BR112019005874A2

BR112019005874A2 - Sistema híbrido armazenamento de energia alta confiabilidade

Info

Publication number: BR112019005874A2
Application number: BR112019005874-5A
Authority: BR
Inventors: B. Dunn Randy; Horn Alan
Original assignee: Electric Power Systems, LLC
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2017-09-26
Publication date: 2020-03-10
Also published as: US20220037894A1; EP3516754A4; US20190229542A1; EP3516754B1; EP3516754A1; WO2018058137A1; EP4033633B1; CN109874359A; US11121565B2; EP4033633A1; CA3038291A1

Abstract

a presente invenção refere-se a combinação de pilha de célula de combustível e sistema de bateria eletroquímica que fornece energia elétrica estável e redundante para um ou mais motores de tração . as baterias eletroquímicas compreendem módulos que são comutados entre uma conexão em configuração paralela de baixa tensão para conexão para a pilha de células de combustível e uma configuração em série de alta tensão para os motores de tração , colhendo assim a energia de baixa tensão a partir das células de combustível e oferecendo essa energia como energia de alta tensão para o motor. a pluralidade de conjuntos de baterias eletroquímicas pode ser comutada de tal modo que pelo menos um está sempre ligado ao motor de tração para continuidade de energia.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para SISTEMA HÍBRIDO DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA DE ALTA CONFIABILIDADE.

Inventores: Randy Dunn e Alan Horn

REFERÊNCIA CRUZADA AOS PEDIDOS DE PATENTES RELACIONADOS [0001] Este pedido de patente reivindica a prioridade do pedido de patente provisório U.S. de n° de série 62/399.746, depositado em 26 de setembro de 2016, cuja descrição é incorporada no presente relatório descritivo por referência, desde que essa descrição não entre em conflito com a presente invenção.

CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO [0002] A presente invenção refere-se, de uma maneira geral, a sistemas de armazenamento de energia para veículos elétricos, tais como aeronaves, e, mais especificamente, a sistemas de armazenamento de energia que utilizam pilhas de células de combustível, combinadas com baterias, para proporcionar uma tensão adequada a motores elétricos de veículos elétricos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0003] Uma batería secundária é um dispositivo consistindo de uma ou mais células eletroquímicas ou eletrostáticas, a seguir referidas, coletívamente, como células, que podem ser carregadas eletricamente para proporcionar um potencial estático para energia ou uma carga elétrica liberada, quando necessário. As células eletroquímicas compreendem, tipicamente, pelo menos um eletrodo positivo e pelo menos um eletrodo negativo. Uma forma comum dessas células são células secundárias acondicionadas em uma lata metálica, cilíndrica ou em um invólucro prismático. Os exemplos de química usada nessas células secundárias são lítio - óxido de cobalto, lítio - manganês, lítio - fosfato de ferro, níquel - cádmio, níquel - zinco e níquel - hidreto metálico. Essas células

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2/27 são produzidas em massa, acionadas por um mercado consumidor cada vez maior, que demanda energia recarregável de baixo custo para aparelhos eletrônicos portáteis.

[0004] As células de combustível são outra fonte de energia elétrica. As células de combustível de membranas de troca de prótons, também conhecidas como células de combustível de membranas de eletrólitos poliméricos (PEM), são um tipo de célula de combustível usado para energizar motores de tração para impelir veículos elétricos. As células de combustível PEM convertem energia de potencial químico, na forma de hidrogênio e oxigênio, diretamente em energia elétrica, e são, desse modo, inerentemente mais eficientes do que os motores de combustão, que devem, primeiro, converter energia de potencial químico em calor, e depois em trabalho mecânico. As emissões diretas de um sistema de células de combustível são água e calor. As células de combustível não têm quaisquer partes móveis e são, desse modo, mais confiáveis do que os motores tradicionais.

[0005] As baterias secundárias e as células de combustível são frequentemente usadas para acionar motores de tração para impelir veículos elétricos, incluindo bicicletas elétricas, motocicletas, carros, ônibus, caminhões, trens, aeroplanos, etc. Esses sistemas de baterias e de células de combustível de tração são usualmente grandes, compreendidos de dezenas a centenas ou mais células individuais. Para atingir o nível de tensão operacional desejado, as células eletroquímicas são conectadas eletricamente em série para formar uma batería de células, referida tipicamente como uma batería. O uso de maiores células ou células em paralelo pode aumentar a energia e o nível de energia de uma batería. De modo similar, as células de combustível sâo conectadas eletricamente em série para formar o que é tipicamente referido como uma pilha de células de combustível. As células de combustível

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3/27 maiores podem aumentar o nível de energia da pilha. A energia é aumentada simplesmente por alimentação de mais combustível.

[0006] Uma medida crítica para um sistema de armazenamento de energia em aplicações de tração é a densidade energética. A densidade energética é uma medida de uma energia disponível total do sistema com relação à sua massa, medida frequentemente em watts-hora por quilograma (Wh/kg). A densidade de energia é uma medida da liberação de energia do sistema com relação à massa da célula, medida usualmente em watts por quilograma (W/kg). As baterias e as células de combustível diferem nas suas respectivas densidades energéticas e densidades de energia. Em aplicações de tração, a densidade energética é desejável pois é diretamente proporcional à faixa de resistência ou deslocamento do sistema. A energia é diretamente proporcional à aceleração e ao desempenho de decolagem e/ou lançamento. Ambos são necessários para um desempenho global do sistema.

[0007] As células de combustível são, tipicamente, de alta densidade energética e de baixa densidade de energia, quando comparadas com baterias. Por exemplo, um sistema de células de combustível exemplificativo, para aplicações de transporte, pode produzir em torno de 450 W/kg e liberar cerca de 600 Wh/kg de energia de uma carga de hidrogênio, em uma aplicação prática de transporte. Comparatlvamente, as células de energia atualmente comercialmente disponíveis são capazes de obter níveis de energia apenas em torno de 260 Wh/kg, menos da metade de células de combustível comparáveis. Outras células de energia disponíveis comercialmente se concentram na densidade de energia em vez da densidade energética. Por exemplo, uma célula de titanato de lítio (LTO), prismática disponível comercialmente pode produzir mais de 5.000 W/kg, em tomo de 11 vezes mais energia por massa do que a célula de combustível exemplificative. A célula de LTO gera isso à custa da densidade energética, sendo capaz apenas de 100

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Wh/kg de energia de uma única carga, que é cerca de um sexto da densidade energética da célula de combustível exemplificativa. Desse modo, a célula de LTO e a célula de energia exemplificativa possuem características de energia e energia muitíssimo diferentes.

[0008] Outra diferença entre as baterias (isto é, as células de energia) e as células de combustível é os seus respectivos métodos de recarga. A energia gasta por uma batería é reposta por uma recarga elétrica direta, que é um processo relativamente intenso em tempo, requerendo, frequentemente, uma ou mais horas para ficar completo. A célula de LTO, descrita acima, é diferente da maior parte das baterías pelo fato de que é capaz de ser recarregada em menos de dez minutos. No entanto, essa velocidade de recarga requer um grande carregador de batería e extrai uma grande quantidade de energia em um tempo curto da grade. Essas demandas de energia em tempo curto frequentemente originam um preço mais alto, uma vez que o custo da eletricidade é influenciado pela velocidade de extração. Em uma aplicação disseminada, isso pode provocar problemas de estabilidade com a rede, algo que os provedores de utilidades consideram altamente indesejável. A adição de baterias ao sistema de carga pode estabilizar a carga, mas origina um alto custo uma vez que essas baterias devem ter uma capacidade compatível com o que é necessário para satisfazer as demandas de recarga constantes para a aplicação. Ainda mais, essa batería vai precisar ser substituída com o tempo, pois envelhece e perde capacidade devido ao ciclo de degradação.

[0009] Comparativamente, as células de combustível são reabastecidas por inserção de hidrogênio gasoso. Esse processo pode ser completado em apenas uns poucos minutos de um tanque e não tem um impacto na grade elétrica como tem o processo de recarga. Isso é vantajoso para as aplicações de transporte, nas quais os operadores esperam tempos de reabastecimento curtos, similares àqueles de processos

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5/27 de reabastecimento de gasolina convencionais. A estação de reabastecimento também pode gerar hidrogênio gasoso localmente de água e eletricidade por eletrólise, e armazenar o hidrogênio gerado em grandes tanques. Isso propicia que a carga na grade seja constante e o armazenamento seja de um custo efetivo, uma vez que os tanques podem mudar de escala com um custo adicional mínimo. Ainda mais, os tanques não sofrem de desgaste de ciclo rápido como as baterias de armazenamento em um sistema de carga.

[0010] Mais outra diferença entre as baterias e as células de combustível é as suas respectivas capacidades de liberar energia por demanda. Se carregadas suficientemente, as baterias podem liberar imediatamente energia a uma carga. Comparativamente, as células de combustível precisam de um período de tempo de aquecimento e, portanto, uma energia operacional muito pequena fica imediatamente disponível. Isso é problemático na maior parte das aplicações de tração, especialmente, os veículos usados para transporte. Os operadores esperam uma energia imediata na partida de um veículo, como é o caso com veículos movidos à gasolina, incluindo carros e aeronaves, que têm energia imediatamente após a ignição.

[0011] Para sistemas de tração elétrica, maiores voltagens são desejáveis, porque maiores voltagens proporcionam, tipicamente, uma maior eficiência em sistemas de motores elétricos. Há também no todo uma menor massa do sistema, uma vez que os atuais condutores de corrente podem ser de uma menor dimensão. Os desenvolvedores elétricos e elétricos híbridos preferem operar em torno de 300 V a 400 V, os desenvolvedores de veículos comerciais, como caminhões, ônibus e aeroplanes híbridos, preferem operar a 600 - 800 V. Uma única célula de combustível libera tipicamente uma tensão entre 0,5 e 1 V, com comparação com as células de íon de lítio, que operam entre 2,3 V e 4

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V. Portanto, precisa-se de aproximadamente 300 a 800 células de combustível em série para energizar um veículo de consumidor, e aproximadamente 600 a 1.800 em série para energizar um veiculo comercial. Comparativamente, aproximadamente 75 a 173 células de íon de lítio são necessárias para energizar o mesmo veículo de consumidor, ou 150 a 347 células de íon de lítio para energizar o mesmo veículo comercial. [0012] O número relativamente grande de células de combustível, que devem ser montadas em uma pilha, também influencia o desempenho e o custo do sistema como um todo. Mais despesas gerais são necessárias para controlar o número muito grande de células de combustível na pilha. Isso é também complicado pela necessidade para um controle de isolamento, na medida em que o potencial de tensão aumenta, para manter a segurança, complicada ainda pela presença contínua de água, como o componente de descarga do sistema, que deve ser removida durante a operação. Como tal, a grande parte dos sistemas de células de combustível produzidos é de uma tensão relativamente baixa, muito baixa para os sistemas de tração usuais industriais. Por essas razões, os sistemas de células de combustível na faixa de 60 a 120 V são mais efetivos em custo do que os sistemas de alta tensão .

[0013] Uma abordagem para a adaptação de sistemas de células de combustível de baixa tensão para aplicação de tração de alta tensão é utilizar um conversor de corrente contínua em corrente contínua (CC - CC), para permitir que uma pilha de células de combustível de baixa tensão acione uma carga de alta tensão . Os conversores CC - CC incorporam perdas, massa adicional e custo ao sistema. O conversor CC - CC não incorpora qualquer benefício ao sistema diferente da conversão de tensão . Incorpora peso, espaço e custo parasíticos, e é especialmente impactante em aplicações aeronáuticas, que são extremamente sensíveis ao peso. Em alguns casos, o conversor é integrado de

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7/27 certo modo com o motor e o sistema de controle do motor. Essas soluções precisam que o sistema completo seja projetado e otimizado para funcionar dessa maneira.

[0014] Os conversores atualmente disponíveis têm uma relação de massa para potência em torno de 1 kg para cada 4 kW de conversão de energia. Isso não considera a redundância. Em aplicações de alta confiabilidade, nas quais pontos únicos de falha dentro de um sistema não são permitidos, o conversor CC - CC precisa ter uma reserva em caso de falha. Portanto, um conversor de 200 kW, com redundância, vai ter uma massa em torno de 100 kg, que é significativa, especialmente para aplicações de tração sensíveis ao peso. Essa solução vai também requerer uma quantidade substancial de volume e um sistema de resfriamento para o conversor, incorporando mais massa ao sistema.

[0015] Os conversores CC - CC não contribuem com coisa alguma para aliviar o único ponto de falha no sistema, uma vez que eles não mesmos fontes de energia, apenas conversores de energia com cargas parasíticas como os seus preços para operar. Assim sendo dois sistemas de células de combustível, ou uma fonte de energia alternativa, devem ser fornecidos para proporcionar energia redundante no caso de falha de um sistema de células de combustível. Como a pilha de células de combustível é frequentemente o componente mais caro no sistema, a aquisição de dois vai ser um impacto de custo substancial na aplicação. Há também um aumento no volume total para acomodar o ferramental adicional.

[0016] É intenção de a presente invenção proporcionar uma solução que misture alta energia e energia instantânea de sistemas de baterias com a energia e os tempos de reabastecimento rápidos de uma pilha de células de combustível, de baixa tensão , de custo efetivo. O sistema de baterias opera a uma alta tensão associada às demandas de carga, e a pilha de células de combustível opera a uma baixa tensão , o que

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8/27 aperfeiçoa a segurança e reduz a massa e o custo.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0017] Os desenhos em anexo, que são, desse modo, incorporados neste, e constituem uma parte deste, relatório descritivo, ilustram as concretizações da presente invenção, e, conjuntamente com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nos desenhos, nos quais os números de referência similares representam partes similares: a Figura 1 ilustra um veículo elétrico de acordo com as concretizações da presente invenção;

a Figura 2 ilustra um sistema de armazenamento de energia de acordo com as concretizações da presente invenção;

a Figura 3 ilustra uma configuração de um sistema de armazenamento de energia de acordo com as concretizações da presente invenção;

a Figura 4 ilustra outra configuração de um sistema de armazenamento de energia de acordo com as concretizações da presente invenção;

a Figura 5 ilustra mais outra configuração de um sistema de armazenamento de energia de acordo com as concretizações da presente invenção; e a Figura 6 ilustra um método operacional de um sistema de armazenamento de energia de acordo com as concretizações da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA [0018] A presente descrição proporciona novos sistemas e métodos de uso de sistemas de células de combustível de baixa tensão , de custo efetivo em aplicações de tração de baixa tensão , de alta eficiência, de alta confiabilidade, sensíveis ao peso por utilização de um sistema de baterias de modo de mudança. A abordagem aumenta a confiabilidade, incorpora redundância e minimiza os componentes parasíticos, tais

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9/27 como os conversores CC - CO, que incorporam peso, reduzem a confiabilidade e aumentam as perdas do sistema.

[0019] Com referência inicial à Figura 1, uma aeronave 10 compreende um sistema de armazenamento de energia e de liberação de energia 100. Em várias concretizações, a aeronave 10 compreende um veículo aéreo não tripulado, forçado a ser movimentado por um ou mais motores de tração. Em outras concretizações, a aeronave 10 pode ser uma aeronave de passageiros ou de carga, ou um helicóptero, energizado por um ou mais motores de tração. Além do mais, a aeronave 10 pode compreender qualquer veículo adequado, que seja forçado a se movimentar, parcial ou totalmente, por um motor assíncrono ou um motor A/C. Embora descrita no presente relatório descritivo em conjunto com uma aeronave, essa invenção pode ser aplicável a outros veículos com requisitos de alta confiabilidade, bem como requisitos de tamanho, peso e densidade de energia / energética.

[0020] Em várias concretizações, a redundância do sistema 100 é particularmente útil em aplicações de aeronaves. Por exemplo, no caso de falha de um sistema de armazenamento de energia e de liberação de energia em um veículo terrestre (tal como um carro elétrico), o motor ou os motores elétricos que energizam o veículo vão parar de operar, e o veículo vai ser lentamente desacelerado e eventualmente parado. No entanto, em uma aeronave energizada eletricamente, a falha do sistema de armazenamento de energia e de liberação de energia pode ser catastrófica, pois a operação descontinuada do motor ou dos motores elétricos, que proporcionam energia à aeronave, pode provocar uma rápida desaceleração, e, potencialmente, uma aterragem não planejada e um possível choque da aeronave. Portanto, a redundância é particularmente importante para uma aeronave energizada eletricamente.

[0021] O sistema de armazenamento de energia e de liberação de energia 100 pode compreender uma fonte de energia (por exemplo, uma

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10/27 pilha de células de combustível 104), um módulo de armazenamento de energia, reconfigurável 105, um inversor CC/CA (CA - corrente alternada) 107 e o motor CA 102. A fonte de energia e o módulo de armazenamento de energia, reconfigurável proporcionam energia elétrica e energia suficientes para um motor de tração 102. Em várias concretizações, uma pilha de células de combustível 104 pode compreender uma pilha de células de combustível de tensão relativamente baixa, operando na faixa de aproximadamente 60 V a aproximadamente 120 V. No entanto, em outras concretizações exemplificativas, a pilha de células de combustível 104 pode operar a qualquer nível de tensão adequado. Além do mais, a fonte de energia pode compreender qualquer fonte de energia que seja adequada para alimentar o módulo de armazenamento de energia, reconfigurável 105 (descrito em mais detalhes no presente relatório descritivo). Por exemplo, a fonte de energia pode compreender uma célula de combustível de óxido sólido, uma célula de combustível natural comprimida ou um gerador de gás. Por exemplo, em uma concretização exemplificative, a fonte de energia pode compreender um gerador, para alimentar o módulo de armazenamento de energia, reconfigurável 105. Um gerador, de acordo com a presente invenção, é qualquer dispositivo capaz de proporcionar energia elétrica ao módulo de armazenamento de energia, reconfigurável 105.

[0022] O motor de tração 102 pode compreender, por exemplo, um motor elétrico configurado para proporcionar energia mecânica para movimentar um veículo, tal como a aeronave 10 da Figura 1. Em várias concretizações, o motor de tração 102 opera a uma tensão relativamente alta, tal como uma tensão de aproximadamente 300 V a aproximadamente 800 V. Por exemplo, a operação a uma faixa de voltagens relativamente alta pode aperfeiçoar a eficiência operacional do motor de tração 102, o que pode, por sua vez, reduzir a massa e o custo totais do sistema 100. No entanto, em outras concretizações exemplificativas, o

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11/27 motor de tração 102 pode operar a qualquer faixa de voltagens adequada.

[0023] O inversor CC/CA 107, também conhecido como um inversor de energia, pode compreender qualquer dispositivo ou conjunto de circuitos eletrônico adequado, que muda de corrente contínua (CC) a corrente alternada (CA), para energizar o motor de tração 102. Por simplicidade no presente relatório descritivo, o inversor CC/CA 107 é discutido no presente relatório descritivo como formando parte do motor de tração 102, ainda que possa ser um componente separado, e é, em qualquer caso, localizado eletricamente entre o módulo de armazenamento de energia, reconfigurável 105 e o motor de tração 102.

[0024] Com referência então à Figura 2, o módulo de armazenamento de energia, reconfigurável 105 pode compreender ainda, por exemplo, um circuito de baterias primárias 106a e um circuito de baterias secundárias 106b. Em várias concretizações, os circuitos de baterias 106a e 106b são posicionados entre, e em comunicação elétrica, com a pilha de células de combustível 104 e o motor de tração 102. Em várias concretizações, o circuito de baterias primárias 106a compreende várias baterias 108a e chaves de baterias 110a. As baterias 108a podem ser acopladas entre si por chaves de baterias 110a, de modo que as baterias 108a possam ser configuradas em série, em paralelo ou em uma combinação de ambas. As chaves 110a permitem que o sistema 100 mude entre as várias configurações, incluindo as configurações de um ou mais circuitos de baterias (por exemplo, 106a e/ou 106b), a pilha de células de combustível 104 e o motor de tração 102, que são acoplados conjuntamente uns com os outros.

[0025] Por exemplo, as baterias 108a do circuito de baterias primárias 106a podem ser acopladas eletricamente entre si na série por acoplamento com chaves de baterias 110a, de modo que um eletrodo positivo de cada bateria 108a seja acoplado a um eletrodo negativo de outra

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12/27 batería 108a. Ainda mais, as baterias 108a podem ser acopladas eletricamente entre si em paralelo por acoplamento com as chaves de baterias 110a, de modo que todas as células de combustível de cada bateria 108a sejam acopladas aos eletrodos positivos de uma ou mais das outras baterias 108a.

[0026] Em várias concretizações, as baterias 108a compreendem uma faixa de voltagens relativamente comparável àquela da pilha de células de combustível 104. Por exemplo, todas as baterias 108a podem operar na ou próximas da mesma tensão da pilha de células de combustível 104. Desse modo, em uma concretização exemplificativa, quando configurado em paralelo, o circuito de baterias 106a é adequado para ser carregado pela pilha de células de combustível 104.

[0027] O circuito de baterias secundárias 106b (similar ao circuito de baterias primárias 106a) pode compreender várias baterias 108b, acopladas entre si por meio das chaves de baterias 110b. Em várias concretizações, o circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b compreendem o mesmo número das respectivas baterias 108a e 108b. Em várias concretizações, o circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b compreendem um número diferente das respectivas baterias 108a e 108b. Embora descrito com referência específica às figuras dos desenhos, um número qualquer de baterias 108a e 108b, incluindo mais ou mais do que as que são ilustradas nas várias figuras dos desenhos, está dentro do âmbito da presente invenção.

[0028] O circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b podem ser acoplados eletricamente a um ou ambos da pilha de células de combustível 104 e do motor de tração 102. Por exemplo, o sistema 100 pode compreender uma ou mais chaves de células de combustível 110c, conectadas entre a pilha de células de combustível 104 e o circuito de baterias primárias 106a, e entre a pilha de

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13/27 células de combustível 104 e o circuito de baterias secundárias 106b. Em várias concretizações, as chaves da pilha de células de combustível 110c podem ser configuradas como se acoplando eletricamente a um ou ambos de um circuito de baterias primárias 106a e de um circuito de baterias secundárias 106b na pilha de células de combustível 104.

[0029] O sistema 100 pode compreender ainda chaves do motor de tração 110d. Similares às chaves da pilha de células de combustível 110c, as chaves do motor de tração 110d podem ser conectadas entre o motor de tração 102 e o circuito de baterias primárias 106a, e entre o motor de tração 102 e o circuito de baterias secundárias 106b. Em várias concretizações, as chaves do motor de tração 110d podem ser configuradas como se acoplando eletricamente a um ou ambos do circuito de baterias primárias 106a e do circuito de baterias secundárias 106b ao motor de tração 102. O circuito de baterias primárias 106a e/ou o circuito de baterias secundárias 106b pode(m) ser, por exemplo, configurado(s) para suprir uma tensão predeterminada e/ou desejada ao motor de tração 102. Em várias concretizações, uma tensão predeterminada e/ou desejada, aplicada ao motor de tração 102, pode compreender uma saída de tensão , capaz de ser proporcionada a um ou ambos do circuito de baterias primárias 106a e do circuito de baterias secundárias 106b. A tensão predeterminada e/ou desejada pode ser selecionada, como descrito no presente relatório descritivo, por mudança das baterias 108a e/ou 108b da disposição em paralelo para uma disposição em série. Ao se proporcionar uma tensão predeterminada ou desejada do circuito de baterias primárias 106a e/ou do circuito de baterias secundárias 106b no motor de tração 102, o sistema 100 elimina a necessidade para um conversor de tensão , tal como um conversor de tensão CC - CC. Como descrito previamente, a eliminação do conversor de tensão CC - CC é vantajosa por pelo menos as razões em que diminui o custo e o peso totais do sistema 100, elimina a perda parasitica da

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14/27 energia associada com os conversores CC - CC, e elimina um ponto de falha potencial no sistema 100 (que elimina a necessidade para um componente redundante).

[0030] Com ênfase nesse último ponto, o sistema é configurado para excluir um inversor CC/AC. Expresso de outro modo, em uma concretização exemplificativa, o sistema libera energia de uma fonte de energia CC a um nível de tensão de saída a um motor CA a um nível de tensão de entrada, diferente do nível de tensão de saída, sem conversão de tensão CC - CC. Desse modo, em uma concretização exemplificativa, o sistema energiza um motor CA usando fontes CC e uma conversão de tensão baseada somente em mudança das configurações em paralelo / em série das baterias (108a e 108b).

[0031] Com referência inicial à Figura 3, o sistema 100 pode ser configurado para carregar as baterias 108a do circuito de baterias primárias 106a (referido como o Modo A). Com o intuito de simplicidade, as Figuras 3, 4 e 5 ilustram várias configurações do sistema 100, sem ilustrar todas as chaves 110a, 110b, 110c e 110d. As configurações dos sistema 100, ilustrado nas Figuras 3, 4 e 5, não são permanentes, e em vez disso representam uma configuração dos vários componentes, incluindo as chaves 110a, 110b, 110c e 110d. Por exemplo, o circuito de baterias primárias 106a é configurado (por meio das chaves 110a), de modo que as baterias 108a fiquem paralelas entre si, e o circuito de baterias primárias 106a é acoplado eletricamente à pilha de células de combustível 104. Em várias concretizações, a configuração do circuito de baterias primárias 106a em paralelo e o acoplamento dele à pilha de células de combustível 104 carrega as baterias 108a. Por exemplo, todas as baterias 108a podem ser carregadas a uma tensão idêntica ou similar à tensão da pilha de células de combustível 104, proporcionando uma operação eficiente da pilha de células de combustível 104 e o carregamento das baterias 108a.

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15/27 [0032] Ainda mais, o circuito de baterias secundárias 106b pode ser configurado (pelas chaves 110b) de modo que as baterias 108b fiquem em série entre si, e o circuito de baterias 106b é acoplado eletricamente ao motor de tração 102. Por exemplo, a configuração do circuito de baterias secundárias 106b em série e o acoplamento dele ao motor de tração 102 pode descarregar energia elétrica do circuito de baterias secundárias 106b para energizar o motor de tração 102. Em várias concretizações, as baterias 108b são dimensionadas, selecionadas e/ou configuradas de modo que, quando configuradas em série, o circuito de baterias secundárias 106b proporcione uma tensão desejada e/ou predeterminada ao motor de tração 102.

[0033] Expresso de outro modo, o acoplamento de um circuito de baterias configurado em paralelo (tal como o 106a e/ou o 106b) na pilha de células de combustível 104 carrega o circuito de baterias, e o acoplamento do circuito de baterias carregado em série ao motor de tração 102 proporciona energia ao motor de tração 102.

[0034] Com referência inicial à Figura 4, o sistema 100 pode ser configurado para carregar o circuito de baterias secundárias 106b (referido como o Modo B). Por exemplo, o circuito de baterias secundárias 106b é configurado (pelas chaves 110b), de modo que as baterias 108b sejam eletricamente conectadas em paralelo entre si, e o circuito de baterias secundárias 106b é acoplado eletricamente à pilha de células de combustível 104. Ainda mais, o circuito de baterias primárias 106a pode ser configurado (pelas chaves 110a) de modo que as baterias 108a sejam conectadas eletricamente em série entre si, e o circuito de baterias primárias 106a é acoplado eletricamente ao motor de tração 102. Nessa configuração do sistema 100, as baterias 108b do circuito de baterias secundárias 106b são carregadas pela pilha de células de combustível 104, enquanto que o motor de tração 102 é energizado por descarga

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16/27 das baterias configuradas em série 108a do circuito de baterias primárias 106a.

[0035] Em várias concretizações, o sistema 100 pode ficar se alternando entre o Modo A e o B, para proporcionar energia contínua ao motor de tração 102. Por exemplo, pelo menos um circuito de baterias (por exemplo, o circuito de baterias primárias 106a e/ou o circuito de baterias secundárias 106b) é sempre conectado ao motor de tração 102, para dotá-lo com energia contínua. Ainda mais, em nenhum momento a pilha de células de combustível 104 é diretamente acoplada eletricamente ao motor de tração 102. Desse modo, energia é liberada contínuamente pelo sistema 100 para o motor de tração 102, por alguma combinação de pilha de células de combustível 104, circuito de baterias primárias 106a e circuito de baterias secundárias 106b.

[0036] Com referência inicial à Figura 5, um Modo de Falha da Pilha de Células de Combustível do sistema 100 é ilustrado. Em várias concretizações, no caso em que a pilha de células de combustível 104 experimenta uma falha ou mau funcionamento durante a operação, a pilha de células de combustível 104 é isolada eletricamente por desacoplamento ou desconexão do circuito de baterias primárias 106a e do circuito de baterias secundárias 106b da pilha de células de combustível 104. Esse desacoplamento pode, por exemplo, aperfeiçoar a segurança da operação do sistema 100. Ainda mais, pelo menos um do circuito de baterias primárias 106a e do circuito de baterias secundárias 106b pode ser acoplado eletricamente ao motor de tração 102 (referido como o Modo AB). O Modo AB proporciona níveis múltiplos de redundância pelo fato de que há dois circuitos de baterias separados e/ou independentes (circuito de baterias primárias 106a e circuito de baterias secundárias 106b), que podem suprir energia ao motor de tração 102 no caso de perda de energia na pilha de células de combustível 104. Se um dos

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17/27 circuitos de baterias falhar, o outro circuito de baterias continua a proporcionar energia ao motor de tração 102. O tamanho dos circuitos de baterias vai depender da aplicação (por exemplo, do requisito de tensão do motor de tração 102) e, tipicamente, os circuitos de baterias podem ser dimensionados para proporcionar força e energia suficientes para propiciar uma disposição segura do veiculo, quando necessário.

[0037] Em várias concretizações, o sistema 100 pode ser configurado em um Modo de Falha de Circuito de Baterias. Com referência de novo à Figura 2, se o circuito de baterias primárias 106a experimentar uma falha ou defeito, pode ser isolado eletronicamente da pilha de células de combustível 104, do motor de tração 102 e do circuito de baterias secundárias 106b. A chave da pilha de células de combustível 110c e a chave do motor de tração 110d podem ser configuras para desacoplar o circuito de baterias primárias 106a dos outros componentes do sistema 100. Ainda mais, o circuito de baterias secundárias 106b pode, por meio da chave da pilha de células de combustível 110, da chave do motor de tração 110d e das chaves do circuito de baterias secundárias 110b, ser configurado em uma configuração em série, e acoplado eletronicamente ao motor de tração 102 para proporcionar energia ao motor. Ainda mais, o mesmo Modo de Falha de Circuito de Baterias pode, no caso de uma falha ou defeito no circuito de baterias secundárias, ser usado para Isolar o circuito de baterias secundárias 106b dos outros componentes do sistema 100.

[0038] O sistema 100 pode operar ainda, por exemplo, no modo de Decolagem. O modo de Decolagem pode, por exemplo, dotar o motor de tração 102 com um maior nível de energia, para satisfazer a necessidade para uma maior impulsão e/ou um levantamento durante decolagem de uma aeronave. Em várias concretizações, o sistema 100 é utilizado para proporcionar energia a uma aeronave elétrica de decolagem e pouco verticais (eVTOL). No entanto, o sistema 100 pode ser

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18/27 utilizado por qualquer aeronave adequada. Durante o modo de Decolagem, ambos o circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b sã acoplados eletricamente, em paralelo entre eles, ao motor de tração 102. A configuração do modo de Decolagem também pode ser usada em outras situações, nas quais uma maior energia é necessária, tal como em pouso de uma aeronave (por exemplo, uma aeronave eVTOL). Além do mais, com apenas um circuito de baterias acoplado ao motor de tração 102, a configuração em série do circuito de baterias pode proporcionar a energia necessária para obter aceleração, decolagem, arremetlda ou pouso.

[0039] Em várias concretizações, as chaves 110a e/ou 110b podem ser chaves mecânicas ou no estado sólido de mudança de baixa velocidade. Por exemplo, o sistema 100 pode mudar entre múltiplas configurações (tais como, o Modo A, o Modo B, O Modo de Falha de Célula de Combustível, o Modo de falha de Circuito de Baterias, o Modo de Decolagem, ou outros) relativamente infrequentemente, tal como da ordem de dezenas de segundos, e, portanto, as chaves mecânicas (tais como contatores e relés) podem ser usadas. Essa baixa frequência de mudança pode, por exemplo, induzir uma quantidade relativamente baixa de tensão nas chaves 110a e/ou 110b, que compreendem dispositivos mecânicos, e, ainda mais, pode minimizar a criticalidade de sincronização no sistema de mudança. Essas chaves de mudança de baixa frequência 110a e/ou 110b podem permitir que o circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b sejam acoplados ao motor de tração 102 por um, dois ou mais segundos, para garantir a liberação contínua de energia. Em várias concretizações, as chaves 110a e/ou 110b compreendem chaves no estado sólido, que passam a maior parte do tempo nos estados ligado (ON) e desligado (OFF), e não em um estado de transição, no qual calor e tensão podem provocar falha

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19/27 das chaves no estado sólido 110a e/ou 110b. Mantendo-se predominantemente em um estado ON ou OFF, as chaves no estado sólido 110a e/ou 110b operar nos seus estados mais eficientes e, portanto, não precisam de muito resfriamento e propiciam uma perda muito baixa no sistema 100. Isso pode proporcionar um benefício em relação aos dispositivos de mudança de alta velocidade usados na maior parte dos sistemas conversores (tais como nos tradicionais conversores CC - CC). [0040] Ainda mais, as chaves 110a -110d podem compreender, por exemplo, uma chave de manobra única, de único polo. Nessas concretizações, a chave acopla ou desacopla um único componente ou circuito de outro componente ou circuito dentro do sistema 100. Em outras concretizações, uma ou mais chaves 110a -110d podem compreender uma chave de manobra dupla, de polo único, capaz de selecionar um acoplamento elétrico específico entre duas possíveis alternativas. Por exemplo, uma única chave de pilha de células de combustível 110c do tipo de manobra dupla, de polo único pode ser usada para acoplar eletricamente um do circuito de baterias primárias 106a ou do circuito de baterias secundárias 106b na pilha de células de combustível 104. Qualquer configuração de chaves, incluindo as chaves tendo múltiplos arrastes e múltiplas manobras, estão dentro do âmbito da presente invenção. [0041] Em várias concretizações, uma combinação de chaves mecânicas e no estado sólido 110a, 110b, 110c e/ou 110d pode ser usada. Em virtude das chaves no estado sólido não oferecem um isolamento real e poderem falhar em um estado fechado, chaves mecânicas podem ser usadas em junções nas quais uma falha em estado fechado é indesejável. Por exemplo, as chaves mecânicas 110c e/ou 110d podem ser usadas para acoplar e desacoplar eletricamente o circuito de baterias primárias 106a e/ou o circuito de baterias secundárias 106b na e da pilha de células de combustível 104 e no e do motor de tração 102, com

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20/27 as chaves no estado sólido 110a e/ou 110b usadas nas junções interferentes.

[0042] Ainda mais, as chaves de mudança de baixa velocidade 110 pode, por exemplo, aperfeiçoar a eficiência de um ou mais dos circuitos de baterias do sistema 100. A maior parte das baterias (tais como as baterias 108a e/ou as baterias 108b) não absorvem facilmente energia, imediatamente após mudar de um estado de repouso. Pode levar um segundo após a corrente ser aplicada inicialmente antes que as baterias comecem a ser carregadas eficientemente. Portanto, pode ser benéfico que o sistema 100 utilize tempos de mudança relativamente baixos entre os circuitos de baterias, tais como, por exemplo, dezenas de segundos. Isso é muito diferente de um sistema capacitor de modo de mudança, que vai requerer uma mudança de alta velocidade para manter razoável o tamanho do capacitor. As baterias podem armazenar grandes quantidades de energia com uma eficiência de até 99% (no caso de baterias de íon de lítio), mesmo em velocidades de carga relativamente altas.

[0043] Em várias concretizações, o sistema 100 proporciona uma maior eficiência em relação aos sistemas típicos de liberação de energia. Em virtude das chaves 110 poderem operar nos seus estados mais efetivos na maior parte do tempo, as baterias 108a e/ou 108b ficam operando em uma direção contínua, de carga ou descarga, por longos períodos de tempo, e a pilha de células de combustível 104 pode ser blindada de grandes variações de carga, o que podería provocar que operasse em um estado de menor eficiência pelo circuito de baterias primárias 106a e/ou pelo circuito de baterias secundárias 106b.

[0044] As concretizações da presente invenção podem também proporcionar alta redundância por, por exemplo, proporcionar dois ou mais circuitos de baterias separados (por exemplo, 106a e 106b) para proporcionar energia ao motor de tração 102, e uma pilha de células de

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21/27 combustível de diferente tecnologia 104 como a fonte de carga. Por utilização de diferentes tecnologias, o sistema 100 pode ser menos propenso a sofrer uma única falha, que desative todo o sistema 100. Se a pilha de células de combustível 104 falhar, os circuitos de baterias 106a e 106b podem continuar a proporcionar energia ao motor de tração 102, e podem se desconectar inteiramente da pilha de células de combustível 104 (como no Modo de Falha descrito acima). Se um circuito de baterias falhar, ele pode ser isolado do restante do sistema 100, incluindo o motor de tração 102, a pilha de células de combustível 104 e o circuito de baterias remanescente (que pode continuar a proporcionar energia ao motor de tração 102). Níveis adicionais de redundância podem ser adicionados por um terceiro circuito de baterias, para permitir a operação contínua da pilha de células de combustível 104, com dois circuitos de baterias no caso de um células de combustível falhar ou for desativado de outro modo. A presente invenção contempla ainda quatro circuitos de baterias, cinco circuitos de baterias, etc. No caso de três circuitos de baterias, o sistema vai ter ainda uma capacidade operacional de 66%, e no caso de quatro circuitos de baterias, o sistema ainda vai ter uma capacidade operacional de 75% com falha em um circuito de baterias.

[0045] Em aplicações aeronáuticas, por exemplo, a redundância no sistema 100 é particularmente importante. Se o motor de tração 102 perde energia durante o voo de uma aeronave, pode provocar que a aeronave rapidamente desça e/ou promova uma colisão. Em aplicações de veículos terrestres, a falha do sistema 100 em proporcionar energia ao motor de tração 102 pode provocar, por exemplo, desaceleração do veículo. A redundância proporcionada, nesse caso, proporciona um tempo adicional para que o veículo aterrisse ou estacione com segurança.

[0046] Várias concretizações da presente invenção podem ser mais

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22/27 efetivas em custo do que sistemas convencionais ou típicos pelo fato de que podem utilizar uma única pilha de células de combustível, eficiente, de baixa tensão 104. Embora o sistema 100 compreenda mais de um circuito de baterias, o uso de múltiplos circuitos de baterias proporciona redundância ao sistema e aumenta a eficiência total (contrariamente ao uso dos conversores CC - CG).

[0047] Com referência inicial à Figura 6, um método 600 do sistema operacional 100, dentro de um veículo, tal como uma aeronave, de acordo com a presente invenção, é ilustrado. Em várias concretizações, o método 600 compreende uma etapa 620 de proporcionar energia do circuito de baterias primárias ao motor de tração. Quando a aeronave está voando, energia elétrica é proporcionada ao motor de tração 102 pelo circuito de baterias primárias 106a. O circuito de baterias primárias 106a fica em uma configuração em série, de modo que as baterias 108a sejam eletricamente acopladas conjuntamente na configuração em série pelas chaves das baterias primárias 110a.

[0048] O método 600 pode compreender ainda, por exemplo, a etapa 630 de carga do circuito de baterias secundárias. Quando o circuito de baterias primárias 106a está descarregando e proporcionando energia ao motor de tração 102, o circuito de baterias secundárias 106b é acoplado eletricamente à pilha de células de combustível 104 e é carregado. Durante a carga, as baterias 108b do circuito de baterias secundárias 106b são acopladas eletricamente na configuração em paralelo. As etapas 620 e 630 do método 600 podem, por exemplo, ocorrer simultaneamente, de modo que o circuito de baterias secundárias 108b fique carregando, na medida em que o circuito de baterias primárias 106a proporciona energia ao motor de tração 102.

[0049] Em várias concretizações, o método 600 compreende ainda uma etapa 630 de reconfiguração do circuito de baterias primárias para carga. Após descarga suficiente do circuito de baterias primárias 106a,

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23/27 o sistema 100 pode ser reconfigurado para permitir que o circuito de baterias primárias 106a seja recarregado. Para passar de carga para descarga, as chaves das baterias primárias 110a mudam as baterias primárias 108a do circuito de baterias primárias 106a da configuração em série para a configuração em paralelo. Quando as baterias primárias 108a são reconfiguradas para a configuração em paralelo, pelo menos uma chave da pilha de células de combustível 110c muda de modo que o circuito de baterias primárias 106a seja acoplado eletricamente à pilha de células de combustível 104. Em várias concretizações, a chave da pilha de células de combustível 110c pode compreender uma única chave (tal como uma chave de manobra dupla, de polo único), ou mais de uma chave de pilha de células de combustível 110c (tal como, por exemplo, chaves de manobra única, de polo único) pode ser utilizada. [0050] A etapa 630 pode também compreender a mudança, por meio de uma ou mais chaves do motor de tração 110d, de um circuito de baterias primárias 106a de ser acoplado eletricamente ao motor de tração a ser desacoplado ou desconectado eletricamente do motor de tração 102.

[0051] O método 600 pode compreender ainda, por exemplo, uma etapa 640 de reconfiguração do circuito de baterias secundárias para descarga. As chaves das baterias secundárias 110b mudam as baterias secundárias 108b do circuito de baterias secundárias 106b da configuração em paralelo para a configuração em série. Como as baterias secundárias são reconfiguradas para a configuração em série, o circuito de baterias secundárias 106b é eletricamente desacoplado ou desconectado da pilha de células de combustível 104. Ainda mais, o circuito de baterias secundárias 106b é mudado, por meio de uma ou mais chaves do motor de tração 110d, de ser eletricamente desacoplado ou desconectado do motor de tração para ser acoplado eletricamente ao motor de tração 102.

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24/27 [0052] Em várias concretizações, após as etapas 640 e 650, o método 600 compreende uma etapa 660 de proporcionar energia do circuito de baterias secundárias 106b ao motor de tração 102, e uma etapa 670 de carga do circuito de baterias primárias 106a. Similares às etapas 620 e 630, as etapas 660 e 670 podem ocorrer simultaneamente. Após energia elétrica suficiente ser descarregada das baterias secundárias 108b do circuito de baterias secundárias 106b, o método 600 pode ser repetido, começando com as etapas 610 e 620. Essas etapas podem ser usadas em conjunto com circuitos de baterias adicionais, em que um ou mais circuitos de baterias sâo carregados enquanto que um ou mais circuitos de baterias são descarregados. Por exemplo, um primeiro circuito pode ser carregado enquanto um segundo circuito é descarregado, e um terceiro circuito carregado fica em espera, e depois o sistema pode ser mudado para colocar o primeiro circuito em espera, o segundo circuito em carga e o terceiro circuito em descarga, etc, com a mudança aplicável das configurações em paralelo ou em série das baterias.

[0053] Ainda mais, ambos os circuitos de baterias podem ser configurados para proporcionar simultaneamente energia ao motor de tração 102. Por exemplo, as chaves das baterias primárias 110a podem configurar as baterias 108a do circuito de baterias primárias 106a em uma configuração em série, e as chaves das baterias secundárias 110b podem configurar as baterias 108b do circuito de baterias secundárias 106b em uma configuração em série. Pelo menos uma chave da pilha de células de combustível 110c pode desacoplar ambos o circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b da pilha de células de combustível 104, e a ou as chaves do motor de tração 110d podem acoplar eletricamente ambos o circuito de baterias primárias 106a e o circuito de baterias secundárias 106b ao motor de tração 102.

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25/27 [0054] Embora descrito no presente relatório descritivo, em muitos casos, como mudando a tensão de uma configuração de carga de baixa tensão a uma configuração de descarga de alta tensão , em várias concretizações, a carga e a descarga são executadas no mesmo nível de tensão , mas o sistema de circuitos de baterias ainda opera como descrito no presente relatório descritivo, mas sem reconfigurar a configuração em paralelo / em série das células de energia dentro de cada circuito de baterias. O benefício desse projeto, como nos outros projetos, se mantém na redundância e na separação da fonte da carga. Um gerador, por exemplo, é separado da carga por dois conjuntos de baterias mudando entre dois modos, entre a carga do gerador e a descarga na carga. Se o gerador falhar, todos os conjuntos são conectados à carga. [0055] Os benefícios desse sistema incluem a capacidade de usar motores elétricos em aviação. Em uma concretização exemplificativa, o sistema descrito no presente relatório descritivo auxilia nos modos de redução e de reforço de pico. Em particular, em uma concretização exemplificativa, a redução de ruído pode ser obtida por uso de células de combustível para energizar a aeronave, diferentemente do uso de geradores energizados por gasolina ou motores energizados com gasolina. Em particular, ainda que geradores energizados por gasolina sejam usados, em uma concretização exemplificativa, durante uma fase de decolagem, a decolagem pode ocorrer com a energia da bateria, sem recarregar os circuitos de baterias. Depois, quando uma altitude suficiente é alcançada, o gerador energizado com gasolina pode ser acoplado para carregar pelo menos um dos mais de um circuitos de baterias. Isso vai tornar a decolagem mais suave e reduzir a poluição localizada.

[0056] Os benefícios e outras vantagens foram descritas no presente relatório descritivo com relação às concretizações específicas. Além do mais, as linhas de conexão, mostradas nas várias figuras aprePetição 870190034238, de 10/04/2019, pág. 32/48

26/27 sentadas no presente relatório descritivo, são tencionadas para representar as relações funcionais exemplificativas e/ou os acoplamentos físicos entre os vários elementos. Deve-se notar que muitas relações alternativas ou funcionais ou conexões físicas podem estar presentes em um sistema prático. No entanto, os benefícios, as vantagens, as soluções para os problemas, e quaisquer elementos que possam provocar qualquer benefício, vantagem ou solução, que ocorrem ou ficam mais pronunciados, não devem ser considerados como aspectos ou elementos críticos, necessários ou essenciais da invenção. O âmbito da invenção nâo deve ser, consequentemente, limitada a nada além das reivindicações em anexo, nas quais a referência a um elemento no singular não é tencionada para significar um e apenas um, a menos que indicado explicitamente, mas, diferentemente, um ou mais. Além do mais, quando um termo similar a pelo menos um de A, B ou C for usado nas reivindicações , tenciona-se que o termo seja interpretado como significando que A sozinho pode estar presente em uma concretização, B sozinho pode estar presente em uma concretização, C sozinho pode estar presente em uma concretização, ou que qualquer combinação dos elementos A, B e C pode estar presente em uma única concretização, por exemplo, A e B, A e C, B e C, ou A e B e C.

[0057] Sistemas, métodos e aparelhos são proporcionados no presente relatório descritivo. Na descrição detalhada apresentada no presente relatório descritivo, as referências a uma concretização, uma concretização exemplificative, etc. indicam que a concretização descrita pode incluir um aspecto, uma estrutura ou uma característica particular, mas todas as concretizações podem não necessariamente incluir o aspecto, a estrutura ou a característica particular. Além do mais, esses termos não se referem necessariamente à mesma concretização. Ainda mais, quando um aspecto, estrutura ou característica particular é descrito em conjunto com uma concretização, ele é apresentado como

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27/27 estando dentro do conhecimento de uma pessoa versada na técnica para afetar esse aspecto, estrutura ou característica em conjunto com outras concretizações, se ou não descrito explicitamente. Após leitura da descrição, vai ser evidente para aqueles versados na ou nas técnicas relevantes como implementar a invenção em concretizações alternativas.

[0058] Além do mais, nenhum elemento, componente ou etapa de método, no presente relatório descritivo, é tencionado para ser dedicado ao público, independentemente de se o elemento, componente ou etapa de método seja indicado explicitamente nas reivindicações. Nenhum elemento das reivindicações, no presente relatório descritivo, deve ser considerado sob a provisão da norma 35 U.S.C 112(f), a menos que o elemento seja indicado expressamente usando o termo meio para. Como usado no presente relatório descritivo, os termos compreende, compreendendo ou quaisquer outras variações deles são tencionados para cobrir uma inclusão não exclusiva, de modo que um processo, um método, um artigo ou um aparelho, que compreenda uma lista de elementos, não inclui apenas esses elementos, mas podem incluir outros elementos não expressamente listados nesse, ou inerentes a esse, processo, método, artigo ou aparelho.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para proporcionar energia elétrica a um motor de tração, caracterizado pelo fato de que compreende:

um circuito de baterias primárias tendo pelo menos duas baterias primárias eletricamente acopladas conjuntamente por meio de várias chaves de baterias primárias, em que as chaves de baterias primárias podem se acoplar entre si para configurar o circuito de baterias primárias em uma configuração em série e uma configuração em paralelo;

um circuito de baterias secundárias tendo pelo menos duas baterias secundárias eletricamente acopladas conjuntamente por meio de várias chaves de baterias secundárias, em que as chaves de baterias secundárias podem se acoplar entre si para configurar o circuito de baterias secundárias em uma configuração em série e uma configuração em paralelo;

uma pilha de células de combustível acoplada por ligação ao circuito de baterias primárias e ao circuito de baterias secundárias, para acoplar a pilha de células de combustível em um do circuito de baterias primárias e do circuito de baterias secundárias, enquanto isolando o outro do circuito de baterias primárias e do circuito de baterías secundárias; e um motor de tração acoplado por ligação ao circuito de baterias primárias e ao circuito de baterias secundárias, para acoplar o motor de tração ao circuito de baterias primárias, ao circuito de baterias secundárias ou a ambos do circuito de baterias primárias e do circuito de baterias secundárias, simultaneamente.
2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos duas baterias primárias do circuito de baterias primárias são na configuração em paralelo, em que a pilha de células de combustível é acoplada ao circuito de baterias primárias e isolada do circuito de baterias secundárias, em que pelo menos duas

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2/6 baterias secundárias do circuito de baterias secundárias são na configuração em série, e em que o motor de tração é acoplado ao circuito de baterias secundárias e isolado do circuito de baterias primárias.
3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas baterias primárias do circuito de baterias primárias são na configuração em série, em que o motor de tração é acoplado ao circuito de baterias primárias e isolado do circuito de baterias secundárias, em que as pelo menos duas baterias secundárias do circuito de baterias secundárias são na configuração em paralelo, em que a pilha de células de combustível é acoplada ao circuito de baterias secundárias e isolada do circuito de baterias primárias.
4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas baterias primárias do circuito de baterias primárias são na configuração em série, em que as pelo menos duas baterias secundárias do circuito de baterias secundárias são na configuração em paralelo, e o motor de tração é acoplado ao circuito de baterias primárias e ao circuito de baterias secundárias.
5. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o circuito de baterias primárias e o circuito de baterias secundárias são ambos carregados, em diferentes momentos, a uma primeira tensão , e ambos descarregados a uma segunda tensão , que é maior do que a primeira tensão .
6. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pilha de células de combustível é acoplada por ligação ao circuito de baterias primárias e ao circuito de baterias secundárias por meio de uma chave de manobra dupla, de polo único, configurada para se alternar entre o acoplamento da pilha de células de combustível com o circuito de baterias primárias e com o circuito de baterias secundárias.

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7. Sistema desprovido de conversor CC - CC para proporcionar energia elétrica a um motor de tração, caracterizado pelo fato de que compreende:

um circuito de baterias primárias tendo pelo menos duas baterias primárias eletricamente acopladas conjuntamente por meio de várias chaves no estado sólido das baterias primárias, em que as chaves no estado sólido das baterias primárias podem se acoplar entre si para configurar o circuito de baterias primárias em uma configuração em série e em uma configuração em paralelo;

um circuito de baterias secundárias tendo pelo menos duas baterias secundárias eletricamente acopladas conjuntamente por meio de várias chaves no estado sólido das baterias secundárias, em que as chaves no estado sólido das baterias secundárias podem se acoplar entre si para configurar o circuito de baterias secundárias em uma configuração em série e em uma configuração em paralelo;

uma pilha de células de combustível acoplada a pelo menos uma ou mais chaves mecânicas da pilha de células de combustível, em que a uma ou mais chaves mecânicas da pilha de células de combustível podem acoplar a pilha de células de combustível no circuito de baterias primárias e no circuito de baterias secundárias, simultaneamente; e um motor de tração acoplado a pelo menos uma ou mais chaves mecânicas do motor de tração, em que a uma ou mais chaves mecânicas do motor de tração podem acoplar o motor de tração ao circuito de baterias primárias, ao circuito de baterias secundárias, ou a ambos o circuito de baterias primárias e o circuito de baterias secundárias, simultaneamente.
8. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas baterias primárias do circuito de baterias primárias são na configuração em paralelo, em que a uma ou

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4/6 mais chaves mecânicas da pilha de células de combustível acoplam a pilha de células de combustível ao circuito de baterias primárias, em que as pelo menos duas baterias secundárias do circuito de baterias secundárias são na configuração em série, em que a uma ou mais chaves mecânicas do motor de tração acoplam o motor de tração ao circuito de baterias secundárias.
9. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas baterias primárias do circuito de baterias primárias são na configuração em série, em que a uma ou mais chaves mecânicas do motor de tração acoplam o motor de tração ao circuito de baterias primárias, em que as pelo menos duas baterias secundárias do circuito de baterias secundárias são na configuração em paralelo, e em que a uma ou mais chaves mecânicas da pilha de células de combustível acoplam a pilha de células de combustível ao circuito de baterias secundárias.
10. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as pelo menos duas baterias primárias do circuito de baterias primárias são na configuração em série, em que as pelo menos duas baterias secundárias do circuito de baterias secundárias são na configuração em série, e a uma ou mais chaves mecânicas do motor de tração acoplam o motor de tração ao circuito de baterias primárias e ao circuito de baterias secundárias.
11. Sistema, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o circuito de baterias primárias e o circuito de baterias secundárias são ambos carregados, em diferentes momentos, a uma primeira tensão , e ambos descarregados a uma segunda tensão , que é maior do que a primeira tensão .
12. Método de proporcionar energia elétrica a um motor de tração, caracterizado pelo fato de que compreende:

proporcionar energia elétrica ao motor de tração por meio de

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5/6 um circuito de baterias primárias, tendo peto menos duas baterias primárias eletricamente acopladas conjuntamente por meio de várias chaves das baterias primárias, em que as chaves das baterias primárias configuram o circuito de baterias primárias em uma configuração em série;

carregar, por meio de uma pilha de células de combustível, um circuito de baterias secundárias, tendo peto menos duas baterias secundárias eletricamente acopladas conjuntamente por meio de várias chaves das baterias secundárias, em que as chaves das baterias secundárias configuram o circuito de baterias secundárias em uma configuração em paralelo;

ligar, pelas chaves das baterias primárias, o circuito de baterias primárias em uma configuração em paralelo;

ligar, pelas chaves das baterias secundárias, o circuito de baterias secundárias em uma configuração em série;

desacoplar, por meio de duas chaves do motor de tração, o circuito de baterias primárias do motor de tração;

desacoplar, por meio da chave da pilha de células de combustível, o circuito de baterias secundárias da pilha de células de combustível;

acoplar, por meio de duas chaves do motor de tração, o circuito de baterias primárias à pilha de células de combustível; e acoplar, por meio de duas chaves do motor de tração, o circuito de baterias secundárias ao motor de tração.
13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado peto fato de que o motor de tração proporciona energia mecânica para transportar uma aeronave.
14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado peto fato de que compreende ainda ligar, por meio das chaves das baterias primárias, o circuito de baterias primárias em uma configuração

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6/6 em série, e acoplar, por meio de duas chaves do motor de tração, ambos o circuito de baterias primárias e o circuito de baterias secundárias ao motor de tração.
15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a pelo menos uma chave da pilha de células de combustível compreende uma chave de manobra dupla, de polo único, configurada para se alternar entre o acoplamento da pilha de células de combustível com o circuito de baterias primárias e com o circuito de baterias secundárias.