BR112020000002A2 - gerenciamento de bateria - Google Patents

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Abstract

Um sistema de gerenciamento de bateria (103) para uma bateria (100) compreendendo uma pluralidade de células de bateria (101, 102), conectadas em paralelo uma à outra. O sistema de gerenciamento de bateria compreende um circuito eletrônico (104) para conexão através de pelo menos uma dentre a pluralidade de células de bateria. O circuito eletrônico compreende um dispositivo de armazenamento de carga (105) e um dispositivo de comutação (106). O dispositivo de comutação comuta o circuito entre um primeiro estado, no qual a carga é descarregada de pelo menos uma célula de bateria e direcionada para o dispositivo de armazenamento de carga e um segundo estado, no qual a carga é descarregada a partir do dispositivo de armazenamento de carga e direcionada para a pelo menos uma célula de bateria. O dispositivo de comutação é disposto para comutar repetidamente o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado para fazer com que a pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "GEREN- CIAMENTO DE BATERIA". Campo da Invenção
[0001] A presente descrição refere-se a aparelho e métodos para uso em uma bateria, compreendendo uma pluralidade de células de bateria conectadas em paralelo uma à outra. O aparelho e os métodos podem ter aplicação particular no campo de baterias, compreendendo células de bateria de lítio enxofre. Antecedentes
[0002] Uma célula de bateria típica compreende um anodo, um catodo e um eletrólito disposto entre o anodo e o catodo. O anodo, o catodo e o eletrólito podem ser contidos por um alojamento, por exem- plo, uma bolsa. As conexões elétricas, por exemplo, linguetas de co- nexão, podem ser acopladas ao alojamento para fornecer uma cone- xão elétrica com o anodo e o catodo da célula. Uma bateria típica compreende uma pluralidade de células de bateria. As células podem ser acopladas em série ou em paralelo, por exemplo, pelo acoplamen- to de conexões elétricas a um conector elétrico.
[0003] Baterias recarregáveis incluem tipicamente uma pluralidade de células recarregáveis que são projetadas para suportar ciclos de carga-descarga sucessivos. O uso de tais células recarregáveis, em particular pilhas das mesmas (baterias), para fins de carregar as mes- mas com a energia eletroquímica armazenada para descarga posteri- or, e uso na obtenção de importância crescente em uma faixa de apli- cações, incluindo em aplicações automotivas, marinhas e outras apli- cações veiculares, em suprimentos de energia domésticos e contí- nuos, e no armazenamento da energia produzida a partir de fontes de eletricidade intermitentes e renováveis para nivelamento de demanda e carga nas redes de energia doméstica e ligadas por instalações.
[0004] Durante a carga e descarga de uma bateria, pode ser dese-
jável que o estado de capacidade de diferentes células de bateria, que formam uma bateria, permaneça quase igual um ao outro. Isso é, pode ser desejável que o estado de carga (ou, de forma equivalente, o grau de descarga) de diferentes células em uma bateria aumente e diminua em união durante a carga e descarga. Por exemplo, uma célula de ba- teria pode ser carregada até que cada uma das células, que formam a célula de bateria, alcance um estado determinado de carga. Se o es- tado de carga de cada célula permanecer substancialmente igual ao outro, então, cada célula pode alcançar o estado determinado de car- ga (onde o carregamento é interrompido) de forma quase simultânea.
[0005] —Taloperação de uma bateria pode reduzir a degradação de desempenho de uma ou mais das células em uma bateria, o que pode, de outra forma, resultar das diferenças no estado da carga de diferen- tes células que formam uma bateria.
[0006] Em algumas baterias (por exemplo, baterias compreenden- do células de íon de lítio), as células de bateria que são conectadas em paralelo uma à outra exibem as características de tensão que agem, tipicamente, para equilibrar automaticamente uma à outra de modo que quaisquer diferenças no estado de capacidade entre as cé- lulas de bateria sejam corrigidas. No entanto, outras células de bateria, tal como células de bateria de lítio enxofre, exibem características de tensão que (em pelo menos algumas situações) não agem para pro- mover o equilíbrio automático entre as células conectadas em paralelo entre si. É, portanto, desejável, se fornecer aparelho e métodos que promovam a redução das diferenças do estado de capacidade, que podem surgir entre as células que são conectadas em paralelo uma à outra.
[0007] Um tipo particular de célula de bateria que é contemplado aqui é uma célula de bateria de lítio e enxofre (Li-S). Lítio e enxofre é uma química celular de próxima geração, possuindo uma densidade de energia teórica 5 vezes maior do que, por exemplo, íon de lítio, e pode servir melhor como um armazenador de energia eletroquímica para uma faixa de aplicações. Uma célula de lítio-enxofre típica com- preende um anodo formado a partir de metal de lítio ou uma liga de metal de lítio, e um catodo formado a partir de material de enxofre elementar ou outro material de enxofre eletroativo. O enxofre ou outro material contendo enxofre eletroativo pode ser misturado com um ma- terial eletricamente condutor, tal como carbono, para aperfeiçoar sua condutividade elétrica.
Sumário da Invenção
[0008] Como aludido acima, em algumas células de bateria, a ten- são através de uma célula de bateria depende do estado de carga da célula de bateria. Por exemplo, a tensão através da célula de bateria pode ser aproximadamente proporcional ao estado de capacidade da célula de bateria. Quando tais células de bateria são conectadas em paralelo uma à outra, as células de bateria se equilibram tipicamente de forma automática, de modo que quaisquer diferenças na capacida- de entre as células de bateria sejam conectadas e cada célula de bate- ria tenha quase que a mesma capacidade. Por exemplo, se duas célu- las conectadas em paralelo uma à outra apresentarem capacidades diferentes, então, a tensão através de cada célula pode ser diferente. Tal diferença de tensão acionará uma corrente para que flua entre as duas células de bateria, de modo a passar a carga da célula de bateria na capacidade mais alta para a célula de bateria na capacidade inferi- or, agindo, assim, para corrigir a diferença na capacidade entre as du- as células.
[0009] No entanto, algumas células de bateria, tal como células de bateria de lítio e enxofre, exibem características de tensão onde a ten- são de célula aberta através da célula de bateria permanece relativa- mente constante através de uma faixa relativamente grande de dife-
rentes capacidades. Ainda, algumas células de bateria, tal como célu- las de bateria de lítio e enxofre tipicamente assentam em suas volta- gens de célula aberta quando pouca ou nenhuma corrente é puxada das células de bateria. Isso é, quando as células de bateria não estão sendo carregadas ativamente, ou descarregadas para uma carga, a tensão através da célula de bateria cai para sua tensão de célula aber- ta. Quando tais células de bateria são conectadas em paralelo uma à outra pode, portanto, haver pouca ou nenhuma diferença de tensão entre as diferentes células em diferentes capacidades e, dessa forma, pouca ou nenhuma corrente é acionada para fluir entre as células, de modo a corrigir qualquer diferença de capacidade.
[0010] Descobriu-se que através da carga e descarga pulsada das células de bateria conectadas em paralelo uma à outra, as diferenças de capacidade entre as diferentes células podem ser reduzidas mes- mo quando as características de tensão de célula aberta das células de bateria não acionam tipicamente o equilíbrio automático das capa- cidades da célula de bateria.
[0011] De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é forne- cido um sistema de gerenciamento de bateria para uma bateria com- preendendo uma pluralidade de células de bateria conectadas em pa- ralelo uma à outra, o sistema de gerenciamento de bateria compreen- dendo um circuito eletrônico para conexão através de pelo menos uma dentre a pluralidade de células de bateria, o circuito eletrônico com- preendendo: um dispositivo de armazenamento de carga configurado para armazenar a carga descarregada a partir de pelo menos uma cé- lula de bateria; e um dispositivo de comutação operável para computar o circuito entre um primeiro estado no qual a carga é descarregada a partir de pelo menos uma célula de bateria e direcionada para o dispo- sitivo de armazenamento de carga para carregar o dispositivo de ar- mazenamento de carga e um segundo estado no qual a carga é des-
carregada do dispositivo de armazenamento de carga e direcionada para pelo menos uma célula de bateria para carregar a pelo menos uma célula de bateria; e onde o dispositivo de comutação é disposto para comutar repetidamente o circuito entre o primeiro estado e o se- gundo estado, de modo a fazer com que pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsadas para e do dispositivo de ar- mazenamento de carga.
[0012] A comutação de pelo menos uma célula de bateria entre o primeiro estado, no qual a carga está sendo retirada da pelo menos uma célula de bateria, e o segundo estado, no qual a carga está sendo direcionada para dentro de pelo menos uma célula de bateria, garante que uma corrente esteja fluindo para e da pelo menos uma célula de bateria. Quando uma corrente flui para e de uma célula de bateria, a tensão através da célula de bateria pode ser referida como a tensão operacional da célula, que depende da resistência interna da célula de bateria. A resistência interna de uma célula de bateria depende da ca- pacidade da célula de bateria e como tal, a tensão operacional de uma célula de bateria depende da capacidade da célula de bateria. Fazer com que as células de bateria adotem suas voltagens operacionais (através da descarga e carga pulsadas das células de bateria) resulta, portanto, em diferenças de tensão entre as células possuindo diferen- tes estados de capacidade. Tais diferenças de tensão agem para aci- onar as correntes de equilíbrio para que fluam entre as células de ba- teria. As correntes de equilíbrio agem para passar a carga de uma cé- lula, possuindo uma capacidade superior, para uma célula, possuindo uma capacidade inferior, de modo a reduzir quaisquer diferenças de capacidade entre diferentes células. A carga e descarga pulsadas de uma ou mais células de bateria conectadas em paralelo uma à outra, portanto, causa, vantajosamente, a redução de quaisquer diferenças nos estados de capacidade entre diferentes células.
[0013] De outra forma, as células paralelas em estados diferentes de carga podem ter resistências internas diferentes causadas por uma dependência da resistência interna do estado de carga ou capacidade de uma célula. Durante a descarga das células paralelas para o dispo- sitivo de armazenamento de carga, a diferença na resistência interna entre as células (e a diferença resultante na tensão das células) faz com que uma célula paralela em um estado relativamente superior de carga distribua mais corrente para o dispositivo de armazenamento de carga do que uma célula paralela em um estado relativamente inferior de carga. De forma similar, durante o carregamento das células para- lelas a partir do dispositivo de armazenamento de carga, uma célula paralela em um estado relativamente superior de carga receberá uma corrente de carga inferior a uma célula paralela, em um estado relati- vamente inferior de carga. Consequentemente, uma diferença no es- tado de carga das células paralelas é reduzida durante a carga e des- carga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga.
[0014] A carga que é retirada da pelo menos uma célula de bateria é removida temporariamente no dispositivo de armazenamento de carga antes de ser descarregada do dispositivo de armazenamento de carga de volta para dentro da pelo menos uma célula de bateria. Tal mecanismo pode ser relativamente eficiente em termos de energia. Por exemplo, uma eficiência de energia que excede aproximadamente 95% pode ser alcançada quando se move a carga para pelo menos uma célula de bateria dessa forma.
[0015] Em algumas modalidades, o circuito eletrônico pode ser adequado para conexão através de uma pluralidade de células parale- las. Em tais modalidades, uma pluralidade de células paralelas pode ser descarregada para o dispositivo de armazenamento de carga e carregada a partir do dispositivo de armazenamento de carga.
[0016] Em outras modalidades, o circuito eletrônico pode ser ade-
7I44 quado para conexão através de uma célula de bateria de uma plurali- dade de células de bateria conectadas em paralelo uma à outra. Em tais modalidades, uma célula singular é descarregada para o dispositi- vo de armazenamento de carga e carregada a partir do dispositivo de armazenamento de carga.
[0017] Em algumas modalidades, uma pluralidade de circuitos ele- trônicos do tipo descrito acima pode ser fornecida, onde cada um dos circuitos eletrônicos é adequado para conexão através de uma ou mais células de bateria diferentes. Por exemplo, um primeiro circuito eletrônico pode ser conectado através de uma primeira célula de bate- ria e um segundo circuito eletrônico pode ser conectado através de uma segunda célula de bateria, que é conectada em paralelo à primei- ra célula de bateria. As primeira e segunda células podem portanto, sofrer a carga e descarga pulsadas para e de diferentes dispositivos de armazenamento de carga, que formam parte do primeiro e segundo circuito, respectivamente.
[0018] A pelo menos uma célula de bateria de onde a carga é des- carregada no primeiro estado, pode ser igual à pelo menos uma célula de bateria à qual a carga é direcionada para carregar no segundo es- tado. Isso é, a carga é retirada de uma ou mais células de bateria co- nectadas em paralelo uma à outra no primeiro estado e é direcionada de volta para a mesma uma ou mais células de bateria para carregar uma ou mais células de bateria no segundo estado. Nas modalidades nas quais a pelo menos uma célula de bateria compreende uma plura- lidade de células de bateria conectadas em paralelo, a pluralidade de células que são descarregadas para o dispositivo de armazenamento de carga no primeiro estado são a mesma pluralidade (isso é, o mes- mo número de células e o mesmo grupo de células) de células que são carregadas a partir do dispositivo de armazenamento de carga no segundo estado. Nas modalidades nas quais a pelo menos uma célula de bateria compreende uma única célula de bateria (que é conectada em paralelo a pelo menos uma outra célula), a célula singular, que é descarregada para o dispositivo de armazenamento de carga no pri- meiro estado, é a mesma célula que é carregada a partir do dispositivo de armazenamento de carga no segundo estado.
[0019] De outra forma, em pelo menos algumas modalidades, ne- nhuma célula que não seja descarregada para o dispositivo de arma- zenamento de carga no primeiro estado é carregada a partir do dispo- sitivo de armazenamento de carga no segundo estado. De forma simi- lar, nenhuma célula que não tenha sido carregada a partir do dispositi- vo de armazenamento de carga no segundo estado é descarregada para o dispositivo de armazenamento de carga no primeiro estado.
[0020] O sistema de gerenciamento de bateria pode ser configura- do para fazer com que o dispositivo de comutação comute o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado quando pelo menos duas dentre a pluralidade de células de bateria, conectadas em paralelo uma à outra, possuem estados diferentes de carga ou capacidades.
[0021] O dispositivo de comutação pode ser disposto para comutar repetidamente o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado de modo a fazer com que pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga, de modo que uma diferença no estado de carga ou capacidade entre pelo menos duas dentre a pluralidade de células de bateria co- nectadas em paralelo uma à outra, seja reduzida.
[0022] O circuito pode ser configurado para comutar repetidamen- te o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado quando a ba- teria está em um estado inativo. O estado inativo pode ser um estado no qual a bateria não é conectada através de um dispositivo externo para carregar ou descarregar. Isso é, a bateria não está carregando ou descarregando para ou de um dispositivo externo no estado inativo. O estado inativo é um estado no qual a magnitude de uma corrente elé- trica, que flui para e da bateria através de uma conexão externa, é in- ferior a uma corrente-limite.
[0023] A corrente limite pode, por exemplo, corresponder a uma corrente que flui para ou da bateria através de uma conexão externa quando a bateria está sendo carregada ou descarregada a uma taxa de aproximadamente 0,01 C. A taxa de carga/descarga, que corres- ponde à corrente limite pode, em geral, ser inferior a cerca de 0,05 C, pode ser inferior a cerca de 0,03 C ou pode até mesmo ser de cerca de 0,02 C ou menos.
[0024] A cargae descarga pulsada pode ser realizada durante um tempo quando pouca ou nenhuma corrente flui entre a bateria e quais- quer dispositivos externos. Por exemplo, a carga e descarga pulsada pode ser realizada em momentos nos quais a bateria não está sendo carregada a partir de uma fonte de energia e não está descarregando para uma carga externa. A carga e descarga pulsada também pode ser realizada durante um momento no qual um baixo nível de corrente de carga está fluindo para a bateria ou uma corrente de descarga de baixo nível está fluindo a partir da bateria para uma carga externa. Tais estados de bateria são considerados exemplos de um estado ina- tivo da bateria.
[0025] Em geral, um estado inativo é qualquer estado durante o qual a magnitude de uma corrente que flui para ou da bateria, através de uma conexão externa, é inferior a uma corrente-limite. Por exemplo, durante um estado inativo, a magnitude da corrente que flui para ou da bateria pode ser substancialmente igual a zero. Tal estado pode ser referido como um estado de armazenamento da bateria. O estado de armazenamento é considerado ume exemplo de um estado inativo.
[0026] Visto que durante um estado inativo de bateria, pouca ou nenhuma corrente está fluindo entre a bateria e quaisquer dispositivos externos, as voltagens através das células de bateria podem relaxar para suas voltagens de célula aberta. As voltagens de célula aberta de diferentes células de bateria em diferentes capacidades podem ser quase iguais e, como tal, pode haver pouca ou nenhuma diferença de tensão entre as células que apresentam capacidades diferentes. Du- rante tal tempo, é, portanto, particularmente vantajoso se fornecer a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento, de modo a trazer as voltagens através de pelo menos uma célula de bate- ria para suas voltagens operacionais e promover as correntes de equi- líbrio automático para fluir entre as células em diferentes estados de capacidade.
[0027] Durante um estado inativo de uma bateria, algumas células de bateria (por exemplo, células de lítio e enxofre) podem sofrer a descarga automática com o tempo. Tal descarga automática pode ocorrer em taxas ligeiramente diferentes para diferentes células e pode causar o desenvolvimento de capacidades diferentes entre as células diferentes durante um estado inativo. É, portanto, particularmente van- tajoso se fornecer a carga e descarga pulsada, enquanto a bateria es- tá em um estado inativo, de modo a reduzir quaisquer diferenças de capacidade que possam, de outra forma, desenvolver durante o esta- do inativo.
[0028] O sistema de gerenciamento de bateria pode, ainda, com- preender um controlador operável para comutar entre um primeiro mo- do, no qual o dispositivo de comutação comuta repetidamente o circui- to entre o primeiro estado e o segundo estado, e um segundo modo, no qual o dispositivo de comutação não comuta o circuito entre o pri- meiro estado e o segundo estado.
[0029] Pode ser vantajoso se realizar apenas a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga em deter- minados momentos. Por exemplo, como foi descrito acima, pode ser vantajoso se realizar a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento quando a bateria está em um estado inativo. No entanto, em outros momentos, pode ser preferível não se realizar a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento. Por exemplo, em momentos nos quais uma corrente de carga e des- carga substancial está fluindo para e da bateria através de uma cone- xão externa, pode ser preferível não se realizar também a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga. O controlador é, portanto, operável para comutar entre o primeiro mo- do e o segundo modo, de modo a alternar seletivamente entre a reali- zação da carga e descarga pulsada e não realização da carga e des- carga pulsada.
[0030] Ainda, durante um estado inativo de uma bateria, a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga pode não ser necessária durante todo o tempo. Por exemplo, pode ser mais eficiente em termos de energia se comutar ocasionalmente o controlador para o segundo modo, durante o qual nenhuma car- ga/descarga é realizada, em vez de deixar o controlador no primeiro modo durante todo o tempo do estado inativo.
[0031] O controlador pode ser configurado para comutar periodi- camente entre o primeiro modo e o segundo modo, quando a bateria está no estado inativo.
[0032] O controlador pode ser configurado para comutar para o primeiro modo periodicamente quando em um estado inativo, de modo a corrigir quaisquer diferenças de capacidade entre as células, que podem ter desenvolvido entre os momentos nos quais o controlador está no primeiro modo. O controlador pode ser configurado para estar no primeiro modo durante uma parte do tempo. Por exemplo, o contro- lador pode comutar para o primeiro modo por aproximadamente uma hora durante um período de tempo de 24 horas. Em tal modalidade,
uma hora de carga e descarga pulsada das células de bateria pode ser suficiente para corrigir quaisquer diferenças de capacidade que pos- sam ter se desenvolvido entre as células de bateria durante o período de 24 horas entre a última comutação do controlador para o primeiro modo.
[0033] O controlador pode ser configurado para determinar que a bateria está em um estado inativo.
[0034] O sistema de gerenciamento de bateria pode monitorar uma ou mais propriedades da bateria para determinar que a bateria está no estado inativo. Por exemplo, se qualquer corrente fluindo entre a bateria e quaisquer dispositivos externos se encontrar abaixo de um nível de corrente limite, então isso pode indicar que a bateria está no estado inativo. Como foi explicado acima, o controlador pode realizar a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga quando for determinado que a bateria está no estado inativo.
[0035] O sistema de gerenciamento de bateria pode compreender ainda um dispositivo de monitoramento de corrente configurado para medir uma corrente elétrica que flui para e da bateria através de uma conexão externa.
[0036] O sistema de gerenciamento de bateria pode ser configura- do para determinar que a bateria esteja no estado inativo quando a corrente elétrica medida cair abaixo de uma corrente-limite.
[0037] A corrente limite pode, por exemplo, corresponder a uma corrente que flui para ou da bateria através de uma conexão externa quando a bateria está sendo carregada ou descarregada em uma taxa de aproximadamente 0,01 C. A taxa de carga/descarga que corres- ponde à corrente limite pode, em geral, ser inferior a cerca de 0,05 C, pode ser inferior a cerca de 0,03 C ou pode ser em torno de 0,01 C ou menos.
[0038] O controlador pode ser configurado para determinar quando comutar entre os primeiro e segundo modos com base na corrente elé- trica medida que flui para ou da bateria através de uma conexão ex- terna.
[0039] Por exemplo, períodos de intervalo entre os quais o contro- lador, comutando para o primeiro modo, pode variar, dependendo da magnitude de uma corrente elétrica para e da bateria através de uma conexão externa. Por exemplo, o período de tempo entre a comutação para o primeiro modo pode ser maior quando houver alguma corrente fluindo para ou da bateria através de uma conexão externa do que quando substancialmente nenhuma corrente está fluindo para ou da bateria. Quando existe alguma corrente fluindo para ou da bateria através de uma conexão externa, algum equilíbrio automático entre as células paralelas pode ocorrer. Pode, portanto, levar mais tempo para que as diferenças de capacidade significativas se desenvolvam entre as células paralelas do que se substancialmente nenhuma corrente estiver fluido para ou da bateria. O período entre a realização do equi- líbrio de capacidade entre as células pela comutação para o primeiro modo pode, portanto, ser aumentado, com relação a uma situação na qual substancialmente nenhuma corrente está fluindo para ou da bate- ria.
[0040] O dispositivo de comutação pode ser configurado para fa- zer com que pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descar- ga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga em uma frequência de mais de cerca de 0,5 Hertz.
[0041] O dispositivo de comutação pode ser configurado para fa- zer com que pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descar- ga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga em uma frequência de menos de cerca de 10 Hertz.
[0042] O circuito eletrônico pode compreender um circuito conver- sor de DC para DC.
[0043] O dispositivo de armazenamento de carga pode compreen- der pelo menos um capacitor.
[0044] O dispositivo de armazenamento de carga pode compreen- der um primeiro capacitor e o circuito eletrônico compreende ainda um segundo capacitor, e onde o dispositivo de comutação opera para co- mutar o circuito entre o primeiro estado no qual o primeiro capacitor é conectado para puxar corrente de pelo menos uma célula de bateria, e carregar o primeiro capacitor, e o segundo estado no qual o primeiro capacitor e o segundo capacitor são conectados em série um ao outro de modo a suprir corrente para a pelo menos uma célula de bateria.
[0045] Quando os circuitos estão no primeiro estado, a corrente é puxada de pelo menos uma célula de bateria para carregar o primeiro capacitor. A carga é, portanto, armazenada no primeiro capacitor que pode, posteriormente, ser descarregada de volta para pelo menos uma célula de bateria quando o circuito for comutado para o segundo esta- do. No segundo estado, os primeiro e segundo capacitores são conec- tados em série uma o outro de modo a combinar suas voltagens e aci- onar a corrente dos capacitores para pelo menos uma célula de bate- ria. O segundo capacitor pode ser pré-carregado, por exemplo, a partir de pelo menos uma célula de bateria e pode agir para amplificar a ten- são através dos capacitores quando conectados em série, de modo a acionar a corrente dos capacitores e para pelo menos uma célula de bateria de modo a carregar pelo menos uma célula de bateria.
[0046] A capacitância do segundo capacitor pode ser pelo menos vezes maior do que a capacitância do primeiro capacitor.
[0047] Em algumas modalidades, a capacitância do segundo ca- pacitor é muito maior do que 10 vezes a capacitância do primeiro ca- pacitor. Por exemplo, a capacitância do segundo capacitor pode ser superior a cerca de 20 vezes, superior a cerca de 40 vezes, superior a cerca de 60 vezes ou superior a cerca de 80 vezes ou mais a capaci-
tância do primeiro capacitor. A capacitância do segundo capacitor po- de, por exemplo, ser de até cerca de 100 vezes a capacitância do pri- meiro capacitor.
[0048] O dispositivo de comutação pode operar para comutar o circuito para um terceiro estado no qual o segundo capacitor é conec- tado para puxar corrente da pelo menos uma célula de bateria, de mo- do a carregar o segundo capacitor.
[0049] No terceiro estado, o segundo capacitor é carregado por pelo menos uma célula de bateria. Como explicado acima, a capaci- tância do segundo capacitor pode agir predominantemente para ampli- ficar a tensão dos capacitores quando conectados em série, de modo a acionar a corrente para que flua a partir dos capacitores e para pelo menos uma célula de bateria. Antes da comutação repetida do circuito entre os primeiro e segundo estados, de modo a realizar a carga e descarga pulsada da pelo menos uma célula de bateria, o segundo capacitor pode ser pré-carregado para fechar em seu estado totalmen- te carregado. O segundo capacitor pode ser pré-carregado, por exem- plo, pela comutação do circuito para o terceiro estado. Ainda ou alter- nativamente, o circuito pode ser comutado periodicamente para o ter- ceiro estado de modo a recarregar o segundo capacitor, depois de ter sido descarregado durante a comutação repetitiva entre os primeiro e segundo estados.
[0050] O sistema de gerenciamento de bateria pode compreender ainda um controlador configurado para controlar o dispositivo de comu- tação para interromper a comutação repetida do circuito entre o primei- ro e segundo estados e para comutar o circuito para o terceiro estado de modo a carregar o segundo capacitor a partir de pelo menos uma célula de bateria.
[0051] Quando os capacitores são conectados em série (pela co- mutação do circuito para o segundo estado) de modo a acionar uma corrente de carga para pelo menos uma célula de bateria, o primeiro capacitor pode ser descarregado a um ponto além do que o segundo capacitor (devido à sua menor capacitância). O segundo capacitor po- de, portanto, ser descarregado muito mais lentamente do que o primei- ro capacitor durante a comutação repetida do circuito entre os primeiro e segundo estados (de modo a distribuir a carga e descarga pulsada para a pelo menos uma célula de bateria). O segundo capacitor pode, portanto, ser utilizado através de múltiplos ciclos sucessivos de comu- tação entre o primeiro e segundo estados sem o segundo capacitor se tornar significativamente descarregado. O primeiro capacitor, por outro lado, é carregado e descarregado durante cada ciclo de comutação entre os primeiro e segundo estados. No entanto, o segundo capacitor ainda será descarregado lentamente durante a comutação repetida entre os primeiro e segundo estados, e pode precisar ser recarregado periodicamente. O segundo capacitor pode ser recarregado pela co- mutação do circuito para o terceiro estado de modo a retirar corrente da pelo menos uma célula de bateria para recarregar o segundo capa- citor.
[0052] De acordo com um segundo aspecto da invenção, é forne- cida uma bateria compreendendo uma pluralidade de células de bate- ria conectadas em paralelo uma à outra e um sistema de gerencia- mento de bateria de qualquer reivindicação anterior.
[0053] A pluralidade de células de bateria pode ser composta de células de bateria de lítio e enxofre.
[0054] De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é forneci- do um método para controlar uma bateria compreendendo uma plura- lidade de células de bateria conectadas em paralelo uma à outra, o método compreendendo comutar repetidamente um circuito eletrônico conectado através de pelo menos uma dentre uma pluralidade de célu- las de bateria entre um primeiro estado e um segundo estado, onde no primeiro estado a carga é descarregada a partir da pelo menos uma célula de bateria e direcionada para um dispositivo de armazenamento de carga para carregar o dispositivo de armazenamento de carga e no segundo estado, a carga é descarregada do dispositivo de armazena- mento de carga e direcionada para pelo menos uma célula de bateria para carregar a pelo menos uma célula de bateria; onde a comutação repetida do circuito entre o primeiro estado e o segundo estado faz com que a pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga.
[0055] Dentro do escopo desse pedido, é expressamente preten- dido que os vários aspectos, modalidades, exemplos e alternativas apresentados nos parágrafos anteriores, nas reivindicações e/ou na descrição e nos desenhos a seguir, e, em particular, as características individuais das mesmas, sejam considerados independentemente ou em qualquer combinação. Isso é, todas as modalidades e/ou caracte- rísticas de qualquer modalidade podem ser combinadas de qualquer forma e/ou combinação, a menos que tais características sejam in- compatíveis. O requerente reserva o direito de mudar qualquer reivin- dicação originalmente depositada ou depositar qualquer nova reivindi- cação de acordo, incluindo o direito de emendar qualquer reivindica- ção originalmente arquivada para depender de e/ou incorporar quais- quer características de qualquer outra reivindicação apesar de não ori- ginalmente reivindicada dessa forma. Breve Descrição das Figuras
[0056] Uma ou mais modalidades da invenção são ilustradas de forma esquemática, por meio de exemplo apenas, nos desenhos em anexo, nas quais: figura 1 é uma ilustração esquemática de uma bateria, de acordo com uma modalidade da presente invenção; figuras 2A e 2B são representações esquemáticas da ten-
são de uma célula de bateria de lítio e enxofre durante a descarga; figura 3 é uma representação esquemática da capacidade de uma célula de bateria de lítio e enxofre antes e depois dos períodos de descarga automática diferentes; figuras 4A e 4B são representações esquemáticas da resis- tência das células de bateria de lítio e enxofre durante a carga e des- carga; figura 5 é uma representação esquemática da tensão de operação de uma célula de bateria de lítio e enxofre durante a descar- ga e carga; figura 6 é uma representação esquemática de um diagrama de circuito equivalente de duas células de bateria conectadas em para- lelo; e figura 7 é uma ilustração esquemática de um circuito que pode formar parte da bateria da figura 1. Descrição Detalhada
[0057] Antes de os exemplos particulares da presente invenção serem descritos, deve-se compreender que a presente descrição não é limitada ao sistema de gerenciamento de bateria em particular, à ba- teria ou método descritos aqui. Deve-se compreender ainda que a terminologia utilizada aqui é utilizada para descrever os exemplos par- ticulares apenas e não deve limitar o escopo das reivindicações.
[0058] Na descrição e reivindicação dos sistemas de gerenciamen- to de bateria, baterias e métodos da presente invenção, a terminologia a seguir será utilizada: as formas singulares "um", "uma" e "o", "a", in- cluem formas no plural a menos que o contexto dite claramente o con- trário. Dessa forma, por exemplo, referência a uma "célula de bateria" inclui referência a um ou mais de tais elementos.
[0059] A figura 1 é uma ilustração esquemática de uma bateria 100, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A bateria
100 compreende uma primeira célula de bateria 101, uma segunda célula de bateria 102 e um sistema de gerenciamento de bateria 103. O sistema de gerenciamento de bateria 103 inclui os componentes ilustrados dentro da caixa tracejada 103 na figura 1. A primeira célula de bateria 101 e a segunda célula de bateria 102 são conectadas em paralelo uma à outra. Enquanto a bateria 100 que é ilustrada na figura 1, compreende duas células 101, 102, em outras modalidades a bate- ria 100 pode compreender mais de duas células de bateria. Em geral, a bateria inclui qualquer disposição de uma pluralidade de células de bateria na qual pelo menos duas células de bateria são conectadas em paralelo uma à outra. Em adição às pelo menos duas células, que são conectadas em paralelo uma à outra, a bateria pode incluir células que são conectadas em série uma à outra. As células de bateria são célu- las de bateria recarregáveis.
[0060] O sistema de gerenciamento de bateria 103 compreende um circuito eletrônico 104. Na modalidade ilustrada na figura 1, o sis- tema de gerenciamento de bateria 103 também compreende um con- trolador 107. Enquanto não ilustrado na figura 1, o circuito 104 pode operar para estabelecer uma conexão entre as células de bateria 101, 102 e um dispositivo externo. Por exemplo, uma fonte de energia ex- terna pode ser conectada através de células de bateria 101, 102 a fim de distribuir uma corrente de carga para as células de bateria 101,
102. O circuito 104 pode operar para conectar uma carga externa atra- vés das células de bateria 101, 102, de modo a descarregar as células de bateria 101, 102 na carga. O circuito 104 pode, por exemplo, incluir conexões entre as células de bateria e os terminais (não ilustrados) da bateria 100, aos quais um suprimento de energia externa e/ou uma carga externa podem ser conectados. O circuito pode incluir um ou mais comutadores que podem ser operados a fim de conectar e des- conectar as células de bateria 101, 102 aos e dos terminais de bateria
100. O circuito 104 pode incluir um conjunto de circuitos ou outro apa- relho disposto para condicionar as correntes de carga e/ou descarga que podem fluir entre as células de bateria 101, 102 e um aparelho externo (tal como um suprimento de energia e/ou uma carga).
[0061] Durante a vida útil da bateria 100, o estado de mudança das primeira e segunda células 101, 102 pode desenvolver diferentes entre as mesmas. Como mencionado acima, em algumas células de bateria (por exemplo, uma célula de íon de lítio), a tensão de célula aberta através de uma célula de bateria é quase que diretamente pro- porcional ao estado de capacidade da célula de bateria. Diferentes cé- lulas de bateria possuindo diferentes estados de capacidade terão, portanto, diferentes voltagens através das mesmas. Quando tais célu- las são conectadas em paralelo uma à outra, as diferenças de tensão entre as células (causadas pela variação dos estados de capacidade das células) agem para acionar correntes de equilíbrio automático para que fluam entre as células, de modo a corrigir quaisquer diferenças na capacidade. Por exemplo, se duas células conectadas em paralelo, uma à outra, possuírem estados de capacidade diferentes, então, a tensão através de cada célula será diferente. Tal diferença de tensão acionará uma corrente para que flua entre duas células de bateria, de modo a passar a carga da célula de bateria no estado de capacidade mais alta para a célula de bateria no estado de capacidade inferior, agindo, assim, para corrigir a diferença na capacidade entre as duas células.
[0062] No entanto, algumas células de bateria, tal como as células Li-S, exibem características de tensão que não agem tipicamente para acionar as correntes de equilíbrio automático para que fluam entre as células que possuem estados de capacidade diferentes. A figura 2A é uma representação esquemática de uma tensão operacional de uma célula Li-S típica, como uma função da capacidade de descarga duran-
te a descarga da célula. A tensão operacional é a tensão da célula Li-S enquanto que uma corrente de descarga está sendo puxada da célula (ou, de forma equivalente, enquanto uma corrente de carga está sendo distribuída para a célula). Pode ser observado a partir da figura 2A que em estados relativamente altos de carga, a célula exibe uma região de platô de capacidade alta curta 201 durante a qual a tensão permanece relativamente constante com a capacidade alterável. Depois da região de platô de capacidade alta 201, uma mudança rápida 202 na tensão ocorre antes de alcançar uma região de platô de baixa capacidade re- lativamente longa 203, durante a qual a tensão permanece relativa- mente constante com a capacidade alterável. A região de platô de bai- xa capacidade 203 continua até que a tensão caia rapidamente para zero em um estado de carga baixo.
[0063] Pode ser observado a partir da figura 2A que nas regiões de platô 201, 203, a tensão da célula permanece relativamente cons- tante através de uma faixa grande de capacidades diferentes. Diferen- tes células 101, 102, que são conectadas em paralelo uma à outra e que possuem estados de capacidade diferentes em uma região de pla- tô 201, 203, apresentarão, portanto, voltagens quase similares. Não haverá, portanto, quaisquer diferenças de tensão grandes entre as cé- lulas paralelas 101, 102, que acionem as correntes de equilíbrio auto- mático para corrigir a diferença de capacidade entre as células parale- las 101, 102.
[0064] Ainda, a tensão de uma célula Li-S típica tende a assentar em uma tensão de célula aberta nominal depois de um período de tempo relativamente curto quando pouca ou nenhuma corrente é pu- xada da célula. A figura 2B é uma representação esquemática da ten- são operacional de uma célula Li-S (linha sólida) e a tensão de célula aberta (OCV) da célula Li-S (linha tracejada). A tensão de célula aber- ta (OCV) é a tensão da célula quando a célula não está conectada a uma carga. Como pode ser observado na figura 2B, a OCV da célula Li-S é substancialmente constante para uma grande faixa de diferen- tes estados de carga. Será apreciado que quando as células paralelas 101, 102, possuindo capacidades diferentes, assentam em suas volta- gens de célula aberta, pode haver pouca ou nenhuma diferença entre as voltagens através das células. Pouca ou nenhuma diferença de tensão está, portanto, presente para acionar as correntes de equilíbrio automático para fluir entre as células, de modo a corrigir qualquer dife- rença de capacidade entre as células 101, 102.
[0065] Também ilustrada na figura 2B encontra-se a resistência interna da célula Li-S (linha pontilhada) como a função da capacidade de descarga. Como pode ser observado na figura 2B, a resistência in- terna da célula varia como uma função do estado de carga da célula Li-S durante a descarga. Como será explicado em maiores detalhes abaixo, a dependência da resistência interna de uma célula Li-S em seu estado de carga pode ser utilizada para promover o equilíbrio do estado de carga das células conectadas em paralelo uma à outra.
[0066] — Algumas células de bateria (por exemplo, células Li-S) tam- bém são conhecidas por exibir um grau relativamente alto de descarga automática com o tempo. Por exemplo, com o tempo, o estado de car- ga das células de bateria 101, 102 podem diminuir mesmo quando não são conectadas a uma carga externa. A taxa na qual as células 101, 102 descarregam automaticamente pode variar de acordo com as va- riações dentro das células e, dessa forma, as células 101, 102 podem descarregar automaticamente em diferentes taxas uma na outra. Uma diferença entre o estado de carga das primeira e segunda células 101, 102 pode, portanto, desenvolver durante a descarga automática.
[0067] A descarga automática pode, em particular, ocorrer em uma taxa relativamente rápida nas células de lítio e enxofre (Li-S). Por exemplo, o estado de carga de uma célula Li-S típica pode diminuir por aproximadamente 25% durante um período de tempo de 48 horas, de- vido à descarga automática. A figura 3 é uma representação esquemá- tica do estado de capacidade de células Li-S antes e depois de um número de períodos de tempo diferentes, nos quais as células estão no armazenamento (e não estão, portanto, conectadas a uma carga externa). O estado de capacidade é ilustrado em Ampere hora (Ah) e é ilustrado para os períodos de armazenamento de 5, 10, 50 e 168 ho- ras. Os estados de capacidade no começo dos períodos de armaze- namento são apresentados com retângulos preenchidos com tracejado reto e os estados de capacidade na extremidade dos períodos de ar- mazenamento são apresentados com retângulos não preenchidos. Os quatro pares de retângulos mais à esquerda representam as células armazenadas sob as condições ambiente de 20 graus Celsius (C). Os quatro pares de retângulos mais à direita apresentam células armaze- nadas sob as condições ambientes de 40 C.
[0068] Pode ser observado a partir da figura 3 que o estado de ca- pacidade de uma célula Li-S diminui durante cada um dos períodos de armazenamento representados na figura 3. Visto que as células não são conectadas a uma carga externa durante os períodos de armaze- namento representados, a queda no estado de capacidade se deve à descarga automática das células. Pode ser observado ainda a partir da figura 3 que o grau no qual uma Li-S se descarrega automaticamente aumenta com o tempo de armazenamento aumentado, e depende da temperatura na qual a célula é armazenada.
[0069] Pode-se apreciar que durante os períodos de armazena- mento de células Li-S, que são conectadas em paralelo uma à outra (por exemplo, as primeira e segunda células 101, 102), diferentes célu- las Li-S podem descarregar automaticamente em quantidades diferen- tes (por exemplo, devido às diferenças nas características das células diferentes). Depois de um período de descarga automática as células paralelas 101, 102 podem, portanto, estar em estados de capacidade diferentes.
[0070] Se deixada sem correção, uma diferença no estado de ca- pacidade entre as células paralelas 101, 102 pode aumentar durante a descarga adicional das células 101, 102 devido às características de resistência das células. A figura 4A é uma representação esquemática da resistência de um número de células Li-S diferentes durante a des- carga, como uma função de seu estado de carga. A figura 4B é uma representação equivalente da resistência de diferentes células Li-S durante a carga. As diferentes células representadas nas figuras 4A e 4B representam a resistência durante a descarga e carga de uma célu- la possuindo uma capacidade de referência inicial. As outras linhas ilustradas nas figuras 4A e 4B representam a resistência durante a descarga e carga de células possuindo capacidades iniciais que são 1%, 2%, 5% e 10% superiores à capacidade de referência inicial como indicado pela legenda ilustrada nas figuras 4A e 4B.
[0071] Pode-se observar a partir da figura 4A que durante a des- carga de uma célula Li-S, a resistência interna da célula aumenta inici- almente antes de alcançar uma resistência de pico e, então, diminui com a descarga adicional. Também pode ser observado que diferentes células possuindo diferentes capacidades iniciais também possuem resistências diferentes com relação a seu estado de carga. Quando as células possuindo diferentes resistências são conectadas em paralelo uma à outra e são conectadas através de uma carga, de modo a des- carregar para a carga, as células descarregarão em taxas diferentes de acordo com suas resistências. Em particular, uma célula possuindo uma resistência mais alta descarregará em uma taxa inferior do que uma célula possuindo uma resistência menor.
[0072] A propriedade descrita acima pode resultar em um espa- lhamento aumentado da capacidade de diferentes células conectadas em paralelo uma à outra e descarregando uma carga. Por exemplo, com referência à figura 4A, em uma profundidade de descarga de aproximadamente 30%, a célula possuindo a capacidade de referência inicial (representada pela linha sólida na figura 4A) alcança sua resis- tência de pico e sua resistência começa a diminuir com a descarga adicional. À medida que a resistência da célula diminui, a taxa na qual descarrega aumentará simultaneamente (devido à sua resistência em declínio).
[0073] Ao mesmo tempo, a célula que possui uma capacidade ini- cial de 10% a mais do que a capacidade de referência (representada por uma linha pontilhada na figura 4A) possui uma resistência que con- tinua a crescer na direção de sua resistência de pico. À medida que a resistência de célula aumenta, a taxa na qual descarrega será simulta- neamente reduzida (devido à sua resistência crescente).
[0074] Na situação descrita acima, uma célula possuindo uma ca- pacidade inferior descarrega em uma taxa mais rápida (e crescente) e uma célula, possuindo uma capacidade maior, descarrega em uma taxa mais lenta (e decrescente). A diferença na capacidade entre as duas células irá, portanto, aumentar durante a descarga adicional. Es- se efeito, em particular, ocorre depois que uma célula alcança seu pico de resistência durante a descarga, que pode, por exemplo, ocorrer em um grau de descarga de aproximadamente 30%.
[0075] Como pode ser observado a figura da figura 3, uma célula que é armazenada em aproximadamente 20 C perde aproximadamen- te 25% de sua capacidade inicial após 50 horas e mais de 35% de sua capacidade após 168 horas (uma semana), devido à descarga auto- mática. Tal célula, portanto, será descarregada até tal ponto que se aproxime ou tenha passado seu pico de resistência.
[0076] Se, por exemplo, a primeira e segunda células 101, 102 ilustradas na figura 1 forem carregadas para sua capacidade total e,
então, armazenadas por um período de mais de 50 horas, as células podem descarregar automaticamente em taxas diferentes. As células podem, então, apresentar capacidades diferentes e podem se aproxi- mar ou podem ter passado de seus picos de resistência. Se as células forem subsequentemente conectadas a uma carga e começarem a descarregar a carga, a diferença em suas capacidades pode aumentar durante a descarga devido às diferenças em suas resistências.
[0077] Como foi explicado em detalhes acima, as células que são conectadas em paralelo uma à outra (tal como as primeira e segunda células 101, 102 ilustradas na figura 1) podem desenvolver as diferen- ças de capacidade entre si, o que pode não corrigir tipicamente e que podem ser aumentadas durante o uso (por exemplo, durante a des- carga para uma carga). É, portanto, desejável se fornecer métodos e aparelho para corrigir as diferenças de capacidade que podem se de- senvolver entre células paralelas.
[0078] Descobriu-se que através da carga e descarga pulsada das células de bateria conectadas em paralelo uma à outra, diferenças de capacidade entre diferentes células podem ser reduzidas mesmo quando as características de tensão de célula aberta das células de bateria não acionam tipicamente o equilíbrio automático das capacida- des de célula de bateria. Com referência novamente à figura 1, um cir- cuito 104, que forma parte do sistema de gerenciamento de bateria 103, opera para distribuir a carga e descarga pulsada das células 101, 102 para e de um dispositivo de armazenamento, que faz parte do cir- cuito 104.
[0079] Em geral, o circuito 104 compreende um dispositivo de ar- mazenamento de carga 105 e um dispositivo de comutação 106 e é ilustrado esquematicamente na figura 1. O dispositivo de armazena- mento de carga 105 é configurado para armazenar carga que é des- carregada das células 101, 102. O dispositivo de comutação 106 opera para comutar o circuito 104 entre um primeiro estado e um segundo estado. No primeiro estado, a carga é descarregada a partir das célu- las 101, 102 e direcionada para o dispositivo de armazenamento de carga 105 para carregar o dispositivo de armazenamento de carga
105. No segundo estado, a carga é descarregada do dispositivo de armazenamento de carga 105 e direcionada para as células 101, 102 para carregar as células 101, 102. O dispositivo de comutação 106 opera para comutar repetidamente o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado de modo a fazer com que as células 101, 102 so- fram a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazena- mento de carga 105.
[0080] A carga que é retirada das células 101, 102 é temporaria- mente armazenada no dispositivo de armazenamento de carga 105 antes de ser descarregada do dispositivo de armazenamento de carga 105 de volta para dentro das células 101, 102. Tal mecanismo pode ser relativamente eficiente em termos de energia. Por exemplo, uma eficiência de energia que excede aproximadamente 95%, pode ser al- cançada quando movendo a carga para e das células 101, 102, dessa forma. As células 101, 102 que são descarregadas para o dispositivo de armazenamento de carga 105 são as mesmas células 101, 102, que são, subsequentemente, carregadas a partir do dispositivo de ar- mazenamento de carga 105. Isso é, o circuito 104 é disposto para transferir a carga para e das mesmas uma ou mais células 101, 102 e o dispositivo de armazenamento de carga 105. Em pelo menos algu- mas modalidades, nenhuma célula que não seja descarregada para o dispositivo de armazenamento de carga 105 no primeiro estado é car- regada a partir do dispositivo de armazenamento de carga 105 no se- gundo estado. De forma similar, nenhuma célula que não seja carre- gada a partir do dispositivo de armazenamento de carga 105 no se- gundo estado é descarregada para o dispositivo de armazenamento de carga 105 no primeiro estado.
[0081] A comutação das células 101, 102 entre o primeiro estado, no qual a carga está sendo retirada das células de bateria e o segundo estado, no qual a carga está sendo direcionada para as células 101, 102, faz com que as correntes fluam para e das células de bateria 101,
102. Quando uma corrente flui para ou das células 101, 102, a tensão através das células 101, 102 adota as voltagens operacionais de célu- la, que dependem da resistência interna das células. Como foi aludido acima (e como ilustrado nas figuras 2B, 4A e 4B), a resistência interna de uma célula depende do estado de capacidade da célula. Fazer com que as células de bateria 101, 102 adotem suas voltagens operacio- nais, pela retirada repetida da corrente das células de bateria 101, 102 para o dispositivo de armazenamento 105 e retirada de corrente do dispositivo de armazenamento 105 para as células 101, 102, portanto, resulta em uma diferença de tensão entre as células 101, 102 se as células 101, 102 possuírem estados de capacidade diferentes.
[0082] A figura 5 é uma representação esquemática da tensão operacional de uma célula Li-S como uma função da capacidade es- pecífica durante a carga e descarga em um número de taxas de carga e descarga diferentes. Pode-se observar a partir da figura 5 que a ten- são operacional de uma célula Li—S se torna altamente dependente da capacidade durante a carga e descarga, particularmente para as taxas de carga e descarga mais altas (por exemplo, 0,6 C e 1 C). Du- rante a carga e descarga das células Li-S, diferentes células em esta- dos de capacidade diferentes terão, portanto, diferentes voltagens através das mesmas. Quando tais células são conectadas em paralelo (tal como as células 101, 102) e estão em estados de capacidade dife- rentes, uma diferença de tensão existirá, portanto, entre as células du- rante a carga e descarga.
[0083] Será apreciado que tal diferença de tensão entre as células que são conectadas em paralelo, agirá para acionar uma corrente para que flua entre as células 101, 102. Em particular, uma corrente fluirá de uma célula possuindo uma capacidade mais alta para uma célula possuindo uma capacidade mais baixa. Tal corrente pode ser referida como uma corrente de equilíbrio. Uma corrente de equilíbrio age para reduzir uma diferença de capacidade entre as células 101, 102, pela transferência de carga de uma célula que possui um estado de capa- cidade mais alto para uma célula possuindo um estado de capacidade mais baixo. A comutação do circuito 104 entre o primeiro estado e o segundo estado, de modo a causar uma carga e descarga pulsada das células 101, 102, portanto, age de forma vantajosa para reduzir quais- quer diferenças de capacidade entre as células 101, 102.
[0084] A fim de auxiliar ainda na compreensão da invenção, um diagrama de circuito equivalente de duas células paralelas 101, 102 é ilustrado esquematicamente na figura 6. Cada célula 101, 102 possui uma resistência interna que é equivalente a uma combinação em série de uma resistência puramente Ôhmica Ro1, Ro2 e componentes de perda de difusão/transiente RC1a, RC1b, RO2a e RC2b de resistência. Como ilustrado na figura 6, cada componente de resistência de perda de difusão/transiente RC1a, RC1b, RC2a, RC2b é equivalente a uma resistência puramente Ôhmica em paralelo com uma capacitância. Também ilustradas na figura 6 encontram-se as voltagens de opera- ção oV1 e oV2 das células 101, 102. Será apreciado que na prática, as células 101, 102 não incluem os componentes elétricos ilustrados na figura 6. A figura 6 fornece meramente um diagrama de circuito equi- valente que pode ser utilizado para explicar o comportamento elétrico das células 101, 102.
[0085] — Aplicar a carga de descarga pulsada nas células 101, 102 age para aproximar as voltagens operacionais oV1, oV2 das células uma da outra e pode, eventualmente, resultar no equilíbrio das volta-
gens de operação oV1, oV2. Como explicado acima, as células que estão em estados diferentes de carga podem ter resistências internas diferentes. Por exemplo, se a primeira célula 101 estiver em um estado mais alto de carga do que a segunda célula 102, então as resistências internas das células 101, 102 podem diferir. Em particular, os compo- nentes Ôhmicos Ro1 e Ro2 podem ser diferentes e/ou componentes de perda de difusão/transiente RC1a, RC1b e RO2a e RC2b podem ser diferentes.
[0086] Diferenças na resistência das células resultará em diferen- tes quantidades de carga sendo descarregadas a partir das células 101, 102 para o dispositivo de armazenamento de carga durante um pulso de descarga e quantidades diferentes de carga sendo recebidas pelas células 101, 102 durante um pulso de carga. Por exemplo, se a primeira célula 101 estiver em um estado superior de carga à segunda célula 102, então as células 101, 102 terão resistências internas dife- rentes e as voltagens operacionais oV1 e oV2, associadas às células, serão diferentes. Durante um pulso de descarga, quando as células 101, 102 são descarregadas para o dispositivo de armazenamento de carga 105, as diferenças na resistência interna entre as duas células 101, 102 faz com que a primeira célula 101 descarregue uma corrente maior no dispositivo de armazenamento de carga 105 do que a segun- da célula 102. De forma similar, durante um pulso de carga, quando as células 101, 102 são carregadas a partir do dispositivo de armazena- mento de carga 105, a diferença na resistência interna entre as duas células 101, 102 e uma diferença proporcional entre a resistência in- terna para um estado determinado de carga, durante a carga para es- sa descarga, faz com que a primeira célula 101 receba uma corrente de carga menor do que dispensou durante a descarga, e a segunda célula 102 recebe uma corrente de carga superior à que dispensou durante a descarga. A carga e descarga pulsada das células para/do dispositivo de armazenamento de carga 105, portanto, age para redu- zir uma diferença no estado de carga entre as células paralelas 101, 102 e também para reduzir uma diferença nas voltagens de operação oV1, oV2. Se as células 101, 102 foram carregadas e descarregadas repetidamente para/do dispositivo de armazenamento de carga 105, então o estado de carga das células e as voltagens de operação oV1, oV2 podem se tornar iguais.
[0087] Correntes de equilíbrio vantajosas podem, em particular, ser promovidas em estados de carga que se encontram dentro de li- nhas tracejadas rotuladas 401 nas figuras 4A e 4B. Nos estados de carga que se encontram dentro da região limitada pelas linhas 401, durante um pulso de descarga, a resistência aumenta com a redução da capacidade e durante um pulso de carga, a resistência diminui com a redução da capacidade. Tais condições podem promover de forma vantajosa as correntes de equilíbrio fluindo de uma célula em um esta- do de capacidade maior para uma célula em um estado de capacidade menor. Pode, portanto, ser particularmente vantajoso se realizar a car- ga e descarga pulsada das células 101, 102 nos estados de carga in- dicados nas figuras 4A e 4B. Tal carga e descarga pulsada pode redu- zir de forma vantajosa as diferenças de capacidade entre as células paralelas antes de um pico de resistência das células ser alcançado. Como foi explicado acima, a descarga adicional de uma célula parale- la, depois de uma das células ter atingido seu pico de resistência, po- de resultar em diferenças de capacidade entre as células ainda maio- res. Pode, portanto, ser desejável se reduzir quaisquer diferenças de capacidade entre as células paralelas antes de uma das células alcan- çar seu pico de resistência.
[0088] A figura7 é uma ilustração esquemática de uma modalida- de do circuito 104 da figura 1. O circuito 104 é conectado através de uma primeira célula 101 e uma segunda célula 102, que são, propria-
mente ditas, conectadas em paralelo uma à outra. O circuito 104 é um circuito conversor DC-DC disposto para transferir a carga das células 101, 102 para um dispositivo de armazenamento e para transferir a carga de volta do dispositivo de armazenamento para as células 101,
102. Na modalidade da figura 7, o dispositivo de armazenamento compreende um primeiro capacitor C1.
[0089] O circuito 104 compreende um primeiro capacitor C1, um segundo capacitor C2, um primeiro comutador S1, um segundo comu- tador S2, um terceiro comutador S3, uma pluralidade de resistores R1- R7, um indutor L, um amplificador operacional (op-amp) 501 e um in- versor 502. A capacitância do segundo capacitor C2 é superior à ca- pacitância do primeiro capacitor C1. Em algumas modalidades, a ca- pacitância do segundo capacitor C2 é muitas vezes superior à capaci- tância do primeiro capacitor C2. Por exemplo, a capacitância do se- gundo capacitor C2 pode ser cerca de 10 vezes maior ou mais do que a capacitância do primeiro capacitor C1. Em algumas modalidades, a capacitância do segundo capacitor C2 pode ser superior a cerca de 20 vezes, superior a cerca de 40 vezes, superior a cerca de 60 vezes ou superior a cerca de 80 vezes ou amis a capacitância do primeiro capa- citor C1. A capacitância do segundo capacitor pode, em algumas mo- dalidades, ser até cerca de 100 vezes superior à capacitância do pri- meiro capacitor C1.
[0090] O segundo capacitor C2 pode ser pré-carregado antes do fornecimento da carga e descarga pulsada das células 101, 102. Por exemplo, o segundo capacitor C2 pode ser pré-carregado a partir das células 101, 102 pelo fechamento do primeiro comutador S1, de modo que o segundo capacitor C2 seja conectado através das células 101,
102. O primeiro comutador S1 é controlado por um controlador 503 que envia um primeiro sinal de comutação 504 para o primeiro comu- tador S1. O controlador 503, que é ilustrado na figura 7 pode ser o mesmo componente que o controlador 107, que é ilustrado na figura 1 ou pode ser um componente diferente. O estado do primeiro comuta- dor S1 depende do primeiro sinal de comutação 504. O primeiro comu- tador S1 pode, por exemplo, ser um transistor. Uma vez que o segun- do capacitor C2 é pré-carregado a partir das células 101, 102, o con- trolador 503 pode controlar o primeiro comutador S1 de modo a abrir o primeiro comutador S1.
[0091] A cargae descarga pulsada das células 101, 102 podem ser realizadas pela abertura e fechamento repetidos do segundo co- mutador S2 e terceiro comutador S3. O segundo S2 e terceiro S3 co- mutadores operam em resposta ao segundo 505 e terceiro 506 sinais de comutação, respectivamente. O terceiro sinal de comutação 506 corresponde à saída do op-amp 501. O segundo sinal de comutação 505 corresponde ao inverso da saída do op-amp 501, visto que atra- vessou o inversor 502. O segundo sinal de comutação 505, portanto, corresponde ao inverso do terceiro sinal de comutação 506. O segun- do S2 e terceiro S3 comutadores estão, em geral, portanto, abertos e fechados em oposição um ao outro. Isso é, quando o segundo comu- tador S2 está aberto, o terceiro comutador S3 está fechado, e quando o segundo comutador S2 está fechado, o terceiro comutador S3 está aberto. O segundo comutador S2 e o terceiro comutador S3 podem, por exemplo, ser transistores.
[0092] O primeiro estado do circuito 104, que foi referido acima, corresponde a um estado no qual o segundo comutador S2 está aber- to e o terceiro comutador S3 está fechado. No primeiro estado, o pri- meiro capacitor C1 é conectado através das primeira e segunda célu- las 101, 102, de modo que a corrente flua a partir das células 101, 102 para o primeiro capacitor C1 a fim de carregar o primeiro capacitor C1.
[0093] O segundo estado do circuito 104, que também foi referido acima, corresponde a um estado no qual o segundo comutador S2 es-
tá fechado e o terceiro comutador S3 está aberto. No segundo estado, o primeiro capacitor C1 e o segundo capacitor C2 são conectados em série um ao outro e são conectados em série às células 101, 102. Vis- to que o segundo capacitor C2 foi pré-carregado e possui uma capaci- tância relativamente alta, a tensão em série dos primeiro e segundo capacitores C1, C2 é suficiente para acionar uma corrente de carga a partir dos capacitores C1, C2 para as células 101, 102 de modo a car- regar as células 101, 102.
[0094] Será apreciado que visto que o segundo capacitor C2 pos- sui uma capacitância muito maior do que o primeiro capacitor C1 (e foi pré-carregado), o estado de carga do segundo capacitor C2 diminui mais lentamente do que o estado de carga do primeiro capacitor C1 quando o circuito 104 está no segundo estado. O primeiro capacitor C1, portanto, alcança um estado de descarga relativa quando o circui- to está no segundo estado e é recarregado a partir das células 101, 102, em cada ocasião em que o circuito é comutado do segundo esta- do para o primeiro estado. Em contraste, o segundo capacitor C2 pode ser capaz de passar por muitas repetições de comutação entre os pri- meiro e segundo estados sem ser recarregado. O segundo capacitor C2 age, efetivamente, para amplificar a tensão dos capacitores C1 e C2 quando conectados em série de modo a acionar uma corrente de carga para as células 101, 102.
[0095] Enquanto o segundo capacitor C2 pode passar por muitas repetições de comutação entre os primeiro e segundo estados sem ser recarregado, o mesmo ainda é descarregado até determinado ponto quando o circuito 104 está no segundo estado, e pode, portanto, exigir uma recarga periódica. O segundo capacitor C2 pode ser recarregado pelo fechamento do primeiro comutador S1 (por exemplo, sob o con- trole do controlador 503), de modo a conectar o segundo capacitor C2 através das células 101, 102, e carregar o segundo capacitor C2 a par-
tir das células 101, 102. Um estado do circuito 104 no qual o primeiro comutador S1 está fechado pode ser referido como um terceiro estado do circuito 104. Em geral, o terceiro estado do circuito 104 é um esta- do no qual o segundo capacitor C2 é conectado à corrente puxada das células 101, 102, de modo a carregar o segundo capacitor C2.
[0096] Como foi descrito acima, o segundo 505 e o terceiro 506 sinais de comutação dependem da saída do op-amp 501. Como apre- sentado na figura 7, as entradas do op-amp 501 são retiradas de cada lado do primeiro capacitor C1. A saída do op-amp 501 é, portanto, de- pendente da tensão através do primeiro capacitor C1, que é, por si só, dependente do estado de carga do primeiro capacitor C1. Na modali- dade da figura 7, as células 101, 102 são conectadas para agirem co- mo um suprimento de energia para op-amp 501.
[0097] Op-amp 501 e os resistores R4-R7, apresentados na figura 7, podem ser projetados, de modo que quando o primeiro capacitor C1 estiver totalmente carregado (ou perto de estar totalmente carregado), o segundo sinal de comutação 505 faça com que o segundo comuta- dor S2 seja fechado e o terceiro sinal de comutação 506 faça com que o terceiro comutador S2 seja aberto, de modo que o circuito 104 transmita do primeiro estado para o segundo estado. No segundo es- tado, o primeiro capacitor C1 descarrega para as células 101, 102 ea tensão através do primeiro capacitor será reduzida. O op-amp 501 e os resistores R4-R7, apresentados na figura 7, podem ser projetados, de modo que quando o primeiro capacitor C1 é descarregado até de- terminado ponto, o segundo sinal de comutação 505 faça com que o segundo comutador S2 seja aberto e o terceiro sinal de comutação 506 faça com que o terceiro comutador S3 seja fechado, de modo que o circuito 104 transmita do segundo estado para o primeiro estado. No primeiro estado, o primeiro capacitor C1 é recarregado a partir das cé- lulas 101, 102.
[0098] Será apreciado que os processos descritos acima fazem com que o circuito 104 comute repetidamente entre o primeiro estado e o segundo estado, de modo a fazer com que as células 101, 102 so- fram a carga e descarga pulsada para e do primeiro capacitor C1. As células 101, 102 podem, por exemplo, sofrer a carga e descarga pul- sada em uma frequência que é superior a cerca de 0,5 Hertz. Em al- gumas modalidades a frequência, na qual a carga e descarga pulsada ocorre, pode ser inferior a cerca de 10 Hertz.
[0099] Na modalidade ilustrada na figura 7, o indutor L e o resistor R2 agem para limitar quaisquer oscilações de corrente no segundo ca- pacitor Co. Em algumas modalidades, o indutor pode ter uma indutân- cia de aproximadamente 1 uH. O resistor R2 pode apresentar uma re- sistência de aproximadamente 0,03 Ohms. O resistor R2 também age como um resistor de equilíbrio cuja resistência pode ser ajustada para alterar uma constante de tempo do circuito. O resistor R2 pode ser ajustado de acordo com uma resolução e precisão desejadas do circui- to e/ou número de células paralelas.
[00100] Em algumas modalidades, o primeiro capacitor C, pode ter uma capacitância de aproximadamente 1 F. O segundo capacitor C> pode possuir uma capacitância de aproximadamente 10 mF. Em tais modalidades, o resistor Ra pode apresentar uma resistência de apro- ximadamente 12 K Ohms. O resistor Rs pode apresentar uma resistên- cia de aproximadamente 1,1 K Ohms. O resistor Rg pode apresentar uma resistência de aproximadamente 10 K Ohms. O resistor R; pode apresentar uma resistência de aproximadamente 1,1 K Ohms. Em tais modalidades, o diodo 502 pode ser considerado como um diodo ideal sem qualquer queda de tensão através do diodo 502 quando estiver conduzindo. No entanto, as resistências dos resistores R4-R; podem ser ajustadas a fim de se compensar uma queda de tensão através do diodo 502, o que pode ocorrer na prática, como será apreciado pelos versados na técnica.
[00101] Na modalidade da figura 7, o segundo comutador S2, o ter- ceiro comutador S3, o op-amp 501, resistores R4-R7 e o inversor 502 são dispostos para formar um dispositivo de comutação 106 que opera para comutar o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado. O segundo estado S2, o terceiro estado S3, o op-amp 501, o resistor R1- R; e o inversor 502 podem, portanto, ser considerados, em conjunto, para formar uma modalidade de um dispositivo de comutação 106. Um dispositivo de comutação 106, de acordo com as modalidades da in- venção, pode ser ainda considerado como incluindo o primeiro comu- tador S1, de modo que o dispositivo de comutação 106 seja ainda ope- rável para comutar o circuito para o terceiro estado, no qual o segundo capacitor C2 é conectado para retirar corrente das células de bateria de modo a carregar o segundo capacitor C2.
[00102] O controlador 503 pode ser configurado para controlar o primeiro comutador S1 para interromper a comutação repetida do cir- cuito 104 entre os primeiro e segundo estados e para comutar o circui- to para o terceiro estado, de modo a carregar o segundo capacitor C2 a partir das células 101, 102. Como ilustrado na figura 7, o controlador 503 pode receber uma entrada 507 correspondendo à saída do op- amp 501. O controlador 503 pode, portanto, monitorar o estado do cir- cuito 104 a partir da entrada 507 fornecida para o controlador 503 e pode controlar o primeiro comutador S1 dependendo da entrada 507. Por exemplo, se a entrada 507 indicar que o segundo capacitor preci- sa ser recarregado, o controlador 503 pode enviar um primeiro sinal de comutação 504 que faz com que o primeiro comutador S1 seja fecha- do, de modo que o circuito 104 seja comutado para o terceiro estado no qual o segundo capacitor C2 é carregado.
[00103] Em outras modalidades, o controlador 503 pode controlar o primeiro comutador S1 para comutar o circuito 104 para o terceiro es-
tado periodicamente. Por exemplo, o circuito 104 pode ser comutado para o terceiro estado depois de um período de tempo determinado ter passado. O período de tempo pode, por exemplo, ser um período de tempo predeterminado.
[00104] Será apreciado que um dispositivo de comutação que opera para comutar o circuito entre os primeiro e segundo estados (e, opcio- nalmente, para um terceiro estado), possa assumir muitas formas adequadas diferentes. Referências aqui a um dispositivo de comuta- ção não devem, portanto, ser interpretadas como sendo limitadas ao exemplo apresentado com referência à figura 7. Ainda, enquanto o dispositivo de armazenamento de carga é realizado na forma de dois capacitores na modalidade ilustrada na figura 7, em outras modalida- des, o dispositivo de armazenamento de carga pode assumir qualquer forma adequada.
[00105] Em geral, um circuito que compreende um dispositivo de armazenamento de carga e um dispositivo de comutação, de acordo com a invenção, pode assumir qualquer forma adequada para realizar as funções descritas aqui.
[00106] Como explicado acima, fornecer a carga e descarga pulsa- da das células 101, 102 para e de um dispositivo de armazenamento de carga (por exemplo, o primeiro capacitor C1) faz com que correntes de equilíbrio automático fluam entre as células 101, 102, de modo a reduzir qualquer diferença de capacidade entre as células 101, 102. Como foi descrito ainda acima, as diferenças de capacidade podem, em particular, se desenvolver entre as células durante períodos em que pouca ou nenhuma corrente flui para ou das células, tal como quando a bateria está localizada no armazenador.
[00107] Em geral, um estado no qual a magnitude de uma corrente elétrica, fluindo para e de uma bateria através de uma conexão exter- na (por exemplo, uma conexão para uma carga externa e/ou para um suprimento de energia para carregar a bateria), é inferior a uma cor- rente-limite, pode ser referido como um estado inativo da bateria. Um estado inativo pode ocorrer, por exemplo, quando nenhum dispositivo externo está conectado à bateria ou quando nenhuma energia elétrica precisa ser distribuída da bateria ou distribuída para a bateria para fins de carregamento. Alternativamente, um estado inativo pode ocorrer quando uma corrente está sendo puxada da bateria, ou distribuída pa- ra a bateria, mas a magnitude da corrente é relativamente baixa. À corrente limite pode, por exemplo, corresponder a uma corrente que flui para e da bateria através de uma conexão externa quando a bate- ria está sendo carregada ou descarregada a uma taxa de aproxima- damente 0,01 C. A taxa de carga/descarga, que corresponde à corren- te limite pode, em geral, ser inferior a cerca de 0,05 C, pode ser inferi- Or a cerca de 0,03 C ou pode até mesmo ser de cerca de 0,01 C ou menos.
[00108] Pode ser particularmente vantajoso se fornecer a carga e descarga pulsada de uma bateria quando a bateria está em um estado inativo, a fim de reduzir quaisquer diferenças de capacidade que pos- sam se desenvolver entre as células paralelas durante um estado ina- tivo. O circuito 104 pode, portanto, ser configurado para comutar repe- tidamente o circuito 104 entre os primeiro e segundo estados quando a bateria estiver em um estado inativo.
[00109] Em algumas modalidades, um controlador 107 (como apre- sentado na figura 1) pode ser fornecido para comutar entre um primei- ro modo, no qual o dispositivo de comutação 106 comuta repetidamen- te o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado, e um segun- do modo, no qual o dispositivo de comutação não comuta o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado. O controlador 107 pode, por exemplo, ser igual ao controlador 503, que é ilustrado na figura 7 e foi descrito acima, ou pode ser um controlador diferente. O controlador
107 pode, por exemplo, ser operado para operar um ou mais comuta- dores, de modo a conectar e/ou desconectar as conexões a um ou mais elementos do circuito 104, de modo a comutar entre o primeiro modo e o segundo modo.
[00110] O controlador 107 pode, por exemplo, comutar para o pri- meiro modo quando a bateria estiver em um estado inativo e pode co- mutar para o segundo modo quando a bateria não está em um estado inativo. Isso pode evitar a carga e descarga pulsada das células para o dispositivo de armazenamento de carga, em momentos em que as cor- rentes substanciais estão fluindo entre as células e um dispositivo ex- terno.
[00111] Em algumas modalidades, o controlador 107 pode ser con- figurado para comutar entre o primeiro modo e o segundo modo quan- do a bateria estiver no estado inativo. Por exemplo, pode ser mais efi- ciente em termos de energia se distribuir apenas a carga e descarga pulsada em alguns momentos nos quais a bateria está em um estado inativo e não distribuir a carga e descarga pulsada em outros momen- tos em que a bateria está no estado inativo. Enquanto isso, a carga pode ser transferida para e do dispositivo de armazenamento de carga 105 para as células 101, 102 de forma relativamente eficiente, tal transferência ainda pode resultar na perda de alguma energia. Pode, portanto, ser desejável se limitar o desempenho da carga e descarga pulsada em determinados momentos a fim de evitar a descarga des- necessária das células 101, 102. Por exemplo, pode ser suficiente apenas se comutar para o primeiro modo de modo a realizar a carga e descarga pulsada durante alguns dos momentos nos quais a bateria está no estado inativo.
[00112] O controlador 107 pode ser configurado para comutar entre o primeiro modo e o segundo modo periodicamente quando a bateria está em um estado inativo. Por exemplo, quando a bateria está no es-
tado inativo, o controlador 107 pode comutar para o primeiro modo por aproximadamente uma hora a cada período de 24 horas. Em algumas modalidades uma hora para realizar a carga e descarga pulsada pode ser suficiente para corrigir quaisquer diferenças de capacidade que tenham sido desenvolvidas entre as células paralelas, enquanto a ba- teria esteve no segundo modo. Em outras modalidades, os períodos de tempo entre a comutação sucessiva para o primeiro modo e/ou o período de tempo em que a bateria está no primeiro modo, antes de ser comutada de volta para o segundo modo, podem ser diferentes. Os períodos de tempo podem ser ajustados para adequar a aplicações particulares.
[00113] Em algumas modalidades, o controlador 107 pode ser con- figurado para determinar que a bateria esteja em um estado inativo. Por exemplo, o sistema de gerenciamento de bateria pode monitorar uma ou mais propriedades da bateria e o controlador 107 pode deter- minar que a bateria está no estado inativo dependendo de uma ou mais propriedades medidas. O sistema de gerenciamento de bateria pode, por exemplo, incluir um dispositivo de monitoramento atual dis- posto para medir uma corrente que flui para ou da bateria através de uma conexão externa (por exemplo, para uma carga externa e/ou a partir de um suprimento de energia que distribui uma corrente de car- ga). Se o controlador 107 determinar que a corrente medida se encon- tra abaixo de uma corrente-limite, então, o controlador 107 pode de- terminar que a bateria está em um estado inativo.
[00114] Em algumas modalidades, o controlador 107 pode determi- nar quando comutar entre os primeiro e segundo estados com base na corrente medida para e da bateria através de uma conexão externa. Por exemplo, os períodos de intervalo entre a comutação para o pri- meiro modo podem variar dependendo da magnitude de uma corrente elétrica fluindo para e da bateria através de uma conexão elétrica. Ain-
da ou alternativamente, o tempo durante o qual o primeiro modo é mantido, antes de se comutar de volta para o segundo modo, pode variar dependendo da magnitude de uma corrente elétrica fluindo para ou da bateria através de uma conexão elétrica.
[00115] Por exemplo, se houver alguma corrente fluindo para ou da bateria através de uma conexão externa, então, isso pode fazer com que algum equilíbrio automático ocorra entre células paralelas. No en- tanto, a magnitude da corrente pode ser suficientemente pequena (por exemplo, a corrente pode ser inferior a uma corrente-limite) de modo que a bateria seja considerada em um estado inativo. A magnitude pe- quena da corrente também pode significar que as diferenças e capaci- dade ainda podem se desenvolver entre as células paralelas e, como tal, pode ser vantajoso se fornecer alguma carga e descarga pulsada para e das células a fim de se reduzir quaisquer diferenças de capaci- dade dessas. No entanto, devido à pequena corrente externa que flui, pode levar mais tempo para que as diferenças de capacidade se de- senvolvam do que se nenhuma corrente externa estivesse fluindo. O período de tempo entre a comutação para o primeiro modo pode, por- tanto, ser aumentado, com relação a uma situação na qual substanci- almente nenhuma corrente externa está fluindo. Ainda ou alternativa- mente, o período de tempo entre a comutação para o primeiro modo e a comutação de volta para o segundo modo pode ser reduzido, de modo que a carga e descarga pulsada seja realizada por um período de tempo mais curto.
[00116] Em geral, o controlador 107 pode comutar para o primeiro modo em qualquer momento adequado e por qualquer período de tempo adequado a fim de promover correntes de equilíbrio automático para fluir entre as células paralelas a fim de reduzir as diferenças de capacidade entre as células paralelas. Os momentos nos quais o con- trolador 107 comuta entre os primeiro e segundo modos podem ser determinados de acordo com uma programação predeterminada ou podem variar com base em uma ou mais propriedades medidas da ba- teria.
[00117] Enquanto as modalidades foram descritas acima, nas quais uma bateria compreende duas células conectadas em paralelo uma à outra, em outras modalidades uma bateria pode compreender mais de duas células. Em geral, as descrições feitas aqui são aplicáveis a qualquer bateria compreendendo pelo menos duas células conectadas em paralelo uma à outra. A bateria pode compreender mais de duas células conectadas em paralelo umas às outras e pode compreender, ainda, células que são conectadas em série uma à outra.
[00118] As modalidades foram descritas acima nas quais um circui- to 104 é conectado através de uma pluralidade de células 101, 102 que são conectadas em paralelo uma à outra. Em algumas modalida- des, um circuito do tipo descrito acima pode ser conectado através de uma unidade célula, que é conectada em paralelo a pelo menos uma outra célula. Em geral, um circuito 104 pode ser conectado através de pelo menos uma célula, que é conectada em paralelo a pelo menos uma outra célula. Em algumas modalidades, um sistema de gerencia- mento de bateria pode compreender uma pluralidade de circuitos do tipo descrito acima. Cada circuito pode ser conectado através de pelo menos uma célula de bateria e pode operar para causar a carga e descarga pulsada da pelo menos uma célula de bateria. Por exemplo, em algumas modalidades, um primeiro circuito pode ser conectado através de uma primeira célula de bateria e pode ser operado para causar a carga e descarga pulsada da primeira célula de bateria e um segundo circuito pode ser conectado através de uma segunda célula de bateria e pode operar para causar a carga e descarga pulsada da segunda célula de bateria. As primeira e segunda células de bateria podem ser conectadas em paralelo uma à outra e a carga e descarga pulsada das células pode promover correntes de equilíbrio automático que fluem entre as células.
[00119] Acessórios, inteiros, características, compostos, unidades ou grupos químicos descritos em conjunto com um aspecto, modalida- de ou exemplo em particular da invenção devem ser compreendidos como aplicáveis a qualquer outro aspecto, modalidade ou exemplo descrito aqui, a menos que seja incompatível com o mesmo. Todas as características descritas nessa especificação (incluindo quaisquer rei- vindicações, resumo e desenho em anexo), e/ou todas as etapas de qualquer método ou processo descrito, podem ser combinadas em qualquer combinação, exceto combinações nas quais pelo menos al- guns dos acessórios e/ou etapas são mutuamente exclusivos. A in- venção não está restrita aos detalhes de quaisquer modalidades aci- ma. A invenção se estende a qualquer característica nova ou qualquer combinação nova das características descritas nessa especificação (incluindo quaisquer reivindicações, resumo e desenhos em anexo) ou a qualquer etapa nova, ou qualquer combinação nova das etapas de qualquer método ou processo descrito.

Claims (19)

REIVINDICAÇÕES
1. Sistema de gerenciamento de bateria para uma bateria, caracterizado pelo fato de compreender uma pluralidade de células de bateria conectadas em paralelo uma à outra, o sistema de gerencia- mento de bateria compreendendo: um circuito eletrônico para conexão através de pelo menos uma dentre a pluralidade de células de bateria, o circuito eletrônico compreendendo: um dispositivo de armazenamento de carga configurado pa- ra armazenar a carga descarregada a partir da pelo menos uma célula de bateria; e um dispositivo de comutação que opera para comutar o cir- cuito entre um primeiro estado, no qual a carga é descarregada a partir de pelo menos uma célula de bateria e direcionada para o dispositivo de armazenamento de carga para carregar o dispositivo de armaze- namento de carga, e um segundo estado, no qual a carga é descarre- gada a partir do dispositivo de armazenamento de carga e direcionada para a pelo menos uma célula de bateria para carregar a pelo menos uma célula de bateria; e onde o dispositivo de comutação é disposto para comutar repetidamente o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado, de modo a fazer com que a pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsada para e do dispositivo de armazenamento de carga.
2. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o circuito ser configurado para comutar repetidamente o circuito entre o primeiro estado e o se- gundo estado quando a bateria está em um estado inativo, onde o es- tado inativo é um estado no qual a magnitude de uma corrente elétrica que flui para ou da bateria, através de uma conexão externa, é inferior a uma corrente-limite.
3. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de compreender ainda um controlador que opera para comutar entre um primeiro modo, no qual o dispositivo de comutação comuta repetidamente o circuito entre o pri- meiro estado e o segundo estado e um segundo modo, no qual o dis- positivo de comutação não comuta o circuito entre o primeiro estado e o segundo estado.
4. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 3, como dependente da reivindicação 2, caracterizado pelo fato de o controlador ser configurado para comutar periodicamen- te entre o primeiro modo e o segundo modo quando a bateria está no modo inativo.
5. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de o controlador ser con- figurado para determinar que a bateria está em um estado inativo.
6. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de compreender ainda um dis- positivo de monitoramento de corrente configurado para medir uma corrente elétrica que flui para ou da bateria através de uma conexão externa.
7. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de o sistema de gerenciamento de bateria ser configurado para determinar que a bateria está no esta- do inativo quando a corrente elétrica medida estiver abaixo de uma corrente-limite.
8. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 6 ou 7, caracterizado pelo fato de o controlador ser con- figurado para determinar quando comutar entre os primeiro e segundo modos com base na corrente elétrica medida que flui para ou da bate-
ria através de uma conexão externa.
9. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de o dispositivo de comutação ser configurado para fazer com que pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsada para e do dispositi- vo de armazenamento de carga em uma frequência de mais de cerca de 0,5 Hertz.
10. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de o dispositivo de comutação ser configurado para fazer com que pelo menos uma célula de bateria sofra a carga e descarga pulsada para e do dispositi- vo de armazenamento de carga em uma frequência de menos de cer- ca de 10 Hertz.
11. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de o circuito eletrônico compreender um circuito conversor DC para DC.
12. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com qualquer reivindicação anterior, caracterizado pelo fato de o dispositivo de armazenamento de carga compreender pelo menos um capacitor.
13. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de o dispositivo de armaze- namento de carga compreender um primeiro capacitor e o circuito ele- trônico compreender ainda um segundo capacitor, e onde o dispositivo de comutação opera para comutar o circuito entre o primeiro estado, no qual o primeiro capacitor é conectado para puxar corrente da pelo menos uma célula de bateria e carregar o primeiro capacitor e o se- gundo estado, no qual o primeiro capacitor e o segundo capacitor são conectados em série um ao outro de modo a suprir corrente para a pe- lo menos uma célula de bateria.
14. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de a capacitância do segundo capacitor ser pelo menos 10 vezes maior do que a capacitância do primeiro capacitor.
15. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de o dispositivo de co- mutação ser operável para comutar o circuito para um terceiro estado no qual o segundo capacitor é conectado para puxar corrente da pelo menos uma célula de bateria de modo a carregar o segundo capacitor.
16. Sistema de gerenciamento de bateria, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de compreender ainda um controlador configurado para controlar o dispositivo de comutação para interromper a comutação repetida do circuito entre o primeiro e segun- do estados e para comutar o circuito para o terceiro estado, de modo a carregar o segundo capacitor da pelo menos uma célula de bateria.
17. Bateria, caracterizada pelo fato de compreender uma pluralidade de células de bateria conectadas em paralelo uma à outra e um sistema de gerenciamento de bateria de acordo com qualquer reivindicação anterior.
18. Bateria, de acordo com a reivindicação 17, caracteriza- da pelo fato de a pluralidade de células de bateria ser constituída de células de bateria de lítio e enxofre.
19. Método para controlar uma bateria, compreendendo uma pluralidade de células de bateria conectadas em paralelo uma à outra, o método sendo caracterizado pelo fato de compreender: comutar repetidamente um circuito eletrônico conectado através de pelo menos uma dentre uma pluralidade de células de bate- ria entre um primeiro estado e um segundo estado, onde no primeiro estado a carga é descarregada a partir de pelo menos uma célula de bateria e direcionada para um dispositivo de armazenamento de carga para carregar o dispositivo de armazenamento de carga e no segundo estado a carga é descarregada a partir do dispositivo de armazena- mento de carga e direcionada para pelo menos uma célula de bateria para carregar a pelo menos uma célula de bateria; onde a comutação repetida do circuito entre o primeiro es- tado e o segundo estado faz com que pelo menos uma célula de bate- ria seja submetida à carga e descarga pulsada para e a partir do dis- positivo de armazenamento de carga.
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