ES2348399T3

ES2348399T3 - Instalacion de baterias de un submarino.

Info

Publication number: ES2348399T3
Application number: ES05019827T
Authority: ES
Inventors: Hartmut Dipl.-Ing Angenendt
Original assignee: Howaldtswerke Deutsche Werft GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Marine Systems GmbH
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-13
Publication date: 2010-12-03
Anticipated expiration: 2025-09-13
Also published as: ATE479213T1; DE102004045897A1; KR20060051540A; EP1641066B1; DE502005010124D1; PT1641066E; EP1641066A2; EP1641066A3

Abstract

- Instalación de baterías de un submarino con al me- nos dos módulos de baterías (BM) que tienen cada uno de ellos la tensión de la red de a bordo del submarino y que están unidos cada uno de ellos con la red de a bordo del submarino a través de un interruptor (8) que hace posible que el módulo de baterías correspondiente (BM) se conecte y desconecte respecto de la red de a bordo, estando previsto un dispositivo de control que activa los interruptores (8) de los distintos módulos de baterías (BM) y que es maniobra- do para ello de tal manera que como máximo solamente esté unido con la red de a bordo un número tal de módulos de ba- terías (BM) que no se pueda sobrepasar una corriente de cor- tocircuito máxima predeterminada en la red de a bordo, y que está concebido de tal manera que dicho dispositivo de con- trol conecte y desconecte los distintos módulos de baterías (BM) respecto de la red de a bordo con una alternancia tal que los módulos de baterías (BM) se descarguen de manera sustancialmente uniforme y las diferencias de tensión entre los distintos módulos de baterías (BM) no sobrepasen un va- lor umbral predeterminado.

Description

La invención concierne a una instalación de baterías de un submarino y a un procedimiento para controlar tal insta-lación de baterías.

Los submarinos de propulsión no nuclear presentan 5 usualmente una instalación de baterías que hace posible la propulsión del submarino independientemente del aire exte-rior con ayuda de motores eléctricos. En estas instalaciones de baterías se utilizan baterías de plomo, teniendo que co-nectarse en paralelo un gran número de baterías o células de 10 batería a fin de proporcionar la capacidad necesaria para una propulsión suficientemente larga e independiente del ai-re exterior. Asimismo, se conectan siempre en serie tantas células que se pueda proporcionar la tensión necesaria de la red de a bordo del submarino. Dado que son necesarias co-15 rrientes relativamente altas para la carga de baterías de plomo y para algunos procesos de descarga, se tienen que utilizar para la unión de las distintas células unas barras colectoras de corriente que pueden establecer fuertes campos de dispersión electromagnética no deseados. Además, al co-20 nectar en paralelo baterías de plomo hay que cuidar de que el estado de carga de las baterías sea lo más igual posible, ya que, en caso contrario, se pueden presentar corrientes de compensación no deseadas entre las distintas baterías.

Sin embargo, un inconveniente principal de las instala-25 ciones de baterías conocidas es que toda la capacidad de las baterías está limitada en lo que respecta a la magnitud de posibles corrientes de cortocircuito. Al aumentar la capaci-dad de las baterías aumenta también la magnitud de las posi-bles corrientes de cortocircuito. En consecuencia, todas las 30 líneas e interruptores tienen que construirse con dimensio-nes suficientemente grandes. Sin embargo, dado que las co-rrientes de conmutación de los interruptores disponibles son limitadas, está también limitada la capacidad total de tales instalaciones de baterías convencionales. 35

El documento WO 02/15361 A1 revela un instalación de propulsión convencional de un submarino en la que se pueden conectar baterías discrecionalmente en paralelo o en serie a fin de proporcionar tensiones diferentes para el motor de propulsión. Como medida de seguridad se han previsto aquí 5 limitadores de corriente de alta temperatura. Estos tienen que ser refrigerados y, por un lado, ocasionan ruidos no de-seados y requieren un espacio de montaje relativamente grande. Por este motivo, la utilización de tales interrupto-res en un submarino no es óptima. 10

Por tanto, el problema de la invención consiste en pro-porcionar una instalación de baterías mejorada de un subma-rino y un procedimiento de control de esta instalación de baterías, que admitan una mayor capacidad total de la insta-lación de baterías, evitando a la vez los inconvenientes an-15 teriormente citados.

Este problema se resuelve por medio de una instalación de baterías de un submarino con las características indica-das en la reivindicación 1 y por medio de un procedimiento con las características indicadas en la reivindicación 12. 20 Formas de realización preferidas se desprenden de las rei-vindicaciones subordinadas correspondientes, la descripción siguiente y las figuras.

La instalación de baterías según la invención para un submarino presenta al menos dos módulos de baterías. Los 25 módulos de baterías están diseñados aquí de modo que tengan cada uno de ellos la tensión de la red de a bordo del subma-rino. Para conseguir esto, los módulos de baterías pueden consistir en varias células de batería conectadas en serie para formar un llamado módulo de tensión completa que entre-30 ga la tensión de la red de a bordo. Los distintos módulos de baterías están unidos cada uno de ellos a través de un in-terruptor con la red de a bordo del submarino. La disposi-ción de un interruptor entre cada módulo de baterías y la red de a bordo hace posible que el módulo de baterías co-35

rrespondiente se conecte individualmente a la red de a bordo y se separe, es decir, se desconecte, nuevamente de la red de a bordo. Por tanto, esta disposición hace posible que los distintos módulos de baterías se conecten a la red de a bor-do según sea necesario. Así, pueden conectarse siempre tan-5 tos módulos de baterías que pueda proporcionarse por la ins-talación de baterías la potencia justamente necesaria en la red de a bordo, especialmente para la propulsión. Los demás módulos de baterías pueden permanecer desconectados, de modo que se reducen al máximo las corrientes de cortocircuito que 10 se presenten. Para aprovechar la capacidad total de la ins-talación de baterías pueden desconectarse alternativamente unos módulos de baterías y conectarse otros, con lo que se puede descargar cada módulo de baterías y se puede aprove-char así la capacidad total de la instalación de baterías. 15 Debido a la descomposición de la instalación de baterías en varios módulos de baterías es así posible aumentar la capa-cidad total de la instalación de baterías sin incrementar las posibles corrientes de cortocircuito.

Un módulo de baterías puede presentar varias células de 20 batería conectadas en paralelo para aumentar la potencia que puede entregarse, estando distribuidas según la invención todas las células de batería conectadas en paralelo de la instalación de baterías sobre al menos dos módulos de bater-ías conectables por separado. Idealmente, se prevén más 25 módulos de baterías para poder controlar la instalación de baterías con mayor flexibilidad y poder adaptarla a la de-manda de potencia.

Se ha previsto un dispositivo de control que activa los interruptores de los distintos módulos de baterías y los ma-30 niobra entonces de tal manera que como máximo esté unido con la red de a bordo solamente un número tal de módulos de ba-terías que no pueda sobrepasarse en la red de a bordo una corriente de cortocircuito máxima predeterminada. El dispo-sitivo de control cuida aquí de que todos los módulos de ba-35

terías se conecten a la red de a bordo y se desconecten nue-vemente según sea necesario, de modo que pueda agotarse la capacidad total de la instalación de baterías. Sin embargo, se asegura aquí por medio del dispositivo de control que se conecte en paralelo como máximo un número tal de módulos de 5 baterías que no se sobrepase una corriente de cortocircuito máxima admisible para no sobrecargar algunas partes de la instalación, tales como líneas e interruptores.

Preferiblemente, al menos dos interruptores de los módulos de baterías están diseñados o son controlables de 10 modo que está previsto un enclavamiento que hace que, cuando está cerrado un interruptor, no pueda cerrarse, o no pueda cerrarse duraderamente, al menos otro interruptor. Por tan-to, los dos interruptores están enclavados uno con respecto a otro de modo que siempre pueda cerrarse tan sólo uno de 15 ellos de manera duradera. Este enclavamiento puede efectuar-se por medio de un acoplamiento mecánico de los interrupto-res o bien puede materializarse por técnicas de control, por ejemplo en un dispositivo de control central que esté dise-ñado de modo que los dos interruptores no se cierren al mis-20 mo tiempo. En caso de que estén previstos más de dos módulos de baterías, los interruptores pueden estar diseñados de mo-do que solamente pueda cerrarse al mismo tiempo un número determinado de interruptores. Esto puede materializarse tam-bién por vía mecánica o por técnicas puras de control en un 25 dispositivo de control electrónico central. La instalación está concebida aquí preferiblemente de modo que pueda ce-rrarse siempre solamente un número tal de interruptores que se conecten a la red de a bordo como máximo tantos módulos de baterías que no pueda sobrepasarse una corriente de cor-30 tocircuito máxima posible. El enclavamiento puede estar di-señado de modo que sea posible una conexión de corta dura-ción de ambos módulos de baterías o de varios módulos de ba-terías para garantizar un suministro de corriente exento de interrupciones incluso al cambiar o conmutar los módulos de 35

baterías que se encuentran en uso.

A este fin, el dispositivo de control está equipado preferiblemente de modo que maniobre los interruptores de tal manera que, al desconectar un módulo de baterías y co-nectar al mismo tiempo otro módulo de baterías a la red de a 5 bordo, se conecten por breve tiempo ambos módulos de bater-ías a la red de a bordo, es decir que se desconecta un módu-lo de baterías únicamente cuando el otro módulo de baterías ya está conectado a la red de a bordo. De esta manera, se asegura que, al cambiar o conmutar los módulos de baterías, 10 no se presente ninguna interrupción del suministro de co-rriente. Sin embargo, esto puede ser problemático en el caso de empleo de baterías de plomo, ya que, debido a grandes di-ferencias de tensión entre módulos de baterías cargados y descargados, se pueden producir corrientes de compensación 15 no deseadas cuando un módulo descargado y un módulo cargado sean conectados al mismo tiempo a la red de a bordo.

Este problema se evita diseñando el dispositivo de con-trol de modo que conecte y desconecte de la red los distin-tos módulos de baterías con una alternancia tal que se des-20 carguen uniformemente los módulos de baterías. Por tanto, un módulo de baterías no permanece en la red de a bordo hasta que esté completamente descargado, sino que se separa ya de la red de a bordo al cabo de una descarga parcial relativa-mente pequeña y es sustituido por un módulo de baterías me-25 nos fuertemente descargado que se conecta al mismo tiempo a la red de a bordo. La descarga parcial de los distintos módulos de baterías se ha elegido aquí preferiblemente de modo que las diferencias de tensión entre los distintos módulos de baterías no sobrepasen un valor límite predeter-30 minado, viniendo determinado el valor limite por la circuns-tancia de que la corriente de compensación que se presente entre los módulos de baterías al conectarlos simultáneamente no sobrepase un valor prefijado. Esto significa que, por co-nexión y desconexión alternas de la red de a bordo, se man-35

tienen idealmente todos los módulos de baterías a un nivel de tensión sustancialmente idéntico, de modo que se evitan corrientes de compensación no deseadas entre los distintos módulos de baterías al conectarlos simultáneamente. Es de-cir, los estados de carga de los distintos módulos de bater-5 ías se mantienen a un nivel sustancialmente idéntico por me-dio de una descarga uniforme alternativa de los módulos de baterías. Este procedimiento es adecuado especialmente para su empleo con baterías de plomo.

Más preferiblemente, en la instalación de baterías 10 según la invención se utilizan módulos de baterías que pre-sentan baterías de litio. Éstas pueden ser, por ejemplo, ba-terías de LiCoO2 con electrolito inorgánico. Tales baterías de litio tiene la ventaja de que su tensión de partida varía tan sólo insignificantemente con la descarga de la batería. 15 Es decir, las diferencias de tensión entre batería plenamen-te cargada y batería plenamente descargada son netamente más pequeñas en baterías de litio que en baterías de plomo. De-bido a esto, es más fácilmente posible con una batería de litio conectar en paralelo por breve tiempo los módulos de 20 baterías al conectar un módulo de baterías completamente cargado a la red de a bordo y al desconectar simultáneamente un módulo de baterías descargado, sin que se presenten co-rrientes de compensación no deseadas. Asimismo, los consumi-dores ya no tienen que diseñarse para las grandes diferen-25 cias de tensión en la red de a bordo.

El empleo de baterías de litio tiene también, frente a baterías de plomo conocidas, la ventaja de que las baterías de litio están exentas de mantenimiento. Así, se puede pres-cindir completamente de los recintos de mantenimiento nece-30 sarios en otros casos que hacen posible el acceso a las ba-terías de plomo. Asimismo, se puede prescindir también de la reserva de destilado conocida por las baterías de plomo y de la sentina húmeda en la sala de baterías que resulta necesa-ria al trabajar con destilado. Además, se puede prescindir 35

de ventilaciones y medidas necesarias para la protección contra explosiones, ya que las baterías basadas en litio no liberan gases inflamables. La instalación de ventilación puede diseñarse tal como sea necesario para los recintos no ocupados. Se puede eliminar también la iluminación de las 5 salas de baterías, ya que las inspecciones han de tener lu-gar solamente durante tiempos de atraque en puertos y asti-lleros. Se puede suprimir también una circulación de ácido como la que es usual en las células individuales de las ba-terías de plomo. 10

Más preferiblemente, cada módulo de baterías está unido con un dispositivo de carga del submarino a través de una línea de carga adicional. Esta disposición tiene, por un la-do, la ventaja de que todos los módulos de baterías pueden ser cargados independientemente uno de otro. A este fin, 15 pueden estar previstos interruptores correspondientes. Por otro lado, esta disposición tiene la ventaja de que los módulos de baterías presentan líneas separadas de unión con la red de a bordo para el proceso de descarga y líneas de carga para la recarga de los módulos de baterías. Esto hace 20 posible que se conecten individualmente los módulos de ba-terías a la red de a bordo durante la descarga para poder limitar la corriente máxima de cortocircuito. Sin embargo, debido a las líneas de carga separadas, es posible entonces conectar en paralelo varios módulos de baterías o todos los 25 módulos de baterías para recargar estos módulos de baterías. Las distintas líneas de carga tienen la ventaja de que deben transmitir solamente la corriente de carga para un módulo de baterías individual, de modo que las líneas de carga pueden dimensionarse para corrientes más pequeñas en comparación 30 con las líneas de conexión conocidas por las baterías de plomo conocidas. Las corrientes más pequeñas conducen, además, a menores campos de dispersión electromagnética. Las líneas de carga están realizadas preferiblemente como mono-polares, y el otro polo del dispositivo de carga, por ejem-35

plo de un generador, es unido de la manera usual con la red de a bordo y con las líneas de conexión previstas para la descarga de los módulos de baterías.

Preferiblemente, las líneas de conexión a través de las cuales los módulos de baterías están unidos con la red de a 5 bordo, están diseñadas de modo que cada módulo de baterías esté unido con la red de a bordo a través de una línea de conexión separada, por medio de la cual se puede descargar el módulo de baterías. Esta disposición tiene la ventaja de que las distintas líneas de conexión de los módulos de ba-10 terías tienen que transmitir cada una de ellas solamente la potencia del módulo de baterías individual, de modo que di-chas líneas pueden diseñarse para corrientes más pequeñas que las de las barras colectoras de corriente conocidas. Así, las líneas de conexión y eventualmente también la línea 15 de carga pueden construirse en forma de cables de múltiples torones o múltiples polos, con lo que se evitan campos de dispersión electromagnética.

Más preferiblemente, en la línea de carga de cada módu-lo de baterías está dispuesto un diodo. Los diodos de las 20 líneas de carga están dispuestos de modo que en la línea de carga pueda circular una corriente solamente desde el dispo-sitivo de carga, por ejemplo un generador, hasta el módulo de baterías. Se excluye así una retroalimentación de otros módulos de baterías a través de las líneas de carga y no se 25 proporciona una contribución a la corriente de cortocircui-to. Los diodos están dispuestos de preferencia directamente en o sobre los módulos de baterías.

Según una forma de realización especialmente preferida, cada módulo de baterías está unido en forma conmutable con 30 la línea de carga a través de un interruptor de semiconduc-tor. Este interruptor de semiconductor puede ser maniobrado electrónicamente, por ejemplo desde un dispositivo de con-trol central, para poder iniciar y terminar así individual-mente el proceso de carga de cada módulo de baterías. Como 35

alternativa, puede estar previsto también un interruptor que sea maniobrado manualmente; éste puede ser un interruptor mecánico o un interruptor electrónico o eléctricamente ma-niobrado. Los interruptores de semiconductor ofrecen la ven-taja de que se pueden suprimir diodos separados. Como inter-5 ruptor de semiconductor puede emplearse, por ejemplo, un in-terruptor que trabaje a la manera de un tiristor o un inter-ruptor que trabaje a la manera de un transistor. El inter-ruptor de semiconductor a manera de tiristor está diseñado en este caso, por ejemplo, de modo que sea abierto por un 10 corto impulso de conmutación y permanezca abierto durante tanto tiempo como circule una corriente de carga.

Más preferiblemente, cada módulo de baterías presenta una electrónica de módulo que capta al menos una magnitud característica del módulo de baterías correspondiente. Las 15 magnitudes características que deben ser captadas por la electrónica de módulo pueden ser, por ejemplo, corriente, tensión de marcha en vacío y/o temperaturas o similares. Las magnitudes características captadas son evaluadas y procesa-das adicionalmente de forma directa en la propia electrónica 20 de módulo y/o son entregadas a través de una interfaz y una línea de datos correspondientes a una instalación de rango superior, tal como una electrónica de control central, la cual controla, por ejemplo, el ciclo de carga y descarga de todos los módulos de baterías. Como alternativa o adicional-25 mente, la electrónica de módulo puede controlar en el propio módulo de baterías el ciclo de carga y/o descarga del res-pectivo módulo de batería.

A este fin, la electrónica de módulo está diseñada pre-feriblemente de tal manera que conecta y/o desconecta el in-30 terruptor de semiconductor en función de la magnitud carac-terística captada y de varias magnitudes características captadas para unir eléctricamente el módulo de baterías con la línea de carga y separarlo de ésta. Esto significa que, sobre la base de las magnitudes características actualmente 35

captadas, por ejemplo intensidad de corriente y tensión de marcha en vacío, la electrónica de módulo reconoce el estado de carga del respectivo módulo de baterías y da lugar au-tomáticamente a la recarga del módulo de baterías correspon-diente, para lo cual dicha electrónica une eléctricamente el 5 módulo de baterías con la línea de carga. En consecuencia, la electrónica de módulo puede estar diseñada de modo que abra el interruptor de semiconductor al alcanzarse el estado de plena carga del módulo de baterías correspondiente para separar eléctricamente el módulo de baterías respecto de la 10 línea de carga. Es imaginable aquí también una forma de rea-lización en la que el comienzo del ciclo de carga, es decir, el cierre de los interruptores de semiconductor de los dis-tintos módulos de baterías, sea iniciado centralmente por maniobra manual o por un dispositivo de control central y 15 tan sólo la terminación del proceso de carga para cada módu-lo de baterías sea inducida individualmente por la respecti-va electrónica de módulo.

Como alternativa, según otra forma de realización de la invención, la instalación de baterías puede estar diseñada 20 de modo que la maniobra del interruptor de semiconductor pa-ra separar el módulo de baterías respecto de la línea de carga sea efectuada por una orden de conmutación de un dis-positivo de control central de la instalación de baterías o por una variación o interrupción de la corriente de carga 25 procedente del dispositivo de carga. La variación, por ejem-plo una reducción, o la interrupción de la corriente de car-ga puede inducirse aquí también por un dispositivo de con-trol central o por vía manual. Para la unión y separación deliberadas del módulo de baterías respecto de la línea de 30 carga por medio de una orden de conmutación proveniente de un dispositivo de control central o de la electrónica del respectivo módulo de baterías es adecuado especialmente un interruptor de semiconductor a manera de transistor.

Cuando se emplea un interruptor de semiconductor del 35

tipo de tiristor, se puede iniciar el proceso de carga ce-rrando el interruptor de semiconductor por medio de un im-pulso de conmutación proveniente de la electrónica del módu-lo o de una electrónica de control central. Por ejemplo, la electrónica del módulo puede reconocer que se ha iniciado el 5 ciclo de carga de la instalación de baterías captando si se aplica una tensión de carga a la línea de carga. En caso de que sea necesaria una recarga del módulo de baterías corres-pondiente, la electrónica del módulo o un dispositivo de control central puede unir entonces el módulo de baterías 10 correspondiente con la línea de carga maniobrando el inter-ruptor de semiconductor. El interruptor de semiconductor permanece entonces cerrado durante tanto tiempo como circule una corriente de carga. Para concluir el proceso de carga se puede interrumpir la corriente de carga, con lo que se abre 15 el interruptor de semiconductor del tipo de tiristor y el módulo de baterías correspondiente es separado de la línea de carga. Para poder controlar así de manera automatizada el proceso de carga es posible, por ejemplo, interrumpir por breve tiempo la corriente de carga a intervalos prefijados, 20 con lo que se abren todos los interruptores de semiconductor de los distintos módulos de baterías. Una vez concluida la interrupción de la corriente de carga, las respectivas electrónicas de los módulos de baterías o un dispositivo de control central conectan entonces nuevamente a la línea de 25 carga solamente los módulos de baterías que no están aún completamente cargados.

La instalación de baterías presenta preferiblemente también un interruptor de emergencia adicional para unir ca-da módulo de baterías con la línea de carga. Este interrup-30 tor de emergencia puede ser maniobrado manualmente en caso de que fallen la electrónica de control o la electrónica del módulo y/o un interruptor de semiconductor. A este fin, pue-de estar previsto, por ejemplo, un interruptor puramente mecánico que pueda cerrarse entonces para poder cargar el 35

respectivo módulo de baterías por medio de una maniobra ma-nual. Es posible también prever un interruptor de emergencia entre una línea de carga central y la línea de descarga, de modo que, cerrando este interruptor, se puedan cargar en ca-so necesario los módulos de baterías a través de las líneas 5 de descarga.

La invención concierne también a un procedimiento para controlar una instalación de baterías de un submarino según la descripción anterior. La instalación de baterías que se debe controlar presenta al menos dos módulos de baterías y 10 preferiblemente un gran número de estos. Los módulos de ba-terías tienen cada uno de ellos la tensión de la red de a bordo del submarino. Según la clase de las baterías emplea-das, pueden estar conectadas para ello en serie varias célu-las a fin de proporcionar la tensión necesaria. Asimismo, el 15 módulo de baterías puede presentar también varias células de batería conectadas en paralelo a fin de conseguir una entre-ga de potencia o capacidad determinada del módulo de bater-ías.

El control de esta instalación de baterías se efectúa 20 según la invención de tal manera que para la descarga de los módulos de baterías, es decir, para el suministro de energía al submarino y especialmente a su sistema de propulsión, se conecta siempre alternativamente a la red de a bordo tan sólo un número determinado de módulos de baterías. Esto sig-25 nifica que no todos los módulos de baterías están unidos al mismo tiempo con la red de a bordo para suministrarle energ-ía. El suministro de energía se efectúa actualmente siempre a través de tan sólo un número limitado de módulos de bater-ías. El número de los módulos de baterías unidos simultánea-30 mente con la red de a bordo se elige aquí de modo que el módulo de baterías o los módulos de baterías que están uni-dos simultáneamente con la red de a bordo puedan entregar solamente una potencia máxima tal que no pueda sobrepasarse una corriente de cortocircuito máxima predeterminada en la 35

red de a bordo. Por tanto, mediante el procedimiento según la invención y la distribución de la instalación de baterías en al menos dos módulos de baterías conectables por separado a la red de a bordo se puede conseguir una limitación de la corriente de cortocircuito máxima. Esto hace posible que las 5 líneas, instalaciones, interruptores, etc. en la red de a bordo se dimensionen para corrientes correspondientemente más pequeñas. Al mismo tiempo, es posible sin problemas construir una instalación de baterías con mayor capacidad total sin incrementar la corriente de cortocircuito máxima. 10

Los módulos de baterías se conectan alternativamente a la red de a bordo y se descargan de tal manera que se consi-ga una descarga uniforme de todos los módulos de baterías. Es decir, se controla la conexión y desconexión de los dis-tintos módulos de baterías de modo que un módulo de baterías 15 no se descargue primero completamente antes de que se conec-te un módulo de baterías siguiente aún no descargado. En vez de esto, tiene lugar cada vez solamente una pequeña descarga del módulo de baterías y luego se conmuta al módulo de ba-terías siguiente que está menos descargado. Los distintos 20 módulos de baterías se conectan entonces alternativamente de tal manera que las diferencias de tensión entre los distin-tos módulos de baterías debido a una descarga diferente no sobrepasen un valor límite determinado. Este valor límite se ha elegido de modo que, en caso de una unión simultánea de 25 los módulos de baterías con la red de a bordo, no circulen corrientes de compensación o éstas sean solamente pequeñas. Por tanto, este procedimiento es adecuado para la utiliza-ción de baterías de plomo.

Más preferiblemente, se cargan al mismo tiempo todos 30 los módulos de baterías. Esto es conveniente para que la instalación de baterías completa se pueda recargar de nuevo lo más rápidamente posible y así se pueda mantener lo más corto posible el funcionamiento del submarino con dependen-cia del aire exterior. Las baterías de litio se pueden vol-35

ver a recargar juntas de una manera especialmente favorable debido a que éstas presentan tan sólo una pequeña carrera de tensión entre los estados cargado y descargado, con lo que, en caso de una conexión en paralelo de módulos de baterías cargados en grados diferentes, no se pueden producir co-5 rrientes de compensación no deseadas a consecuencia de dife-rencias de tensión.

De manera especialmente preferida, se vigila el estado de carga de cada módulo de baterías individual y el proceso de carga de los distintos módulos de baterías se inicia y/o 10 concluye cada vez con independencia de los demás módulos de baterías. Se pueden conseguir de esta manera tiempos de car-ga muy cortos, ya que el proceso de carga de cada módulo de baterías individual puede adaptarse óptimamente al respecti-vo estado de carga del módulo de baterías. Asimismo, desco-15 nectando de la línea de carga a su debido tiempo los módulos de baterías completamente cargados se puede impedir una so-brecarga de los módulos de baterías. El comienzo y/o la con-clusión del proceso de carga de un módulo de baterías indi-vidual pueden efectuarse a mano o automáticamente por medio 20 de un dispositivo de control central o una electrónica de módulo local montada en el módulo de baterías individual.

Según una forma de realización especial del procedi-miento, los distintos módulos de baterías están unidos con una línea de carga a través de un respectivo interruptor, 25 preferiblemente un interruptor de semiconductor, y se cie-rran cada uno de los interruptores para iniciar el proceso de carga a fin de unir eléctricamente el módulo de baterías correspondiente con la línea de carga, bloqueándose el in-terruptor correspondiente contra una reconexión después de 30 que se ha alcanzado la carga completa de un módulo de bater-ías. Este interruptor puede estar configurado, por ejemplo, como un interruptor de semiconductor con funcionamiento a la manera de un tiristor. El cierre de los interruptores de se-miconductor puede efectuarse centralmente a mano o a través 35

de un dispositivo de control central o bien localmente a través de una electrónica de módulo del módulo de baterías correspondiente. La conexión puede realizarse automáticamen-te, por ejemplo desde la electrónica de módulo local, tan pronto como se aplique a la línea de carga una tensión de 5 carga generada por un dispositivo de carga. El interruptor puede estar configurado entonces con autorretención a la ma-nera de un tiristor, es decir que permanezca cerrado durante tanto tiempo como circule una corriente de carga. Para con-cluir el proceso de carga se desconecta o interrumpe enton-10 ces la corriente de carga. El bloqueo de los interruptores de los módulos de baterías completamente cargados da lugar entonces a que, al reconectar la corriente de carga, sola-mente se unan automáticamente con la línea de carga los módulos de baterías que no estén aún completamente cargados. 15 Cuando, según este procedimiento, se interrumpe o desconecta por breve tiempo la corriente de carga a intervalos regula-res, se puede conseguir mediante la conexión y desconexión individuales de los distintos módulos de baterías en las líneas de carga una carga completa de toda la instalación de 20 baterías, cargándose individualmente cada módulo de baterías de conformidad con su respectivo estado de carga, con lo que se impide una sobrecarga de módulos de baterías individua-les.

A continuación, se describe la invención a título de 25 ejemplo ayudándose de las figuras adjuntas. Muestran en éstas:

La figura 1, esquemáticamente, la constitución de una instalación de baterías según una primera forma de realiza-ción de la invención, 30

La figura 2, esquemáticamente, la constitución de una instalación de baterías conforme a una segunda forma de rea-lización de la invención, y

La figura 3, esquemáticamente, la constitución de la electrónica de un módulo de baterías según la instalación de 35

baterías que se representa en la figura 2.

La figura 1 muestra un plano esquemático de distribu-ción eléctrica de la red de a bordo del submarino. En los dos conductores de la red de a bordo están conectadas sus-tancialmente todas las partes de la instalación de baterías, 5 así como los consumidores eléctricos y otros grupos para el suministro de energía. Es decir, los conductores 2 y 4 unen los consumidores y fuentes de corriente diferentes. La ins-talación de baterías mostrada presenta tres módulos de ba-terías BM, pero la instalación de baterías puede presentar 10 también más de tres o únicamente dos módulos de baterías BM. Los módulos de baterías BM agrupan eventualmente cada uno de ellos varias células de batería que están conectadas en se-rie para entregar la tensión deseada de la red de a bordo entre los conductores 2 y 4. Como alternativa o adicional-15 mente, varias células dentro de un módulo de baterías BM pueden estar conectadas en paralelo para aumentar la poten-cia o capacidad del módulo de baterías BM. Cada módulo de baterías BM presenta en cada uno de sus polos de conexión un interruptor 6 u 8, a través del cual el módulo de baterías 20 está unido con los conductores 2 y 4. El interruptor 6 se abre únicamente para fines de mantenimiento.

Asimismo, la instalación mostrada en la figura 1 pre-senta como componente esencial adicional un generador G que está unido también con los conductores 2 y 4 a través de in-25 terruptores 10. El generador G está configurado preferible-mente como un generador Diesel que es accionado por el motor Diesel del submarino.

Asimismo, en la red de a bordo de un submarino mostrada en la figura 1 está conectado un motor M que está unido tam-30 bién con los conductores 2 y 4 a través de interruptores 12. Además, entre el motor y la red de a bordo puede estar pre-visto un regulador correspondiente para regular o controlar el motor. El motor sirve de motor de propulsión para propul-sar la hélice del submarino. 35

Asimismo, en la figura 1 se muestra un transformador 14 de la red de a bordo conectado a los conductores 2 y 4, el cual sirve para transformar la corriente continua suminis-trada por los conductores 2 y 4 en corriente alterna para consumidores eléctricos que tienen que funcionar forzosamen-5 te con corriente alterna. En las líneas 16, otros consumido-res de corriente continua pueden unirse, eventualmente en forma conmutable, con los conductores 2 y 4. En el ejemplo mostrado en la figura 1 está dibujada también una instala-ción AIP (Air Independent Propulsion = Propulsión Indepen-10 diente del Aire), la cual puede ser, por ejemplo, una insta-lación de pilas de combustible que puede suministrar también energía eléctrica a la red de a bordo.

La disposición de módulos de baterías independientes BM según la invención tiene la ventaja de que se puede propor-15 cionar una capacidad total incrementada de la instalación de baterías, sin que se aumente la posible corriente de corto-circuito entre los conductores 2 y 4. Los distintos módulos de baterías BM se unen en la forma necesaria, a través de los interruptores 6 y/u 8, con los conductores 2 y 4 y, por 20 tanto, con la red de a bordo del submarino. Se unen así tan-tos módulos de baterías BM con la red de a bordo como sean necesarios para proporcionar la potencia que se precisa para el funcionamiento de los consumidores conectados. Los módu-los de baterías no necesarios BM permanecen separados de la 25 red de a bordo, es decir, de los conductores 2 y 4, a cuyo fin se abren los interruptores 6 y/u 8. Cuando se ha descar-gado un módulo de baterías BM, se separa éste de la red de a bordo abriendo los interruptores 6 y/u 8 y, cerrando los in-terruptores correspondientes 6, 8, se conecta otro módulo BM 30 a la red de a bordo, es decir, a los conductores 2 y 4. En lugar de descargar primero completamente un módulo de bater-ías BM, se pueden hacer funcionar todos los módulos de ba-terías BM con una alternancia preferiblemente uniforme, de modo que los distintos módulos de baterías BM estén unidos 35

cada uno solamente durante un tiempo determinado con los conductores 2, 4 y se descarguen. El módulo de baterías in-dividual BM es separado entonces de la red de a bordo ya al cabo de un tiempo de descarga relativamente corto y se co-necta otro módulo de baterías que está menos descargado. De 5 esta manera, se pueden descargar uniformemente todos los módulos de baterías. Se descarga así primero cada módulo de baterías únicamente hasta que la diferencia de carga y, por tanto, la diferencia de tensión entre los módulos de bater-ías cargados en grados diferentes no sobrepase un valor pre-10 determinado, de modo que no puedan presentarse corrientes de compensación no deseadas entre los distintos módulos de ba-terías. Esto es importante especialmente en el caso de ba-terías de plomo.

En la instalación representada en la figura 1 está pre-15 visto además en los interruptores 8 un sistema de enclava-miento 17 que cuida de que, cuando un módulo de baterías esté unido con los conductores 2 y 4, los otros dos módulos de baterías mostrados BM no puedan ser unidos con los con-ductores 2 y 4. A este fin, se bloquean los interruptores 8 20 de los otros dos módulos de baterías BM por medio del siste-ma de enclavamiento 17, de modo que no puedan cerrarse los interruptores 8. Este sistema de enclavamiento puede ser de construcción eléctrica o mecánica. Asimismo, en caso de que esté previsto un número mayor de módulos de baterías BM, el 25 sistema de enclavamiento puede estar construido de modo que pueda unirse simultáneamente más de un módulo de baterías con la red de a bordo. Así, el sistema de enclavamiento 17 puede estar construido, por ejemplo, de modo que siempre puedan unirse simultáneamente dos módulos de baterías BM con 30 la red de a bordo, mientras que los otros módulos de bater-ías BM permanecen separados de la red de a bordo y sus in-terruptores 8 están enclavados en la posición "abierta".

La figura 2 muestra en un plano esquemático de distri-bución eléctrica correspondiente otra forma de realización 35

de la instalación de baterías según la invención. La insta-lación completa según la figura 2 presenta, como se ha des-crito más arriba, dos conductores 2, 4. De manera correspon-diente, están previstos también un motor M, un generador G, un transformador 14 de la red de a bordo y otros consumido-5 res en los terminales 16. Asimismo, están previstos también de manera correspondiente varios módulos de baterías BM, es-tando previsto, como se insinúa en la figura 2, un gran número de módulos de baterías BM 1, BM 2... BMn. Como se ha descrito con referencia a la figura 1, los módulos de bater-10 ías están unidos con los conductores 2 y 4 a través de in-terruptores 6 y 8.

A diferencia de la forma de realización según la figura 1, en la instalación según la figura 2 está prevista una línea de carga o barra de carga separada 18 que forma el po-15 lo positivo al cargar los módulos de baterías BM. El polo negativo es formado también durante el proceso de carga por el conductor 2. El generador G está unido con el conductor 2 y la barra de carga 18 a través de los interruptores 10. Los módulos de baterías BM 1 a BMn están unidos cada uno de 20 ellos con la barra de carga 18 a través de una línea de car-ga 20 y un interruptor 22. Además, en cada línea de carga 20 está previsto en el módulo de baterías correspondiente BM un diodo 24 que impide una realimentación desde el módulo de baterías correspondiente hasta la barra de carga 18, es de-25 cir que la corriente puede circular solamente desde la barra de carga 18 hasta el módulo de baterías BM a través de la línea de carga 20, pero no retornar por esta línea.

La disposición de la barra de carga separada 18 con las líneas de carga separadas 20 para cada módulo de baterías BM 30 hace posible que, cerrando los interruptores 22, se conecten en paralelo para la operación de carga, a través del conduc-tor 2 y la barra de carga 18, un mayor número hasta el núme-ro total de módulos de baterías. Para la descarga se cierran los interruptores 8 para los módulos de baterías que deberán 35

unirse con el conductor o la barra de descarga 4 y con el conductor 2. Esto hace posible, en paralelo con la operación de carga, que se conecten a la línea de descarga el número de módulos de baterías BM que se necesitan para el servicio de a bordo. 5

Los interruptores 22 son maniobrados por una electróni-ca de módulo individual ME en cada módulo de baterías o por un dispositivo de control central para controlar individual-mente el proceso de carga de cada módulo de baterías. Así, a través de la electrónica de módulo ME se puede captar el es-10 tado de carga del respectivo módulo de baterías y el módulo de baterías puede ser separado de la barra de carga 18 por apertura del interruptor 22 cuando el respectivo módulo de baterías BM esté completamente cargado. Se puede impedir de esta manera una sobrecarga. De manera correspondiente, al 15 comienzo de la carga se pueden unir con la barra de carga 18 únicamente los módulos de baterías BM que están descargados. Los módulos de baterías aún no descargados ni siquiera se unen entonces con la barra de carga 18.

La electrónica de módulo ME puede asumir, por un lado, 20 una función de evaluación, de modo que, por ejemplo, se cap-tan la tensión de la batería, la corriente de descarga y/o la temperatura de la batería y se transfieren éstas a una electrónica de control central a través de una interfaz o línea de datos correspondiente. Como alternativa o adicio-25 nalmente, la electrónica de módulo ME puede controlar indi-vidualmente el proceso de carga del módulo de baterías co-rrespondiente BM y activar el interruptor 22 y/o el diodo 24, siempre que se trate de un diodo conmutable.

Además, se ha previsto un interruptor de emergencia 25 30 que puede estar construido como un interruptor mecánico y a través del cual se puede unir manualmente la barra de carga 18 con la barra de descarga 4. En caso de que fallen la electrónica de módulo ME o los interruptores 22 o el diodo 24, esto hace posible unir los módulos de baterías BM con el 35

polo positivo del generador G a través de la barra de carga o el conductor 4 y cargarlos a través del conductor 4 y los interruptores 8. Como alternativa, puede estar previsto tam-bién para cada módulo de baterías BM 1 a BMn un interruptor de emergencia que puentee el diodo 24 y/o el interruptor 22 5 para poder unir directamente el respectivo módulo de bater-ías BM con la barra de carga 18 en caso de que falle la electrónica de modulo o el interruptor 22.

En la figura 3 se muestra esquemáticamente un ejemplo de la constitución de la electrónica de módulo ME. La 10 electrónica de módulo ME presenta un dispositivo de capta-ción de datos que capta, por un lado, datos de módulo 26, tales como tensiones, corrientes, temperaturas, etc., y que capta, por otro lado, datos 28 provenientes de un sistema de automatización de rango superior, por ejemplo una electróni-15 ca de control central. Los datos captados en la unidad de captación de datos D son transferidos, por un lado, a un grupo constructivo de ordenador R y, por otro, a un grupo constructivo de memoria S. El grupo constructivo de memoria S se comunica, además, con el grupo constructivo de ordena-20 dor para almacenar datos, por ejemplo magnitudes caracterís-ticas sobre la evolución de la carga o la descarga del módu-lo de baterías correspondiente BM. El grupo constructivo de ordenador R genera una señal de control ST que se retransmi-te al interruptor 22 o al diodo 24. El interruptor 22 puede 25 estar construido como un interruptor de semiconductor. Como alternativa o adicionalmente, puede estar previsto un diodo conmutable 24 para que el módulo de baterías sea separado eléctricamente de la línea de carga correspondiente 20 y, por tanto, de la barra de carga 18 o bien sea unido eléctri-30 camente con éstas. Por tanto, conforme a la electrónica de módulo ME mostrada en la figura 3, el grupo constructivo de ordenador R es responsable de que, según el estado de carga del módulo de baterías correspondiente BM, se una éste con la barra de carga 18 y se separe nuevamente de ésta. El co-35

mienzo general de un ciclo de carga, es decir que, por ejem-plo, navegue sumergido el submarino y funcione el generador G accionado por Diesel, puede ser comunicado a la electróni-ca de control, por ejemplo, por medio de los datos 28 prove-nientes de un sistema de automatización de rango superior. 5 Como alternativa, la electrónica de módulo ME puede vigilar también la barra de carga 18 y, tan pronto como se aplique allí una tensión de carga, activar el proceso de carga para el módulo de baterías correspondiente BM siempre que tenga que cargarse el módulo de baterías, lo que puede establecer-10 se por medio de los datos de módulo 26.

Asimismo, el grupo constructivo de ordenador R está previsto para generar una señal de alarma A ante eventuales perturbaciones del módulo de baterías BM, la cual se alimen-ta a la salida de datos 30. A la salida de datos pueden con-15 ducirse también datos de la unidad de captación de datos D y del grupo constructivo de memoria S y estos datos pueden transferirse a través de la salida de datos, por ejemplo, a un sistema de automatización de rango superior, tal como un dispositivo de control central, o bien a la electrónica de 20 módulo ME de otros módulos de baterías BM a fin de indicar eventuales errores y/o reaccionar automáticamente a ellos.

Además, la electrónica de módulo ME presenta todavía un suministro de tensión 32 que es abastecido con la energía eléctrica necesaria por el propio módulo de baterías corres-25 pondiente BM.

Lista de símbolos de referencia

2,4 Conductor

6,8,10,12 Interruptor

14 Transformador de la red de a bordo 30

16 Terminales para consumidores de corriente

continua

17 Sistema enclavamiento

18 Barra de carga

20 Línea de carga 35

22 Interruptor

24 Diodo

: 25 Interruptor de emergencia

: 26 Datos de módulo

28 Datos 5

: 30 Salida de datos

: 32 Suministro de tensión

BM Módulo de baterías

M Motor

G Generador 10

AIP Suministro de energía independiente del aire

exterior

ME Electrónica de módulo

D Unidad de captación de datos

S Grupo constructivo de memoria 15

R Grupo constructivo de ordenador

ST Señal de control

A Señal de alarma

Claims

REIVINDICACIONES
1.- Instalación de baterías de un submarino con al me-nos dos módulos de baterías (BM) que tienen cada uno de ellos la tensión de la red de a bordo del submarino y que están unidos cada uno de ellos con la red de a bordo del 5 submarino a través de un interruptor (8) que hace posible que el módulo de baterías correspondiente (BM) se conecte y desconecte respecto de la red de a bordo, estando previsto un dispositivo de control que activa los interruptores (8) de los distintos módulos de baterías (BM) y que es maniobra-10 do para ello de tal manera que como máximo solamente esté unido con la red de a bordo un número tal de módulos de ba-terías (BM) que no se pueda sobrepasar una corriente de cor-tocircuito máxima predeterminada en la red de a bordo, y que está concebido de tal manera que dicho dispositivo de con-15 trol conecte y desconecte los distintos módulos de baterías (BM) respecto de la red de a bordo con una alternancia tal que los módulos de baterías (BM) se descarguen de manera sustancialmente uniforme y las diferencias de tensión entre los distintos módulos de baterías (BM) no sobrepasen un va-20 lor umbral predeterminado.
2.- Instalación de baterías según la reivindicación 1, en la que al menos dos interruptores (8) están concebidos o son controlables de tal manera que esté previsto un enclava-miento (17) que dé lugar a que, cuando está conectado un in-25 terruptor (8), no pueda cerrarse al menos otro interruptor (8) o bien éste no pueda cerrarse de manera duradera.
3.- Instalación de baterías según la reivindicación 1 ó 2, en la que el dispositivo de control está concebido de mo-do que maniobre los interruptores (8) de tal manera que, al 30 desconectar un módulo de baterías (BM) y conectar al mismo tiempo otro módulo de baterías (BM) a la red de a bordo, am-bos módulos de baterías (BM) estén conectados por breve tiempo a la red de a bordo.
4.- Instalación de baterías según cualquiera de las 35

reivindicaciones anteriores, en la que los módulos de bater-ías (BM) presentan baterías de litio.
5.- Instalación de baterías según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que cada módulo de bater-ías (BM) está unida con un dispositivo de carga (G) del sub-5 marino a través de una línea de carga adicional (20).
6.- Instalación de baterías según la reivindicación 5, en la que está dispuesto un diodo (24) en la línea de carga (20) de cada módulo de baterías (BM).
7.- Instalación de baterías según la reivindicación 5, 10 en la que cada módulo de baterías (BM) está unido de manera conmutable con la línea de carga (20) a través de un inter-ruptor de semiconductor (22).
8.- Instalación de baterías según la reivindicación 7, en la que cada módulo de baterías (BM) presenta una electró-15 nica de módulo (ME) que capta al menos una magnitud carac-terística (26) del módulo de baterías correspondiente (BM).
9.- Instalación de baterías según las reivindicaciones 7 y 8, en la que la electrónica de módulo (ME) está concebi-da de tal manera que conecte y/o desconecte el interruptor 20 de semiconductor (22) en función de la magnitud caracterís-tica captada (26) para unir eléctricamente el módulo de ba-terías (BM) con la línea de carga (20) y para separarlo de ésta.
10.- Instalación de baterías según la reivindicación 9, 25 en la que la maniobra del interruptor de semiconductor (22) para separar el módulo de baterías (BM) de la línea de carga (20) se efectúa por medio de una orden de conmutación de un dispositivo de control central de la instalación de baterías o por medio de una variación o interrupción de la corriente 30 de carga proveniente del dispositivo de carga (G).
11.- Instalación de baterías según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en la que está previsto un inter-ruptor de emergencia adicional para unir cada módulo de ba-terías (BM) con la línea de carga (20). 35
12.- Procedimiento para controlar una instalación de baterías de un submarino según cualquiera de las reivindica-ciones anteriores, en el que la instalación de baterías pre-senta al menos dos módulos de baterías individuales (BM) que tienen cada uno de ellos la tensión de la red de a bordo del 5 submarino, y en la que para descargar los módulos de bater-ías (BM) se conecta siempre alternativamente a la red de a bordo tan sólo un número tal de módulos de baterías (BM) que no pueda sobrepasarse una corriente de cortocircuito máxima predeterminada en la red de a bordo, conectándose alternati-10 vamente los módulos de baterías (BM) a la red de a bordo y descargándose estos de tal manera que se consiga una descar-ga uniforme de todos los módulos de baterías (BM).
13.- Procedimiento según la reivindicación 12, en el que todos los módulos de baterías (BM) se cargan al mismo 15 tiempo.
14.- Procedimiento según la reivindicación 12 ó 13, en el que se vigila el estado de carga de cada módulo de bater-ías individual (BM) y se inicia y/o concluye el proceso de carga de cada uno de los distintos módulos de baterías (BM) 20 con independencia de los otros módulos de baterías (BM).
15.- Procedimiento según la reivindicación 14, en el que los módulos de baterías (BM) están unidos con una línea de carga (20) a través de un respectivo interruptor (22), preferiblemente un interruptor de semiconductor, y, para 25 iniciar el proceso de carga, se cierran los respectivos in-terruptores (22) a fin de unir eléctricamente el módulo de baterías correspondiente (BM) con la línea de carga (20), y en el que, después de alcanzada la carga completa de un módulo de baterías (BM), se bloquea el interruptor corres-30 pondiente (22) contra una reconexión.