ES2677843T3

ES2677843T3 - Disposición y procedimiento para gestionar dinámicamente energía eléctrica entre una fuente de energía eléctrica y una carga eléctrica

Info

Publication number: ES2677843T3
Application number: ES11833187.5T
Authority: ES
Inventors: Alex M. Adelson; Anthony Mangiaracina
Original assignee: Nextek Power Systems Inc
Current assignee: Nextek Power Systems Inc
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2018-08-07
Anticipated expiration: 2031-10-10
Also published as: US20170133859A1; KR101756138B1; US10581242B2; EP2628232A4; US20150214777A1; WO2012051091A1; EP2628232B1; US8957543B2; EP2628232A1; JP5837077B2; US20150042163A1; JP2013543363A; US20120091802A1; US10050442B2; CA2806598A1; US9035490B2; KR20130103708A; CA2806598C

Abstract

Una disposición (10) para gestionar dinámicamente la energía eléctrica entre al menos una fuente (12, 14, 16) de energía eléctrica configurada para suministrar energía eléctrica y al menos una carga eléctrica (R1, R2, R3) configurada para consumir energía eléctrica, comprendiendo la disposición (10): al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada conectado con la al menos una fuente (12, 14, 16); al menos un terminal (24, 26, 28) de salida conectado con la al menos una carga (R1, R2, R3); una pluralidad de nodos (N1-N9) de monitorización conectados con el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y con el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida; una pluralidad de células (32, 34, 36) de almacenamiento de energía eléctrica conectadas entre el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida, estando configurada cada célula para almacenar energía procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16) y estando configurada para descargar la energía almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3); una pluralidad de conmutadores controlables (M1-M4) conectados con las células (32, 34, 36) y que tienen entradas (G1-G4) de control configuradas para permitir que cada conmutador sea conmutado entre estados de conmutación; y un controlador programado (30) configurado para monitorizar dinámicamente las condiciones operativas en los nodos (N1-N9) de monitorización durante la operación de la al menos una fuente (12, 14, 16) y de la al menos una carga (R1, R2, R3), configurado, además, para controlar dinámicamente de forma selectiva los conmutadores (M1-M4) en las entradas (G1-G4) de control para interconectar las células (32, 34, 36) en distintas topologías de circuito en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas, configurado, además, para permitir que cada célula en uno de los estados de conmutación almacene la energía procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16), y configurado, además, para permitir que cada célula en el otro de los estados de conmutación descargue la energía almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3), implementándose secuencialmente las distintas topologías de circuito; caracterizada porque una de las células (36) está dispuesta en una capa base, estando dispuesta otra de las células (34), junto con al menos uno de los conmutadores (M3, M4), en una capa de conmutación, y habiendo un número escalable de capas de conmutación.

Description

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DESCRIPCION

Disposicion y procedimiento para gestionar dinamicamente energfa electrica entre una fuente de energfa electrica y una carga electrica

Descripcion de la tecnica relacionada

Son bien conocidos los sistemas alimentados para suministrar corriente alterna (CA) y corriente continua (CC) desde una infinidad de fuentes de energfa no renovable que normalmente queman combustible de hidrocarburo en motores-generadores, grupos turboalternadores, generadores termoelectricos, celulas de combustible, etc., y desde una infinidad de fuentes de energfa renovable, tales como celulas fotovoltaicas, generadores eolicos, dispositivos hidroelectricos, generadores de biomasa, sistemas termicos solares, sistemas geotermicos, etc., para el suministro a diversas cargas inductivas electricas, tales como motores y reactancias para una iluminacion fluorescente o de arco de vapor, y/o cargas resistivas, tales como bombillas comunes de filamento, y/o cargas capacitivas, tales como motores capacitivos de arranque. Dado que las celulas fotovoltaicas y los generadores eolicos, por ejemplo, dependen de una disponibilidad impredecible de la fuente de energfa, por ejemplo, luz solar o viento, tales fuentes de energfa renovable producen, normalmente, energfa impredecible no regulada de CA o CC con niveles no controlados de frecuencia o de tension en momentos variables inciertos. Por lo tanto, los sistemas alimentados que utilizan tales fuentes normalmente recogen y almacenan energfa en un banco de baterfas de CC con el paso del tiempo, luego aplican la energfa almacenada de CC directamente a las cargas, segun sea necesario, y son operados, normalmente, como sistemas autonomos. El banco de baterfas proporciona un reservorio de energfa de reserva para el sistema alimentado.

Aunque son generalmente satisfactorios para su fin previsto, los sistemas alimentados conocidos son ineficaces. Segun se ha hecho notar anteriormente, el suministro de energfa es erratico y variable debido a que una o mas de las fuentes de alimentacion electrica pueden no estar disponibles en todo momento e, incluso cuando estan disponibles, pueden no operar siempre en su condicion de energfa nominal o estado mas economico. Ademas, la condicion de carga de las diversas cargas es variable cuando una o mas cargas son conectadas a la lfnea o desconectadas de la misma, al igual que durante el curso de su operacion normal. El banco de baterfas mencionado anteriormente sirve para compensar tales condiciones variables de alimentacion y de carga, pero la carga y la recarga del banco de baterfas lleva un tiempo considerable, degradando, de ese modo, la eficacia del sistema. La eficacia del sistema disminuye sin ninguna gestion o una gestion deficiente de cuales de las fuentes disponibles de alimentacion, y de cuanta energfa de cada una de tales fuentes de alimentacion disponibles ha de distribuirse y suministrarse a las una o mas de las cargas que requieren tal energfa, especialmente cuando es preciso que todas las acciones de ese tipo sean llevadas a cabo rapidamente, de forma ventajosa, mientras varfan las condiciones de alimentacion y de carga. Una mayor eficacia es un objetivo tanto economico como de conservacion. El documento US 2006/0092583 da a conocer un sistema de gestion de energfa que es “estatico”. En un modo de carga de operacion, se conmutan uno o mas conmutadores S para cargar uno o mas elementos de almacenamiento de energfa procedente de una fuente 16 de alimentacion. En un modo de descarga de operacion, se conmutan uno o mas conmutadores S para descargar uno o mas elementos cargados de almacenamiento de energfa a una carga 18. El documento US 2010/0261048 da a conocer un sistema de gestion de energfa con un conjunto de celulas de baterfa conectado con una fuente de alimentacion y una carga. Los sensores definen nodos monitorizados. El sistema incluye celulas de almacenamiento de energfa electrica y conmutadores controlables. Una unidad de control para un circuito dado de baterfa monitoriza el estado operativo de la celula de baterfa en el circuito de baterfa y controla conmutadores en el circuito de baterfa segun el estado operativo.

Sumario de la invencion

Un aspecto de la presente invencion consiste, dicho sucintamente, en una disposicion segun la reivindicacion 1 para gestionar dinamicamente y de forma eficaz la energfa electrica entre una o mas fuentes de energfa electrica que suministran energfa electrica y una o mas cargas electricas que consumen energfa electrica. Las fuentes pueden incluir cualquier fuente de corriente alterna (CA), tal como una red electrica o red de alimentacion de CA, cualquier fuente de corriente continua (CC) o cualquier fuente combinada de CA/CC. Las fuentes pueden incluir cualquier fuente de energfa no renovable, por ejemplo, una que normalmente quema combustible de hidrocarburos en motores-generadores, grupos turboalternadores, generadores termoelectricos, celulas de combustible, etc., o cualquier fuente de energfa renovable, tal como celulas fotovoltaicas, generadores eolicos, dispositivos hidroelectricos, generadores de biomasa, sistemas termicos solares, sistemas geotermicos, etc. Las cargas pueden incluir cualquier carga electricas inductivas, tales como motores y reactancias para una iluminacion fluorescente o de arco de vapor, y/o cualquier carga resistiva, tales como bombillas comunes de filamento, y/o cualquier carga capacitiva, tales como motores capacitivos de arranque.

Preferentemente, cada celula incluye un condensador por sf solo, o una combinacion paralela de una baterfa y un condensador, para almacenar tension de CC procedente de la al menos una fuente y para descargar la tension almacenada de CC a la al menos una carga. De forma ventajosa, cada una de tales celulas actua como un regulador y un filtro de la tension, es recargable y tiene una resistencia interna sumamente baja para una recarga rapida con

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una eficacia elevada en el almacenamiento de energfa que supera un 95%. Preferentemente, las celulas son arquitectonicamente identicas e intercambiables entre si.

De forma ventajosa, cada conmutador es un transistor que tiene una puerta, una base o un disparador como entrada de control. Cada conmutador puede ser, por ejemplo, un conmutador de estado solido, tal como un transistor de efecto de campo (FET), especialmente un HEXFET o un MOSFET o un FlipFET o un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) o un rectificador controlado por silicio (SCR), o sus equivalentes, por ejemplo, un rele. Una pluralidad de diodos tambien estan conectados en la disposicion para controlar la direccion de la corriente de CC que fluye entre los terminales de entrada y de salida. Los diodos bloquean el flujo de la corriente de CC en recorridos no deseados a traves de la disposicion.

La disposicion incluye un microprocesador o controlador programado operativo para monitorizar dinamicamente las condiciones operativas, por ejemplo, tensiones operativas, en los nodos de monitorizacion durante la operacion de cada fuente y de cada carga, y para controlar dinamicamente de forma selectiva los conmutadores en sus entradas de control para interconectar las celulas en distintas topologfas de circuito en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas. El controlador permite que cada celula en uno de los estados de conmutacion, por ejemplo, un estado cerrado, almacene la tension procedente de al menos una de las fuentes, y permite que cada celula en el otro de los estados de conmutacion, por ejemplo, un estado abierto, descargue la tension almacenada a al menos una de las cargas.

El controlador accede, de forma ventajosa, a una memoria o a una tabla de consulta con datos correspondientes a las topologfas almacenadas de circuito, y recupera los datos en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas. Por ejemplo, en algunas topologfas distintas, todas las celulas estan conectadas en serie y/o en paralelo y/o en serie-paralelo entre sf para la carga y/o la descarga; y en otras topologfas distintas, se seleccionan celulas individuales para la carga y/o la descarga.

La disposicion, tambien denominada modulo, comprende una capa base y una o mas de las capas de conmutacion. El modulo puede tener cualquier numero de capas de conmutacion y, por lo tanto, el modulo es facilmente escalable. Esto no solo reduce el coste, sino que tambien permite que se seleccione la resolucion o el numero de capas de conmutacion, segun se desee para una aplicacion particular. Las capas de conmutacion pueden estar dispuestas en planos mutuamente perpendiculares. Por ejemplo, se pueden interconectar una o mas de las capas de conmutacion en dos dimensiones y se encuentran en un plano X-Y u horizontal, y luego, se pueden interconectar una o mas capas adicionales de conmutacion en una tercera dimension y se encuentran en un plano Z o vertical, aumentando muchfsimo, de ese modo, el numero de topologfas disponibles de circuito que pueden ser seleccionadas por el controlador. Ademas, la disposicion es simetrica, porque los terminales de entrada mencionados anteriormente, al igual que los terminales de salida mencionados anteriormente, pueden estar ubicados bien en un lado derecho o bien en un lado izquierdo de la disposicion, permitiendo, de ese modo, que se conecten las fuentes externas o las cargas externas en uno de los dos lados de la disposicion.

Otra caracterfstica mas de la presente invencion consiste en un procedimiento para gestionar dinamicamente la energfa electrica entre cada fuente de energfa electrica y cada carga electrica segun la reivindicacion 10.

Las caracterfsticas novedosas que se consideran caracterfsticas de la invencion son definidas, en particular, en las reivindicaciones adjuntas. Sin embargo, se comprendera la propia invencion, tanto en cuanto a su construccion como en cuanto a su procedimiento de operacion, junto con objetos adicionales y las ventajas de la misma, a partir de la siguiente descripcion de realizaciones especfficas cuando es lefda en conexion con los dibujos adjuntos.

Breve descripcion de los dibujos

La FIG. 1 es un esquema de un circuito electrico de parte de una realizacion de una disposicion para gestionar dinamicamente la energfa electrica entre al menos una fuente de energfa electrica y al menos una carga electrica segun la presente invencion;

la FIG. 2 es un controlador programado para su uso con la disposicion de la FIG. 1; la FIG. 3 es una tabla de consulta a la que accede el controlador de la FIG. 2; y

las FIGURAS 4 y 5 comprenden un esquema de circuito electrico de otra realizacion de la disposicion segun la presente invencion.

Descripcion detallada de las realizaciones preferentes

El numero 10 de referencia identifica, en general, una disposicion para gestionar dinamicamente y de forma eficaz la energfa electrica entre una o mas fuentes externas 12, 14 y 16 de energfa electrica que suministran energfa electrica y una o mas cargas electricas externas R1, R2 y R3 que consumen energfa electrica. Las fuentes pueden incluir cualquier fuente 14 de corriente alterna (CA), tal como una red electrica o red de alimentacion de CA, cualquier fuente 16 de corriente continua (CC), o cualquier fuente combinada 12 de CA/CC. Las fuentes 12, 14 y 16 pueden

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incluir cualquier fuente de energfa no renovable, por ejemplo, una que normalmente quema combustible de hidrocarburos en motores-generadores, grupos turboalternadores, generadores termoelectricos, celulas de combustible, etc., o cualquier fuente de energfa renovable, tal como celulas fotovoltaicas, generadores eolicos, dispositivos hidroelectricos, generadores de biomasa, sistemas termicos solares, sistemas geotermicos, etc. Aunque se ilustran tres fuentes en la FIG. 1, se puede emplear cualquier numero de fuentes, incluyendo una sola fuente. Las cargas R1, R2 y R3 pueden incluir cualquier carga electrica inductiva, tal como motores y reactancias para una iluminacion fluorescente o de arco de vapor y/o cualquier carga resistiva, tal como bombillas comunes de filamento, y/o cualquier carga capacitiva, tal como motores capacitivos de arranque. Aunque se ilustran tres cargas en la FIG. 1, se puede emplear cualquier numero de cargas, incluyendo una sola carga.

La disposicion 10 incluye al menos un terminal de entrada y, segun se ilustra, una pluralidad de terminales 18, 20 y 22 de entrada (marcadas ENTRADA 1, ENTRADA 2 e ENTRADA 3) conectados con cada fuente 12, 14 y 16, al menos un terminal de salida y, segun se ilustra, una pluralidad de terminales 24, 26 y 28 de salida (marcadas SALIDA 1, SALIDA 2 y SALIdA 3) conectados con cada carga R1, R2 y R3, y una pluralidad de nodos N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8 y N9 de monitorizacion, cada uno conectado con los terminales de entrada y de salida mediante una resistencia R. Segun se describe a continuacion, un microprocesador o controlador programado 30 (vease la FIG. 2) monitoriza dinamicamente las condiciones operativas, por ejemplo, las tensiones operativas, en los nodos de monitorizacion durante la operacion de las fuentes y de las cargas. El controlador 30 tiene patillas 1-9 de entrada conectadas, respectivamente, con los nodos N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8 y N9 de monitorizacion.

Tambien hay conectada una pluralidad de diodos D1, D2, D6, D7, D11 y D12 en la disposicion 10 para controlar la direccion de la corriente CC que fluye entre los terminales de entrada y de salida. Los diodos bloquean el flujo de la corriente CC en recorridos no deseados. Los nodos N1, N4 y N7 de monitorizacion estan conectados, respectivamente, con los terminales 18, 20 y 22 de entrada. Los nodos N3, N6 y N9 de monitorizacion estan conectados, respectivamente, con los terminales 24, 26 y 28 de salida. Los diodos D1, D6 y D11 estan conectados entre los pares N1, N2; N4, N5; y N7, N8 de nodos de monitorizacion.

Varias celulas 32, 34 y 36 de almacenamiento de energfa electrica estan conectadas entre los terminales de entrada y de salida. Segun se describe mas adelante, cada celula 32, 34 y 36 es capaz de almacenar energfa procedente de al menos una de las fuentes y es capaz de descargar energfa almacenada a al menos una de las cargas. Preferentemente, cada celula 32, 34 y 36 incluye un condensador por sf solo, o una combinacion paralela de una baterfa (B1, B2 y B3) y de un condensador (C1, C2 y C3), para almacenar tension de CC procedente de la al menos una fuente y para descargar la tension almacenada de CC a la al menos una carga. De forma ventajosa, cada celula de ese tipo (tambien marcada B-CON 1, B-CON 2 y B-CON 3), actua como regulador y filtro de tension, es recargable y tiene una resistencia interna sumamente baja para una recarga rapida con una eficacia elevada de almacenamiento de energfa que supera el 95%. De forma ventajosa, las celulas son condensadores electronicos de doble capa, tambien conocidos como supercondensadores o ultracondensadores. Preferentemente, las celulas 32, 34 y 36 son arquitectonicamente identicas e intercambiables entre sf.

La disposicion 10 incluye, ademas, una pluralidad de conmutadores controlables M1, M2, M3 y M4 conectados con las celulas y que tienen entradas G1, G2, G3 y G4 de control para permitir que cada conmutador sea conmutado entre estados abierto y cerrado de conmutacion. De forma ventajosa, cada conmutador es un transistor que tiene una puerta o un disparador como la entrada de control. Cada conmutador puede, por ejemplo, ser un conmutador de estado solido, tal como un transistor de efecto de campo (FET), especialmente un HEXFET (segun se ilustra) o un MOSFET o un FlipFET o un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT) o un rectificador controlado por silicio (SCR) o sus equivalentes, por ejemplo, un rele. El conmutador M1 esta conectado frente a la celula 32 entre los terminales 18, 20 de entrada. El conmutador M2 esta conectado frente a la celula 32 entre los terminales 24, 26 de salida. El conmutador M3 esta conectado frente a la celula 34 entre los terminales 20, 22 de entrada. El conmutador M4 esta conectado frente a la celula 34 entre los terminales 26, 28 de salida.

La disposicion 10 incluye, ademas, una pluralidad de terminales 38, 40 de entrada de control (marcados ENTRADA A y ENTRADA B). Una combinacion paralela, que tiene el diodo D4 y el conmutador MA en un ramal, el diodo D5 y el conmutador MB en otro ramal, esta conectada frente a los terminales 38 y 26, e interconecta las celulas 32 y 34. Otra combinacion paralela, que tiene el diodo D9 y el conmutador MC en un ramal, y el diodo D10 y el conmutador MD en otro ramal, esta conectada frente a los terminales 40 y 28, e interconecta las celulas 34 y 36. Los conmutadores MA, MB, MC y MD tienen entradas GA, GB, GC y GD de control. Un conmutador adicional MX que tiene una entrada GX de control esta conectada mediante el diodo D3 entre el terminal 38 y tierra. Un conmutador adicional MY que tiene una entrada GY de control esta conectado mediante el diodo D8 entre el terminal 40 y tierra.

El controlador 30, segun se ha mencionado anteriormente, monitoriza dinamicamente las condiciones operativas, por ejemplo, las tensiones operativas, en todos los nodos N1, N2, N3, N4, N5, N6, N7, N8 y N9 de monitorizacion durante la operacion de cada fuente y de cada carga. El controlador 30 detecta las tensiones en uno o mas de estos nodos y determina, por ejemplo, si una fuente particular esta suministrando energfa y/o si una carga particular esta recibiendo energfa. El controlador 30 tambien controla dinamicamente de forma selectiva todos los conmutadores M1, M2, M3, M4, MA, MB, MC, MD, MX y MY en sus entradas respectivas de control para interconectar las celulas 32, 34 y 36 en distintas topologfas de circuito en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas. El

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controlador 30 tiene patillas 12-17 y 19-22 de salida conectadas, respectivamente, con estas entradas de control. Se suministra a la patilla 10 una tension de CC. La patilla 11 esta conectada a tierra. La patilla 18 esta reservada. El controlador 30, las celulas 32, 34 y 36 y todos los conmutadores M1, M2, M3, M4, MA, MB, MC, MD, MX y MY son dispositivos de CC. Por lo tanto, si hay conectada cualquier fuente de CC, tal como la fuente 14, con un terminal de entrada, entonces se emplea un rectificador (no ilustrado) de CA a CC para convertir la tension de CA en tension de CC.

El controlador 30 permite que cada celula en uno de los estados de conmutacion —por ejemplo un estado cerrado— almacene la tension procedente de al menos una de las fuentes, y permite que cada celula en el otro de los estados de conmutacion, por ejemplo un estado abierto, descargue la tension almacenada a al menos una de las cargas. El controlador 30 accede, de forma ventajosa, a una memoria o tabla de consulta (vease la FIG. 3) con datos correspondientes a las topologfas almacenadas de circuito, y recupera los datos en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas. Por ejemplo, en algunas topologfas distintas, todas las celulas estan conectadas en serie y/o en paralelo y/o en serie-paralelo entre si para la carga y/o la descarga; y en otras topologfas distintas, se seleccionan las celulas individuales para la carga y/o la descarga. Las diversas topologfas pueden ser implementadas de forma simultanea o secuencial en una unica etapa o en multiples etapas.

Mas en particular, la tabla de la FIG. 3 muestra los conmutadores M1, M2, M3, M4, MA, MB, MC, MD, MX y MY en una fila superior. La primera columna indica si las celulas estan cargadas o descargadas. La segunda columna indica la topologfa. Una “X” en la interseccion de una columna y una fila indica que un conmutador particular es conmutado por el controlador 30 a un estado cerrado. Una “O” en la interseccion de una columna y una fila indica que un conmutador particular es conmutado por el controlador 30 a un estado abierto.

Preferentemente, las celulas estan dispuestas en capas. Una de las celulas —por ejemplo, 36— esta dispuesta en una capa base, preferentemente junto con los diodos D11 y D12 y con los nodos N7, N8 y N9 de monitorizacion. Otra de las celulas —por ejemplo, 34— esta dispuesta en una capa de conmutacion, junto con uno o mas de los conmutadores M3, M4, MC, MD y MY, y con los diodos D6 y D7, y con los nodos N4, N5 y N6 de monitorizacion. Aun otra de las celulas —por ejemplo, 32— esta dispuesta en otra capa de conmutacion, junto con uno o mas de los conmutadores M1, M2, MA, mB y MX, y con los diodos D1 y D2 y con los nodos N1, N2 y N3 de monitorizacion. La disposicion, tambien denominada modulo, comprende una capa base y una o mas de las capas de conmutacion. El modulo puede tener cualquier numero de capas de conmutacion y, por lo tanto, el modulo es facilmente escalable. Esto no solo reduce el coste, sino que tambien permite que se seleccione la resolucion o el numero de capas, segun se desee, para una aplicacion particular. Las capas pueden estar dispuestas en planos mutuamente perpendiculares. Por ejemplo, la capa base mencionada anteriormente y una o mas de las capas de conmutacion mencionadas anteriormente pueden estar interconectadas en dos dimensiones y se encuentran en un plano X-Y u horizontal, y luego, se pueden interconectar capas adicionales de conmutacion, cada una de las cuales puede incluir celulas adicionales B-CON 4, B-CON 5 y B-CON 6, segun puede verse de forma optima en la FIG. 4, en una tercera dimension y encontrarse en un plano Z o vertical, aumentando mucho, de ese modo, el numero de topologfas disponibles de circuito que pueden ser seleccionadas por el controlador. Ademas, la disposicion es simetrica y bidireccional, porque los terminales 12, 14 y 16 de entrada, al igual que los terminales 24, 26 y 28 de salida, pueden estar ubicados bien en un lado derecho o bien en un lado izquierdo de la disposicion, permitiendo, de ese modo, que se conecten las fuentes externas o las cargas externas en uno de los dos lados de la disposicion bidireccional.

La arquitectura simetrica de tipo matriz de multiples recorridos permite que la disposicion 10 sea infinitamente expansible, de bajo coste y muy eficaz. En algunos casos, la eficacia se acerca al 99% o supera esa cifra. La disposicion 10 comprende tantas capas duplicadas de conmutacion como se desee. El numero de tales capas de conmutacion define la resolucion disponible de la disposicion. La disposicion integra de forma eficaz multiples fuentes externas de alimentacion, incluyendo distintas fuentes de CA y de CC que pueden variar entre impedancias altas y bajas, y mezcla uno o mas de sus potencias de salida disponibles para su almacenamiento en una o mas de las celulas y/o para un suministro a una o mas de las cargas. Si no hay energfa de salida disponible, o es insuficiente, para una condicion particular de carga, entonces las celulas asumen la responsabilidad de mezclar una o mas de sus potencias almacenadas disponibles para su suministro a una o mas de las cargas. El almacenamiento o la transferencia de energfa puede producirse de forma simultanea o secuencial.

La disposicion 10 puede describirse como un colector y distribuidor inteligente de energfa, que opera en tiempo real. La capa base y una o mas capas de conmutacion pueden estar montadas en una unica placa de circuito impreso (PCB). PCB adicionales que tienen una o mas capas de conmutacion pueden estar interconectadas con la PCB mencionada en primer lugar. La disposicion 10 emplea una estructura modular sencilla montada con un patron repetitivo. El numero de celulas esta definido por la potencia de carga y la resolucion de tension maximas requeridas. Se desea una monitorizacion continua o frecuente del estado de las cargas y de las fuentes. Al monitorizar los nodos de monitorizacion, el controlador 30 puede detectar si cualquier capa o PCB particular es defectuosa, y puede controlar las conmutaciones para puentear cualquier capa o PCB defectuosa.

Se comprendera que cada uno de los elementos descritos anteriormente, o dos o mas juntos, tambien pueden encontrar una aplicacion util en otros tipos de construcciones diferentes de los tipos descritos anteriormente. Por ejemplo, los dos MA y MB del HEXFET y sus diodos D4 y D5 pueden ser sustituidos por un unico FlipFET.

Aunque se ha ilustrado y descrito la invencion como una disposicion y un procedimiento para gestionar dinamicamente la energfa electrica entre una o mas fuentes de energfa electrica y una o mas cargas electricas, no se pretende que esten limitados a los detalles mostrados, dado que se pueden realizar diversos cambios estructurales y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones.

5 Sin un analisis adicional, lo precedente revelara completamente la esencia de la presente invencion hasta el punto de que otros puedan adaptarse facilmente, aplicando un conocimiento actual, para diversas aplicaciones sin omitir caractensticas que, desde el punto de vista de la tecnica anterior, constituyen de forma manifiesta caractensticas esenciales de los aspectos genericos o espedficos de la presente invencion y, por lo tanto, se debenan comprender tales adaptaciones, y se pretende que se haga, dentro del significado y el intervalo de equivalencia de las siguientes 10 reivindicaciones.

En las reivindicaciones adjuntas se define lo que se reivindica como nuevo y se desea que sea protegido.

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REIVINDICACIONES

1. Una disposicion (10) para gestionar dinamicamente la energfa electrica entre al menos una fuente (12, 14, 16) de energfa electrica configurada para suministrar energfa electrica y al menos una carga electrica (R1, R2, R3) configurada para consumir energfa electrica, comprendiendo la disposicion (10):

al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada conectado con la al menos una fuente (12, 14, 16);

al menos un terminal (24, 26, 28) de salida conectado con la al menos una carga (R1, R2, R3);

una pluralidad de nodos (N1-N9) de monitorizacion conectados con el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y con el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida;

una pluralidad de celulas (32, 34, 36) de almacenamiento de energfa electrica conectadas entre el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida, estando configurada cada celula para almacenar energfa procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16) y estando configurada para descargar la energfa almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3);

una pluralidad de conmutadores controlables (M1-M4) conectados con las celulas (32, 34, 36) y que tienen entradas (G1-G4) de control configuradas para permitir que cada conmutador sea conmutado entre estados de conmutacion; y

un controlador programado (30) configurado para monitorizar dinamicamente las condiciones operativas en los nodos (N1-N9) de monitorizacion durante la operacion de la al menos una fuente (12, 14, 16) y de la al menos una carga (R1, R2, R3), configurado, ademas, para controlar dinamicamente de forma selectiva los conmutadores (M1- M4) en las entradas (G1-G4) de control para interconectar las celulas (32, 34, 36) en distintas topologfas de circuito en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas, configurado, ademas, para permitir que cada celula en uno de los estados de conmutacion almacene la energfa procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16), y configurado, ademas, para permitir que cada celula en el otro de los estados de conmutacion descargue la energfa almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3), implementandose secuencialmente las distintas topologfas de circuito;

caracterizada porque una de las celulas (36) esta dispuesta en una capa base, estando dispuesta otra de las celulas (34), junto con al menos uno de los conmutadores (M3, M4), en una capa de conmutacion, y habiendo un numero escalable de capas de conmutacion.
2. La disposicion (10) de la reivindicacion 1, en la que hay una pluralidad de terminales (18, 20, 22) de entrada, en la que uno de la pluralidad de terminales (18) de entrada esta conectado con una fuente combinada que tiene corriente alterna (CA) y corriente continua (CC), en la que otro de la pluralidad de terminales (20) de entrada esta conectado con una unica fuente de CA, y en la que otro mas de la pluralidad de terminales (22) de entrada esta conectado con una unica fuente de CC.
3. La disposicion (10) de la reivindicacion 2, en la que hay una pluralidad de terminales (24, 26, 28) de salida, en la que uno de la pluralidad de terminales de salida esta conectado con una carga de CA, y en la que otro de la pluralidad de terminales de salida esta conectado con una carga de CC.
4. La disposicion (10) de la reivindicacion 1, en la que uno de los nodos (N1) de monitorizacion esta conectado con el al menos un terminal (18) de entrada, y otro de los nodos (N3) de monitorizacion esta conectado con el al menos un terminal (24) de salida.
5. La disposicion (10) de la reivindicacion 1, en la que cada celula (32, 34, 36) incluye un condensador (C1, C2, C3) para almacenar tension procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16) y para descargar tension almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3).
6. La disposicion (10) de la reivindicacion 1, en la que cada celula (32, 34, 36) incluye una combinacion paralela de una baterfa (B1, B2, B3) y de un condensador (C1, C2, C3) para almacenar tension procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16) y para descargar tension almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3).
7. La disposicion (10) de la reivindicacion 1, en la que cada conmutador (M1-M4) es un transistor que tiene uno de una puerta, una base y un disparador como la entrada (G1-G4) de control.
8. La disposicion (10) de la reivindicacion 2 y una pluralidad de diodos (D1, D2, D6, D7, D11, D12) para controlar la direccion de la corriente CC que fluye entre el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida.

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9. La disposicion (10) de la reivindicacion 1, en la que el controlador (30) accede a una memoria con datos correspondientes a las topologfas almacenadas de circuito, y recupera los datos en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas.
10. Un procedimiento para gestionar dinamicamente la energfa electrica entre al menos una fuente (12, 14, 16) de energfa electrica que suministra energfa electrica y al menos una carga electrica (R1, R2, R3) que consume energfa electrica, comprendiendo el procedimiento las etapas de:

conectar al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada a la al menos una fuente (12, 14, 16); conectar al menos un terminal (24, 26, 28) de salida a la al menos una carga (R1, R2, R3);

conectar una pluralidad de nodos (N1-N9) de monitorizacion a el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida;

conectar una pluralidad de celulas (32, 34, 36) de almacenamiento de energfa electrica entre el al menos un terminal (18, 20, 22) de entrada y el al menos un terminal (24, 26, 28) de salida, siendo capaz cada celula (32, 34, 36) de almacenar energfa procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16) y siendo capaz de descargar energfa a la al menos una carga (R1, R2, R3);

conectar una pluralidad de conmutadores controlables (M1-M4) con las celulas (32, 34, 36) y que tienen entradas (G1-G4) de control para permitir que cada conmutador sea conmutado entre estados de conmutacion;

monitorizar dinamicamente las condiciones operativas en los nodos de monitorizacion durante la operacion de la al menos una fuente (12, 14, 16) y la al menos una carga (R1, R2, R3);

controlar dinamicamente de forma selectiva los conmutadores (M1-M4) en las entradas (G1-G4) de control para interconectar las celulas (32, 34, 36) en distintas topologfas de circuito en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas;

permitir que cada celula en uno de los estados de conmutacion almacene la energfa procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16);

permitir que cada celula en el otro de los estados de conmutacion descargue la energfa almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3); e

implementar secuencialmente las distintas topologfas de circuito;

caracterizado por disponer una de las celulas (36) en una capa base, y disponer otra de las celulas (34) junto con al menos uno de los conmutadores (M3, M4) en una capa de conmutacion, y escalar un numero seleccionado de capas de conmutacion.
11. El procedimiento de la reivindicacion 10, y la conexion de uno de los nodos (N1) de monitorizacion con el al menos un terminal (18) de entrada, y la conexion de otro de los nodos (N3) de monitorizacion con el al menos un terminal (24) de salida.
12. El procedimiento de la reivindicacion 10 y la configuracion de cada celula (32, 34, 36) como un condensador para almacenar tension procedente de la al menos una fuente (12, 14, 16) y para descargar la tension almacenada a la al menos una carga (R1, R2, R3).
13. El procedimiento de la reivindicacion 10 y el acceso a una memoria con datos correspondientes a las topologfas almacenadas de circuito, y la recuperacion de los datos en respuesta a las condiciones operativas monitorizadas.