. Além disso, o subsistema de controle local 604 está configurado para otimizar e / ou monitorar as condições e o desempenho dos componentes na pluralidade de subsistemas de controle de unidade 602a, 602b, 602c (baterias, inversores, etc.)

[0070] O sistema de energia 600 da Figura 6 mostra três subsistemas de controle de unidade 602a, 602b, 602C, mas o sistema de energia 600 pode conter qualquer número de subsistemas de controle de unidade. O sistema de energia 600 da Figura 6 mostra seis subsistemas de controle de nó 410d, 410e, 410f, 410g, 410h, 410i, mas o sistema de energia 600 pode conter qualquer número de subsistemas de controle de nó. No entanto, devido à estrutura hierárquica do sistema de energia 600, normalmente haverá mais subsistemas de controle de nó que subsistemas de controle de unidade visto que cada subsistema de controle de unidade normalmente monitora mais de um subsistema de controle de nó. Por exemplo, na Figura 6, cada subsistema de controle de unidade (por exemplo, 602a) monitora dois subsistemas de controle de nó (por exemplo, 410d e 410e). Devido à estrutura hierárquica do sistema de energia da Figura 6, o subsistema de controle local 604, ou cada subsistema de controle local 604, está ligado a vários subsistemas de controle da unidade (por exemplo, 602a, 602b, 602c), e cada subsistema de controle de unidade está ligado a vários subsistemas de controle de nó. Em uma modalidade exemplificativa, como mostrado na Figura 6, o subsistema de controle local pode ser ligado a um sensor de frequência 606, e a RTU 422 pode ser conectada à expedição. A RTU 422 pode enviar sinais para o subsistema de controle local 604, o subsistema de controle de unidade 602a, 602b, 602C, etc., e os subsistemas de controle de nó 410d, 410e, 410f, 410g, 410h, 410i, etc. Os dados do sensor de frequência 606 podem ser introduzidos na unidade de expedição de armazenamento local 604, e estes dados podem ser utilizados na determinação de como despachar o local além ou em lugar da expedição mostrado na Figura 6.

[0071] Em uma modalidade exemplificativa, o sistema de energia 600 pode ser de autorregistro. Ou seja, cada subsistema de controle de nó 410 armazena um mínimo estabelecido de informações sobre si mesmo que identifica o nó. Em outras palavras, o nó conhece-se através do armazenamento de informações sobre si próprio no subsistema de controle 100. O nó pode, então, se registrar (isto é, se auto-registrando), enviando a informação de identificação única para um subsistema de controle de unidade 602, e depois para cima para o subsistema de controle local 604, etc. a informação de identificação única permite que o subsistema de controle local 604 saiba qual foi o subsistema de controle de nó que transmitiu a informação (por exemplo, informações de identificação) está presente e disponível. O subsistema de controle do local 604 pode, então, manter um banco de dados de subsistemas de controle de nó disponíveis.

[0072] Da mesma forma, um subsistema de controle de unidade 602 também conhece suas próprias características e pode se registrar com o subsistema de controle local 604. Os locais também conhecem a si mesmos e podem se registrar como um grupo. Normalmente, um grupo é uma região geográfica. É também possível que os grupos sejam aninhados. Da mesma forma, os grupos também conhecem a si mesmos e podem se registrar com uma empresa, que pode ser o nível mais alto na hierarquia.

[0073] Em uma modalidade exemplificativa, o sistema de energia 600 pode ser automontagem. O sistema de energia 600 é automontagem no que diz respeito a que eles podem decidir que são uma unidade, e as unidades podem decidir que elas são um local, etc. Por exemplo, cada subsistema de controle 100 pode armazenar um perfil de preferência que inclui alguns ou todos os seguintes parâmetros relativos ao nó é em (os subsistemas de controle de unidade também pode armazenar perfis de preferência de vários nós que lhes são atribuídos para monitorar / gerir e o subsistema de controle local pode armazenar perfis de preferência de um grupo combinado de nós que são monitorados / gerenciados por um subsistema de controle de unidade):

[0074] - taxas ótimas de carga / descarga das baterias nos nós.

[0075] - faixa de expedição mais eficiente das baterias, faixa de expedição possível das baterias, a faixa de expedição atual das baterias, etc.

[0076] - curva de eficiência das baterias;

[0077] - estado / status atual do nó (por exemplo, se está on-line / off-line, o modo atual, erros que ocorreram e / ou estão presentes, etc.);

[0078] - temperatura operacional preferida do subsistema de energia (por exemplo, a temperatura mínima, a temperatura máxima, etc);

[0079] - temperatura da bateria preferida (por exemplo, temperatura máxima, temperatura mínima, etc.)

[0080] - a eficiência máxima do inversor;

[0081] - história das baterias (por exemplo, que têm feito as baterias ao longo de um período de tempo recente, etc.);

[0082] - rendimento (por exemplo, rendimento médio);

[0083] - informações de garantia das baterias; e

[0084] - a vida dos componentes, etc.

[0085] Uma pluralidade de nós podem então se autorreunir para criar uma unidade com base nos parâmetros necessários do sistema. Além disso, o subsistema de controle local 604 pode selecionar um agrupamento específico de nós monitorados por um subsistema de controle de unidade particular ou selecionar vários grupos de nós monitorados por dois ou mais subsistemas de controle de unidade com base nos perfis de preferência dos nós, a fim de obter aa características de energia necessárias que são requeridas.

[0086] Em uma modalidade exemplificativa, os parâmetros de perfil de preferência descritos acima poderiam ser ponderados de forma diferente de modo a que alguns parâmetros fossem considerados mais importantes do que outros quando se seleciona um nó com base no seu perfil de preferência. Por exemplo, quando é necessária uma certa quantidade de energia, o subsistema de controle local 604 pode iniciar um processo de licitação, olhando para os perfis de preferência dos vários nós no sistema e selecionando um nó ou um agrupamento de vários nós com base na energia necessária. Por exemplo, os nós podem ser selecionados que fornecem a quantidade de energia mais barata. Também é possível que os nós selecionados possam ser nós que contêm baterias que estão prestes a ficar fora da garantia, nós que estão operando com a máxima eficiência na sua curva de eficiência, os nós que estão localizados próximos uns dos outros (ou seja, localidade), etc.

[0087] Em uma modalidade exemplificativa, cada nó pode conter software individual, e mediante automontagem criar uma unidade, o software individual de cada nó é combinado para criar um programa de software combinado que pode controlar todos os racks na unidade. Alternativamente, um nó na unidade pode conter o software que é usado para controlar todos os nós de uma unidade montada. Aqui, incorporada por referência em sua totalidade está Attorney Docket No. 0080451000080 intitulada “Method and System for Self-Registration and SelfAssembly of Electrical Devices,” que descreve ainda os sistemas e métodos de auto-registro e automontagem que podem ser utilizados nos métodos e sistemas de armazenamento de energia modular do presente pedido de patente.

D. A Interface Homem - Máquina

[0088] O sistema de energia 600 da Figura 6 pode também incluir uma interface homem-máquina que pode ser ligada ao sistema de energia 600 (por exemplo, o módulo SCADA 424, o subsistema de controle local 604 da Figura 6, ou um outro componente no sistema de energia) a fim de monitorar e / ou controlar o sistema. A interface homem-máquina pode ser, por exemplo, uma aplicação rodando em um tablete, computador ou smartphone. A interface homem-máquina pode produzir e exibir vários parâmetros do sistema de energia 600, por exemplo, energia, corrente, tensão, batimentos, expedição de rack para subsistema de energia, estado atual, etc.

[0089] Em uma modalidade exemplificativa, um operador de sistema (por exemplo, através da interface homem-máquina) envia expedições que são recebidas pelo subsistema de controle local 604, e depois são distribuídos entre os subsistemas de controle de unidade (por exemplo, 602a, 602b, 602C, etc.) e subsistemas de controle de nó (por exemplo, 410d, 410e, 410f, 410g, 410h, 410i, etc.). Isto é, não pode haver expedições entre os nós e através de unidades (ou seja, a expedição no nó ou nível de unidade).

[0090] Embora várias modalidades exemplificativas do sistema e método descritos tenham sido descritos acima, deve ser entendido que as mesmas foram apresentadas para fins apenas de exemplo, não como limitações. Ela não é exaustiva e não limita a descrição à forma precisa divulgada. As modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima referidos ou podem ser adquiridas da prática da divulgação, sem se afastar do âmbito ou amplitude.

Claims

1. Subsistema de controle (100) contido em um nó incluído em um sistema de armazenamento e distribuição de energia configurado para controlar a transferência de energia, que compreende: (i) o subsistema de controle (100) inclui: um suprimento de energia de CA/CC; um suprimento de energia ininterrupto; um processador (102); um comutador de Ethernet; uma primeira interface de comunicação configurada para enviar e/ou receber dados de um subsistema de armazenamento (434) que monitora uma ou mais baterias; uma primeira interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de armazenamento (434); uma segunda interface de comunicação configurada para enviar e/ou receber dados de um subsistema de energia (408) que inclui um conversor de energia e o subsistema de energia (408) é configurado para ser conectado a uma linha de energia; e uma segunda interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de energia (408), caracterizado pelo fato de que o processador (102) é configurado para enviar sinais que controlam a carga e a descarga de pelo menos uma bateria da uma ou mais baterias no subsistema de armazenamento (434); e (ii) um subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) conectado ao nó, o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) configurado para monitorar um estado corrente do nó, e para armazenar um perfil de preferência para o nó conectado, o perfil de preferência incluindo um ou mais parâmetros para fornecer energia para um sistema externo, em que o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) tem um processador configurado para ponderar, de acordo com a importância, um ou mais parâmetros do perfil de preferência para o nó conectado, e automontar uma unidade de energia ao selecionar, com base nos parâmetros ponderados, o nó a ser monitorado ou gerenciado.

2. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o processador (102) do subsistema de controle (100) receber dados da bateria a partir do subsistema de armazenamento (434) e, com base na informação nos dados recebidos da bateria, e o processador (102) do subsistema de controle (100) indicar ao subsistema de energia (408) para controlar a pelo menos uma bateria.

3. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o processador (102) do subsistema de controle (100) estar configurado para otimizar as condições e o desempenho de uma ou mais baterias no subsistema de armazenamento (434).

4. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o processador (102) do subsistema de controle (100) estar configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias.

5. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o subsistema de controle (100) ser configurado para ser montado em um rack.

6. Subsistema de, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de o subsistema de energia (408) e o subsistema de armazenamento (434) serem também configurados para serem montados no rack.

7. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma porta que permite que o processador (102) do subsistema de controle (100) seja programado ou reprogramado.

8. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: um indicador que indica o estado do subsistema de controle (100) e/ou de um nó de armazenamento de energia.

9. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: uma interface de cartão de memória configurada para aceitar um cartão de memória removível.

10. Subsistema de controle, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender ainda: um sensor de proximidade configurado para detectar uma pessoa ou um objeto nas proximidades do subsistema de controle (100) e quando uma pessoa ou um objeto é observado nas proximidades do subsistema de controle (100), o comportamento do subsistema de controle (100) é modificado.

11. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, que compreende: (i) um nó incluindo: um subsistema de armazenamento (434), um subsistema de controle (100), e um subsistema de energia (408); em que: o subsistema de armazenamento (434) inclui uma ou mais baterias que são removíveis e carregáveis e / ou descarregáveis, e o subsistema de armazenamento (434) inclui um processador (432) que é configurado para monitorar, pelo menos, uma bateria de uma ou mais baterias, e é configurado para comunicação com o subsistema de controle (100); o subsistema de energia (408) está configurado para ser conectado a uma linha de energia, e o subsistema de energia (408) inclui um conversor de energia que converte energia CA para energia CC, quando a pelo menos uma bateria está para ser carregada, e converte a energia CC para CA quando o pelo menos um bateria está sendo descarregada; e o subsistema de controle (100) está conectado ao subsistema de armazenamento (434) e é conectado ao subsistema de energia (408), o subsistema de controle (100) inclui um processador (102), e o processador (102) está configurado para controlar a transferência de energia entre o subsistema de armazenamento (434) e o subsistema de energia (408), caracterizado pelo fato de que o processador (102) está configurado para enviar os sinais que controlam a carga e descarga de, pelo menos, uma bateria, e em que o processador (102) está configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias; e (ii) um subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) conectado ao nó, o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) configurado para monitorar um estado corrente do nó, e para armazenar um perfil de preferência para o nó conectado, o perfil de preferência incluindo um ou mais parâmetros para fornecer energia para um sistema externo, em que o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) tem um processador configurado para ponderar, de acordo com a importância, um ou mais parâmetros do perfil de preferência para o nó conectado, e automontar uma unidade de energia ao selecionar, com base nos parâmetros ponderados, o nó a ser monitorado ou gerenciado.

12. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o subsistema de controle (100) incluir: um suprimento de energia de CA/CC; um suprimento de energia ininterrupto; um processador (102); um comutador de Ethernet; uma primeira interface de comunicação configurada para enviar e/ou receber dados de um subsistema de armazenamento (434); uma primeira interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de armazenamento (434); uma segunda interface de comunicação configurada para enviar e/ou receber dados de um subsistema de energia (408); e uma segunda interface de transferência configurada para transmitir energia para o subsistema de energia (408).

13. Sistema de energia caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de nós, como definido na reivindicação 11.

14. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o processador (102) do subsistema de controle (100) receber dados da bateria a partir do subsistema de armazenamento (434), e com base na informação nos dados de bateria recebidos e um pedido de um sistema de controle central ou distribuído, o processador (102) do subsistema de controle (100) indicar ao subsistema de energia (408) para controlar a pelo menos uma bateria.

15. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de o processador (102) do subsistema de controle (100) estar configurado para otimizar as condições e o desempenho de uma ou mais baterias no subsistema de armazenamento (434).

16. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ainda compreender um rack de armazenamento configurado para prender firmemente o subsistema de armazenamento (434), o subsistema de controle (100) e o subsistema de energia (408) e o rack de armazenamento estar em conformidade com os padrões de rack ETSI, EIA, IEC, CEA ou DIN.

17. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de ainda compreender: um sensor de proximidade configurado para detectar uma pessoa ou um objeto nas proximidades do nó, e quando uma pessoa ou um objeto é detectado nas proximidades do nó, o comportamento do nó, do subsistema de controle (100), do subsistema de armazenamento (434), ou subsistema de energia (408) é modificado.

18. Sistema de armazenamento e distribuição de energia, que compreende: (i) uma pluralidade de nós, cada nó incluindo: um subsistema de armazenamento (434), um subsistema de controle (100), e um subsistema de energia (408); em que: o subsistema de armazenamento (434) inclui uma ou mais baterias que são removíveis e carregáveis, e o subsistema de armazenamento (434) inclui um processador (432) que é configurado para monitorar, pelo menos, uma bateria de uma ou mais baterias, e é configurado para comunicação com o subsistema de controle (100); o subsistema de energia (408) está configurado para ser conectado a uma linha de energia e o subsistema de energia (408) inclui um conversor de energia que converte energia CA para energia CC, quando a pelo menos uma bateria é carregada, e converte a energia CC para CA quando a pelo menos uma bateria é descarregada; o subsistema de controle (100) está conectado ao subsistema de armazenamento (434) e é conectado ao subsistema de energia (408), o subsistema de controle (100) inclui um processador (102), e o processador (102) está configurado para controlar a transferência de energia entre o subsistema de armazenamento (434) e o subsistema de energia (408), caracterizado pelo fato de que o processador (102) está configurado para enviar os sinais que controlam a carga e a descarga da pelo menos uma bateria, em que o processador (102) está configurado para monitorar um estado operacional de uma ou mais baterias; e (ii) um subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) ligada a cada um da pluralidade de nós, e o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) está configurado para monitorar um estado real da pluralidade de nós, e para armazenar um perfil de preferência para o nó conectado, o perfil de preferência incluindo um ou mais parâmetros para fornecer energia para um sistema externo, em que o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) tem um processador configurado para ponderar, de acordo com a importância, um ou mais parâmetros do perfil de preferência para cada nó conectado, e automontar uma unidade de energia ao selecionar, com base nos parâmetros ponderados, um grupo da pluralidade de nós a ser monitorado ou gerenciado.

19. Sistema de armazenamento e distribuição de energia de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) estar configurado para monitorar uma capacidade de carga / descarga de uma pluralidade de nós.

20. Sistema de armazenamento e distribuição de energia de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de o subsistema de controle de unidade (420, 602a, 602b, 602c) estar configurado para otimizar o dessempenho e as condições dos subsistemas de armazenamento, dos subsistemas de energia e dos subsistemas de controle na pluralidade de nós.

21. Sistema de energia, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de subsistemas de controle de unidade, como definido na reivindicação 18, sendo que cada um dos subsistemas de controle de unidade está ligado a uma pluralidade de nós.

22. Sistema de energia caracterizado pelo fato de compreender um subsistema de controle local ligado a cada um da pluralidade de subsistemas de controle de unidade, como definido na reivindicação 21.

23. Sistema de energia, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de o subsistema de controle local estar configurado para monitorar uma capacidade de carga / descarga de uma pluralidade de subsistemas de controle de unidade.

24. Sistema de energia, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de o subsistema de controle local estar configurado para otimizar as condições e o desempenho de componentes na pluralidade de subsistemas de controle de unidade.