ES2832532T3 - Sistema de batería - Google Patents

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Jan Valentin Muenzel
Daniel Crowley
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Relectrify Holdings Pty Ltd
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Abstract

Módulo de circuito (102) para acoplar una pluralidad de celdas (104) de batería, donde el módulo de circuito (102) incluye un primer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (106a) y un terminal negativo (106b) para acoplarse a una primera celda (104a) de batería, un segundo conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (108a) y un terminal negativo (108b) para acoplarse a una segunda celda (104b) de batería, un tercer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (110a) y un terminal negativo (100b) para acoplarse a una tercera celda (104c) de batería, y un cuarto conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (112a) y un terminal negativo (112b) para acoplarse a una cuarta celda (104d) de batería, acoplándose el terminal positivo (106a) del primer conjunto de terminales al terminal negativo (108b) del segundo conjunto de terminales ya sea directamente o a través de uno o más componentes pasivos, acoplándose el terminal positivo (110a) del tercer conjunto de terminales al terminal negativo (112b) del cuarto conjunto de terminales ya sea directamente o a través de uno o más componentes pasivos, estando el terminal negativo (106b) del primer conjunto de terminales, el terminal positivo (108a) del segundo conjunto de terminales, al menos uno de los terminales del tercer conjunto de terminales (110a, 110b) y al menos uno de los terminales del cuarto conjunto de terminales (112a, 112b), cada uno acoplado a una unidad de conmutación, y donde las unidades de conmutación están configuradas operativamente para conectar o desconectar selectivamente cada una de las celdas (104) de batería, incluyendo cada unidad de conmutación uno o más dispositivos interruptores (122), siendo cada dispositivo interruptor (122) operable en un estado conductor y un estado no conductor, caracterizado porque las unidades de conmutación están configuradas operativamente para permitir el funcionamiento selectivo en una pluralidad de estados en los que dos o más celdas (104) de batería están conectadas en serie, donde cada estado incluye un ciclo de carga y un ciclo de descarga de las celdas (104) de batería conectadas en serie, donde la pluralidad de estados incluyen un primer estado en el que la primera celda (104a) de batería y la segunda celda (104b) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la tercera celda (104c) de batería está desconectada, un segundo estado en el que la primera celda (104a) de batería y la tercera celda (104c) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la segunda celda (104b) de batería está desconectada, un tercer estado en el que la segunda celda (104b) de batería y la tercera celda (104c) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la primera celda (104a) de batería está desconectada, un cuarto estado en el que la primera celda (104a) de batería, la segunda celda (104b) de batería y la cuarta celda (104a) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la tercera celda (104c) de batería está desconectada, y un quinto estado en el que la primera celda (104a) de batería, la segunda celda (104b) de batería, la tercera celda (104c) de batería y la cuarta celda (104d) de batería están conectadas eléctricamente en serie, y en donde la primera celda (104a) de batería, la segunda celda (104b) de batería, la tercera celda (104c) de batería y la cuarta celda (104d) de batería se colocan adyacentes entre sí de modo que el quinto estado se obtiene a través de un camino de conexión que tiene una cantidad mínima de dispositivos interruptores conductores en el módulo de circuito (102), y donde cuando la segunda celda (104b) de batería y la tercera celda (104c) de batería están conectadas en serie, un camino de conexión en serie entre la segunda celda (104b) de batería y la tercera celda (104c) de batería incluye un máximo de dos dispositivos interruptores que funcionan en el estado conductor.

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de batería
Sector técnico de la invención
[0001] La invención descrita en la presente memoria se refiere, en general, a sistemas de almacenamiento de energía tales como sistemas de batería.
Antecedentes de la invención
[0002] Los sistemas de almacenamiento de energía para aplicaciones tales como vehículos completamente eléctricos, vehículos eléctricos híbridos y almacenamiento de energía en estacionamientos en aplicaciones con o sin conexión a la red de distribución eléctrica suelen incluir una disposición de varias celdas de almacenamiento de energía. Cada celda está limitada por su mecanismo y diseño funcional para proporcionar una tensión de salida dentro de un cierto intervalo dependiendo de su estado de carga y condiciones de funcionamiento. Cada celda también está limitada por su mecanismo y diseño funcional para proporcionar una cierta capacidad de almacenamiento de carga máxima, dependiendo de las condiciones de funcionamiento. Conectar eléctricamente las celdas en serie aumenta la tensión de salida máxima alcanzable, disminuyendo así la magnitud de la corriente requerida para suministrar una potencia de salida dada. Esto aumenta la eficiencia del sistema a medida que aumentan las pérdidas óhmicas con la magnitud de corriente. La conexión eléctrica de las celdas en paralelo aumenta la capacidad de almacenamiento máxima alcanzable para una capacidad de celda dada.
[0003] Las celdas individuales inevitablemente muestran algunas diferencias en términos de capacidad de almacenamiento de carga, resistencia interna y otros factores relacionados con el rendimiento. Incluso antes de empezar su vida útil, las celdas inevitablemente tienen diferencias producidas por tolerancias de fabricación que permiten ciertas variaciones en las celdas durante la fabricación, incluso con los procesos de fabricación más avanzados. A lo largo de la vida útil, las variaciones en las condiciones o en los perfiles de degradación del rendimiento de las celdas contribuyen aún más a estas diferencias. En aplicaciones en las que las celdas usadas se reciclan para su reutilización, las celdas pueden llevar asociadas notables diferencias de rendimiento, particularmente si las celdas han estado expuestas a diferentes perfiles de uso. El uso de celdas con diferentes especificaciones también puede contribuir a las diferencias de las celdas.
[0004] En los sistemas de almacenamiento de energía que incluyen varias unidades de almacenamiento de energía, estas diferencias entre celdas pueden afectar la forma en que se gestiona y aplica el sistema de almacenamiento de energía en general. En las celdas que están conectadas eléctricamente en paralelo, las celdas de menor rendimiento contribuyen o aceptan una corriente más baja durante un proceso de carga o descarga, respectivamente. Esto conduce a celdas de mayor rendimiento que contribuyen a una corriente más alta, o la aceptan, durante un proceso de carga o descarga, respectivamente. Dichos aumentos de tasas pueden disminuir la eficiencia del sistema, aumentar la degradación de la celda y potencialmente presentar riesgos de seguridad. Por lo tanto, suele ser necesario restringir todo el sistema a un nivel de entrada o salida de energía más bajo. En las celdas que están conectadas eléctricamente en serie, las celdas de menor capacidad de carga contribuyen a una carga más baja, o la aceptan, durante un proceso de carga o descarga, respectivamente. Debido a la disposición en serie, las celdas de mayor capacidad de carga están limitadas a contribuir solo con una cantidad de carga igual que la celda de capacidad de carga más baja. Esto significa que la celda con la capacidad de carga más baja limita la capacidad de almacenamiento de carga de todo el sistema de almacenamiento de energía.
[0005] Los sistemas de gestión de baterías convencionales suelen usar resistencias conmutadas para disipar el exceso de energía de las celdas con mayor carga, o condensadores conmutados o inductores conmutados para transferir energía desde las celdas con mayor carga a las celdas con menor carga. El papel principal de estos sistemas es ecualizar las diferencias del estado de carga de las celdas conectadas en serie en un momento determinado de los ciclos de carga y descarga, por ejemplo al final de la carga. La ecualización del estado de carga en un momento específico del ciclo garantiza que la celda de menor capacidad en una disposición en serie pueda ser completamente utilizada. Sin embargo, no permite que las celdas de mayor capacidad aporten más energía a la salida.
[0006] Por ejemplo, supongamos que dos celdas de batería completamente cargadas conectadas en una disposición en serie tengan capacidades para 1Ah y 10Ah, respectivamente. Si este sistema se descarga a una tasa de 1A, entonces, suponiendo que no haya ecualización durante la descarga, todo el sistema tiene un tiempo de descarga de una hora durante el cual proporcionará 2Ah lo que corresponde a 1Ah de la celda de menor capacidad y 1Ah de la celda de mayor capacidad.
[0007] Para superar las limitaciones planteadas por la celda de menor capacidad en un sistema de almacenamiento de energía que comprende varias unidades de celda conectadas en serie, se requiere un enfoque más avanzado. Los sistemas de compensación de los condensadores conmutados o inductores conmutados se pueden operar para transferir energía de forma continua, por ejemplo, transfiriendo energía de las celdas de mayor capacidad de carga a las celdas de menor capacidad de carga a lo largo de parte o todo el proceso de descarga. Sin embargo, los caminos y los componentes eléctricos utilizados para ecualizar las celdas se suelen ajustar a rendimientos de energía que son solo una fracción del amperaje de servicio de todo el sistema de almacenamiento de energía. Como tales, los sistemas normalmente solo pueden contar con una fracción de la diferencia entre las celdas.
[0008] Por ejemplo, supongamos que dos celdas de batería completamente cargadas conectadas en una disposición en serie tienen capacidades para 1Ah y 10Ah, respectivamente. Si este sistema se descarga a una tasa de 1A y además transfiere energía de la celda con carga inferior a la celda con carga superior a una tasa de 0,1A, entonces después de una hora, el sistema ha proporcionado una capacidad de 2Ah. En este momento, debido a la transferencia de energía, la celda de menor capacidad de carga todavía tiene 0,1Ah y la celda de mayor capacidad de carga todavía tiene 8,9Ah, lo que permite que la descarga continúe durante aproximadamente 0,1 horas más y dé como resultado una capacidad completa del sistema de almacenamiento de energía que es aproximadamente 0,2Ah más grande que sin ningún sistema de ecualización. El tiempo de descarga y la energía adicional que se puede mantener desde las celdas de mayor capacidad de carga aumentan con el amperaje de servicio del sistema de ecualización, lo que puede aumentar los requisitos de coste y espacio, entre otros factores. Esto lleva a que tales enfoques de gestión de baterías sean predominantemente útiles para sistemas de almacenamiento de energía con diferencias relativamente pequeñas solamente, tales como sistemas de almacenamiento de energía basados en celdas no utilizadas previamente con las mismas especificaciones. Además, el uso de condensadores conmutados o inductores conmutados requiere que la energía se transfiera a través de dispositivos de almacenamiento intermedios tales como condensadores o inductores, respectivamente, que pueden llevar asociadas pérdidas que afectan negativamente la eficiencia total del sistema de almacenamiento de energía.
[0009] Otro método para abordar las limitaciones planteadas por las diferencias entre las unidades de celda que están conectadas en serie es utilizar convertidores de tensión. Normalmente, cada celda se conecta a un convertidor de tensión, y los convertidores de tensión se conectan en paralelo, lo que conduce a un acoplamiento en el lado de corriente continua. Esto se puede hacer directamente o a través de un convertidor de tensión adicional conectado a un inversor. Otra opción es conectar cada celda a un convertidor de tensión, y conectar cada convertidor de tensión a un inversor y conectar los inversores en paralelo de manera que la energía de las celdas esté conectada en el lado de corriente alterna. Otra opción es utilizar convertidores de tensión con la salida conectada en serie. Las desventajas de usar convertidores de tensión incluyen el coste considerable de los componentes de los convertidores, algunas limitaciones posibles en la controlabilidad de la carga y descarga de las celdas dependiendo del tipo y disposición del controlador, y la eficiencia limitada de los convertidores de tensión, en parte debido a las pérdidas de energía en los elementos de almacenamiento utilizados para la conversión de tensión, tales como inductores y/o condensadores.
[0010] La solicitud de patente internacional WO2014/012794 divulga un sistema de batería que tiene celdas de batería que se pueden conectar o desconectar selectivamente del sistema de batería. El sistema de batería comprende al menos una cadena de módulos de batería. La cadena de módulos de batería tiene al menos un módulo de batería que tiene dos terminales de módulo de batería, y un primer grupo de celdas de batería y un segundo grupo de celdas de batería. Cada grupo de celdas de batería comprende al menos una celda de batería y una primera unidad de acoplamiento. La primera unidad de acoplamiento comprende al menos dos diodos y cuatro elementos de conmutación. Alternativamente, la primera unidad de acoplamiento comprende al menos seis elementos de conmutación.
[0011] La solicitud de patente US2009/128158 divulga un dispositivo de detección de tensión para corregir con precisión errores de detección con tensión mayor que una tensión de referencia interna. El dispositivo incluye un primer grupo interruptor de interruptores para obtener la tensión a través de un bloque de baterías en un grupo de baterías. Una unidad de carga y descarga tiene dos o más condensadores conectados en serie o en paralelo. Un detector de tensión detecta la tensión de descarga de los condensadores. En un primer período, los condensadores están conectados en serie y cargados con la tensión del bloque de baterías. En un segundo período, los condensadores cargados en el primer período están conectados en serie y descargados, y el detector de tensión detecta la tensión de descarga. En un tercer período, los condensadores están conectados en paralelo y cada condensador está cargado con una tensión de referencia interna. En el cuarto periodo, los condensadores cargados en el tercer periodo están conectados en serie y descargados, y el error de detección se corrige utilizando la tensión de descarga como referencia.
[0012] El documento US 6.140.799 describe un sistema para obtener una salida de tensión variable de una unidad de bancos de baterías e interruptores. Los bancos de baterías comprenden una pluralidad de celdas individuales que están conectadas en serie para que el primer banco tenga una celda, y cada banco subsiguiente tenga el doble del número de celdas que el banco anterior. Una pluralidad correspondiente de interruptores de estado mecánico o sólido está interconectada con la serie de baterías de modo que la tensión de salida puede variar en incrementos iguales a la tensión de una celda. La tensión de salida varía de cero a un máximo correspondiente a la suma de las tensiones de todos los bancos de baterías en serie.
[0013] Los interruptores también se pueden usar para conectar o derivar (es decir, desconectar) las celdas. Al desconectar las celdas de menor rendimiento, se puede desbloquear la capacidad de carga y descarga adicional de las otras celdas. Algunas desventajas de los sistemas de corriente que utilizan este enfoque son que, para cada celda conectada en serie, se coloca un interruptor adicional en cualquier camino de la corriente, lo que contribuye a una resistencia en conducción y una pérdida de energía asociada.
[0014] Un objetivo de la invención es proporcionar un sistema de batería que supere o mejore una o más de las desventajas o problemas descritos anteriormente, o que al menos proporcione al consumidor una opción útil.
Breve descripción de la invención
[0015] Según un aspecto de la invención, se proporciona un módulo de circuito para acoplar una pluralidad de unidades de celda de batería, incluyendo el módulo de circuito
un primer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo y un terminal negativo para acoplarse a una primera celda de batería,
un segundo conjunto de terminales que tiene un terminal positivo y un terminal negativo para acoplarse a una segunda celda de batería, y
un tercer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo y un terminal negativo para acoplarse a una tercera celda de batería
acoplándose el terminal positivo del primer conjunto de terminales al terminal negativo del segundo conjunto de terminales ya sea directamente o a través de uno o más componentes pasivos, y
estando el terminal negativo del primer conjunto de terminales, el terminal positivo del segundo conjunto de terminales y al menos uno de los terminales del tercer conjunto de terminales, cada uno acoplado a una unidad de conmutación,
donde la unidad de conmutación está configurada operativamente para conectar o desconectar selectivamente cada una de las unidades de celda de batería, y
donde la unidad de conmutación está configurada operativamente para permitir selectivamente
el funcionamiento en un primer estado en el que la primera celda de batería y la segunda celda de batería están conectadas eléctricamente en serie y la tercera celda de batería está desconectada,
el funcionamiento en un segundo estado en el que la primera celda de batería y la tercera celda de batería están conectadas eléctricamente en serie y la segunda celda de batería está desconectada, y
el funcionamiento en un tercer estado en el que la segunda celda de batería y la tercera celda de batería están conectadas eléctricamente en serie y la primera celda de batería está desconectada.
[0016] Por lo tanto, el terminal positivo del primer conjunto de terminales puede acoplarse directamente al terminal negativo del segundo conjunto de terminales, o el terminal positivo del primer conjunto de terminales puede acoplarse al terminal negativo del segundo conjunto de terminales a través de uno o más componentes pasivos tales como conductores, fusibles, resistencias, inductores o cualquier otro componente similar. En la presente memoria descriptiva, los componentes pasivos se refieren a cualquier componente de la circuitería tal como conductores, fusibles, resistencias, inductores o cualquier otro similar que funcione de manera no conmutable
[0017] En la práctica, disponer el circuito de tal manera que el terminal positivo del primer conjunto de terminales esté acoplado directamente o acoplado a través de componentes pasivos al terminal negativo del segundo conjunto de terminales puede permitir ventajosamente que todas las unidades de conmutación se ubiquen en un solo lado del módulo de circuito, simplificando así en gran medida la configuración del módulo de circuito. En un sistema de batería que incorpore dicho módulo de circuito, esto permite que todos los componentes de la circuitería (por ejemplo, placas de circuito impreso PCB y similares que lleven las unidades de conmutación) se ubiquen en un solo lado de los conjuntos de terminales (por ejemplo, un solo lado de las celdas de batería una vez acopladas al módulo de circuito). De esta manera, el número total de componentes del circuito se puede minimizar y la disposición o configuración de los componentes del circuito se puede simplificar, reduciendo así la impedancia y las pérdidas en el sistema de batería general, y también reduciendo el tiempo y los costes de fabricación. Además, se puede minimizar el peso total y el tamaño del sistema de batería. Esto puede ser ventajoso particularmente en aplicaciones en las que se aplican restricciones de espacio y peso.
[0018] En una forma de realización, en cualquier estado de conmutación de las unidades de conmutación, como máximo se cierra un interruptor en un camino de la corriente entre celdas de batería adyacentes durante el funcionamiento del módulo de circuito.
[0019] En una forma de realización, cuando todas las celdas de batería están conectadas al módulo de circuito, como máximo se cierra un interruptor en un camino de la corriente entre celdas de batería adyacentes.
[0020] En una forma de realización, en cualquier estado de conmutación de las unidades de conmutación, la relación de interruptores cerrados a celdas de batería es inferior a uno durante el funcionamiento del módulo de circuito.
[0021] En una forma de realización, cuando todas las celdas de batería están conectadas al módulo de circuito, la relación de interruptores cerrados a celdas de batería es menor que uno.
[0022] Reducir el número de interruptores cerrados en el camino de la corriente entre celdas de batería activas reduce ventajosamente las pérdidas debido a la resistencia de conmutación, mejorando así el rendimiento general del sistema de batería.
[0023] Cada unidad de conmutación puede incluir un primer interruptor para conectar una celda de batería asociada, y un segundo interruptor para desconectar la celda de batería asociada.
[0024] En una primera realización, para el primer conjunto de terminales, el primer interruptor de la unidad de conmutación asociada se acopla al terminal negativo del primer conjunto de terminales en un lado, y el segundo interruptor en un segundo lado; y el segundo interruptor de la unidad de conmutación asociada se acopla al primer interruptor en un lado, y el terminal positivo del primer conjunto de terminales en un segundo lado. En esta forma de realización, para el segundo conjunto de terminales, el primer interruptor de la unidad de conmutación asociada se acopla al terminal positivo del segundo conjunto de terminales en un lado, y el segundo interruptor en un segundo lado; y el segundo interruptor de la unidad de conmutación asociada se acopla al primer interruptor en un lado, y el terminal negativo del segundo conjunto de terminales en un segundo lado.
[0025] El primer y segundo conjunto de terminales junto con sus unidades de conmutación asociadas pueden formar una unidad del módulo de circuito. El módulo de circuito puede incluir una pluralidad de unidades acopladas entre sí.
[0026] Se puede utilizar cualquier dispositivo de conmutación adecuado. En algunas formas de realización, las unidades de conmutación pueden incluir uno o más relés electromecánicos. Las unidades de conmutación pueden incluir uno o más transistores.
[0027] Según otro aspecto de la invención, se proporciona un sistema de batería que incluye
un módulo de circuito como se describió anteriormente, y
una pluralidad de celdas de batería acopladas al módulo de circuito.
[0028] En una forma de realización, las celdas de batería son celdas de baterías usadas. En particular, las celdas de batería pueden utilizarse como baterías para vehículos eléctricos híbridos o totalmente eléctricos.
[0029] En una aplicación, el módulo de circuito puede utilizarse para reutilizar baterías de vehículo usadas. En particular, las baterías de vehículo usadas pueden acoplarse en serie en el módulo de circuito para proporcionar un sistema de batería para el almacenamiento de energía eléctrica. El sistema de batería puede proporcionar almacenamiento de energía eléctrica para uso residencial o comercial.
[0030] El sistema de batería puede incluir además un soporte de batería configurado para permitir que una o más celdas de batería se monten para acoplarse al módulo de circuito, donde todas las unidades de conmutación del módulo de circuito se ubican en un lado del soporte de batería.
[0031] El soporte de batería puede configurarse para permitir que una o más celdas de batería se adapten al sistema de batería en cualquier momento durante su vida útil. Esto permite ventajosamente añadir, retirar y/o sustituir cómodamente celdas de batería.
[0032] El sistema de batería puede incluir además un controlador para controlar las unidades de conmutación del módulo de circuito. El controlador puede controlar las unidades de conmutación en función del comportamiento de carga y descarga de las celdas de batería. Más concretamente, el controlador puede determinar el comportamiento de carga y descarga de cada celda de batería en función de la tensión, corriente y/o temperatura de la celda de batería durante la carga y/o descarga.
[0033] En una forma de realización, el controlador puede
comparar una tensión, corriente y/o temperatura medidas de una celda de batería con intervalos de tensión, corriente y/o temperatura predeterminados y/o una tensión, corriente y/o temperatura medidas de una segunda celda de batería,
determinar las celdas de batería que conectar y/o desconectar, y
controlar las unidades de conmutación para conectar o desconectar cada celda de batería.
[0034] Además, el controlador puede operar las unidades de conmutación a alta frecuencia. En algunas formas de realización, la pluralidad de celdas de batería puede comprender una combinación de celdas de batería individuales y bloques de celdas conectadas en paralelo. En esta memoria descriptiva, los términos "celda de batería" o "celda" pueden referirse a una celda de batería individual o un bloque de celdas conectadas en paralelo, y se aplica el mismo razonamiento a las variaciones de esos términos como los plurales. También puede referirse a un bloque de celdas conectadas en paralelo en el que uno o más componentes del circuito tales como fusibles, resistencias o inductores están conectados en serie y/o en paralelo con celdas individuales.
[0035] Las celdas de batería pueden ser cualquier elemento de almacenamiento de energía adecuado incluidos, por ejemplo, supercondensadores y similares.
[0036] Según otro aspecto de la invención, se proporciona un módulo de circuito para acoplar una pluralidad de celdas de batería, incluyendo el módulo de circuito un primer submódulo y un segundo submódulo, incluyendo cada submódulo
un primer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo y un terminal negativo para acoplarse a una primera celda de batería, y
un segundo conjunto de terminales que tiene un terminal positivo y un terminal negativo para acoplarse a una segunda celda de batería,
acoplándose el terminal positivo del primer conjunto de terminales al terminal negativo del segundo conjunto de terminales ya sea directamente o a través de uno o más componentes pasivos, y
estando el terminal negativo del primer conjunto de terminales y el terminal positivo del segundo conjunto de terminales cada uno acoplado a una unidad de conmutación,
donde las unidades de conmutación pueden configurarse operativamente para conectar o desconectar selectivamente cualquiera de una o más de las celdas de batería, y
donde las unidades de conmutación están configuradas operativamente para permitir selectivamente
el funcionamiento en un primer estado en el que la primera celda de batería del primer submódulo y la segunda celda de batería del primer submódulo están conectadas eléctricamente en serie y la primera celda de batería del segundo submódulo está desconectada,
el funcionamiento en un segundo estado en el que la primera celda de batería del primer submódulo y la primera celda de batería del segundo submódulo están conectadas eléctricamente en serie y la segunda celda de batería del primer submódulo está desconectada, y
el funcionamiento en un tercer estado en el que la segunda celda de batería del primer submódulo y la tercera celda de batería del segundo submódulo están conectadas eléctricamente en serie y la primera celda de batería del primer submódulo está desconectada.
[0037] Las unidades de conmutación pueden configurarse operativamente para conectar o desconectar selectivamente una o más de las celdas de batería para variar una salida de tensión total de la pluralidad de celdas de batería.
[0038] En esta memoria descriptiva, el término "interruptor" se refiere a uno o una pluralidad de elementos de circuito que se pueden controlar de una manera que cambie el camino del flujo de corriente. En algunas formas de realización, un interruptor comprende uno o una pluralidad de relés electromecánicos. En algunas otras formas de realización, un interruptor comprende uno o varios transistores.
[0039] Para que la invención pueda entenderse y ponerse en práctica con mayor facilidad, se describirán a continuación una o más formas de realización preferidas de la misma, solo a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
[0040]
La Figura 1 es un diagrama de circuito de un sistema de batería según una forma de realización de la invención. La Figura 2 es un diagrama de circuito de un sistema de batería según otra forma de realización de la invención. La Figura 3 es un diagrama de circuito de un sistema de batería según otra forma de realización de la invención. La Figura 4 es una vista en perspectiva de un alojamiento de un sistema de batería según una forma de realización de la invención.
La Figura 5 es una vista en perspectiva de un grupo de baterías de un sistema de batería según una forma de realización de la invención.
La Figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un método para controlar las unidades de conmutación de un sistema de batería según una forma de realización de la invención.
Descripción detallada de la(s) forma(s) de realización preferida(s)
[0041] En la Figura 1 se muestra un sistema de batería 100 según una forma de realización de la invención. El sistema de batería 100 incluye un módulo de circuito 102 para acoplarlo a una pluralidad de celdas 104 de batería. A modo de ejemplo, el sistema de batería 100 incluye seis celdas 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104e, 104f de batería. Sin embargo, se puede utilizar cualquier cantidad adecuada de celdas 104 de batería en el sistema de batería 100. El sistema de batería 100 incluye terminales 101 y 103 de los grupos de baterías para proporcionar energía eléctrica a una carga externa o recibir energía eléctrica de un suministro externo (no se muestra).
[0042] El módulo de circuito 102 incluye seis conjuntos de terminales 106 - 116 para acoplarlos con las celdas 104 de batería, teniendo cada conjunto de terminales un terminal positivo 106a, 108a, 110a, 112a, 114a, 116a, y un terminal negativo correspondiente 106b, 108b, 110b, 112b, 114b, 116b. Cada conjunto de terminales 106 -116 está configurado para acoplarlo a una celda 104 de batería (denominada en la presente memoria celda 104 de batería asociada). Sin embargo, un experto en la materia entendería que cualquier número de terminales y celdas de batería puede utilizarse en el sistema de baterías 100 o cualquiera de los sistemas de baterías descritos en la presente memoria sin apartarse del alcance de la invención.
[0043] En el sistema de batería 100, los componentes del módulo de circuito 102 están dispuestos de tal manera que un terminal positivo de un conjunto de terminales 106a, 110a, 114a se acopla directamente al terminal negativo de un conjunto adyacente de terminales 108b, 118b, 116b por un conductor 118a -118c.
[0044] El terminal negativo 106b de un primer conjunto de terminales 106 se acopla a una unidad de conmutación 120a. La unidad de conmutación 120a incluye un primer interruptor 122 para conectar la celda 104a de batería al módulo de circuito 102 cuando está cerrado, y un segundo interruptor 124 para desconectar la celda 104a de batería cuando está cerrado. Más particularmente, la celda 104a de batería está activa o conectada al módulo de circuito 102 cuando el primer interruptor 122 está cerrado y el segundo interruptor 124 está abierto, y la celda 104a de batería está inactiva o desconectada del módulo de circuito 102 cuando el primer interruptor 122 está abierto y el segundo interruptor 124 está cerrado.
[0045] De forma similar, el terminal positivo 108a de un segundo conjunto de terminales 108 se acopla a una segunda unidad de conmutación 120b. La unidad de conmutación 120b incluye un primer interruptor 126 para conectar la celda 104b de batería al módulo de circuito 102 cuando está cerrado, y un segundo interruptor 128 para desconectar la celda 104b de batería cuando está cerrado. Más particularmente, la celda 104b de batería está conectada al módulo de circuito 102 cuando el primer interruptor 126 está cerrado y el segundo interruptor 128 está abierto, y la celda 104b de batería está desconectada del módulo de circuito 102 cuando el primer interruptor 126 está abierto y el segundo interruptor 128 está cerrado.
[0046] En consecuencia, la corriente que fluye a través de la celda 1074a de batería se controla a través de los interruptores 122, 124. Si el interruptor 122 está cerrado y el interruptor 124 está abierto, entonces cualquier corriente que fluya entre los terminales 101, 103 de los grupos de baterías fluye a través del interruptor 122 y la celda 104a de batería. Si el interruptor 122 está abierto y el interruptor 124 está cerrado, entonces cualquier corriente que fluya entre los terminales 101, 103 de los grupos de baterías pasa a través del interruptor 124, pero no pasa a través de la celda 104a de batería. Otras celdas 104b - 104f de batería se controlan de manera similar a través de sus unidades de conmutación asociadas.
[0047] La disposición del circuito que incluye los dos conjuntos de terminales 106, 108 y las unidades de conmutación 120a, 120b asociadas respectivamente forma un único bloque 131a de unidades de circuito del sistema de batería 100. El sistema de batería 100 incluye otros dos bloques 131b, 131c de unidades de circuitos que se disponen de la misma manera que el bloque de unidades 131a. Las tres unidades de circuito 131a, 131b, 131c se acoplan entre sí para formar el sistema general 100. Sin embargo, se entiende que el sistema 100 puede incluir cualquier cantidad adecuada de bloques de unidades 131 para cumplir con los requisitos de almacenamiento de energía de la aplicación específica en cuestión.
[0048] Como se describe, el terminal positivo 106a para la celda 104a de batería se conecta directamente al terminal negativo 108b para la celda 104b de batería. La disposición del circuito de esta manera permite que los interruptores 122, 124, 126, 128 se ubiquen en proximidad física cercana en un lado de las celdas 104a, 104b de batería sin la necesidad de extender la longitud del camino de la corriente entre las celdas 104 de batería y los interruptores 122, 124, 126, 128. Esto ventajosamente supone una reducción en los costes de fabricación, disminuye los requisitos de espacio y evita resistencia adicional, y por lo tanto pérdidas de energía causadas por el aumento de la longitud del camino de la corriente.
[0049] Sin embargo, en el sistema de batería 100, para conectar el terminal positivo 106a para la celda 104a de batería al terminal negativo 112b de 104d a través de las celdas 104b y 104c de batería, la corriente pasa a través de dos interruptores 126, 130. En esta forma de realización, si las seis celdas 104a - 104f de batería deben transportar corriente, entonces la corriente también debe pasar a través de los interruptores 122, 126, 130, 134, 138 y 142. Esto corresponde a la corriente que pasa a través de un interruptor por celda, cada uno de los cuales tiene una resistencia en conducción y pérdida de energía asociada.
[0050] El sistema de batería 200 como se muestra en la Figura 2 reduce adicionalmente la resistencia en conducción y las pérdidas de energía asociadas del sistema de batería cuando todas las celdas de batería 204 están conectadas al módulo de circuito 202 al reducir el número total de interruptores cerrados en el camino de la corriente en este estado de conmutación como se explica con mayor detalle a continuación.
[0051] El sistema de batería 200 incluye el módulo de circuito 202 configurado para recibir seis celdas 204a - 204f de batería acopladas a él. Sin embargo, se puede utilizar cualquier cantidad adecuada de celdas 204 de batería en el sistema de batería 200. El sistema de batería 100 incluye terminales 201 y 203 de los grupos de baterías para proporcionar energía eléctrica a una carga externa o recibir energía eléctrica de un suministro externo (no se muestra).
[0052] El módulo de circuito 202 incluye seis conjuntos de terminales 206 - 216 para acoplarlos con las celdas 204 de batería, teniendo cada conjunto de terminales un terminal positivo 206a, 208a, 210a, 212a, 214a, 216a, y un terminal negativo correspondiente 206b, 208b, 210b, 212b, 214b, 216b. Cada conjunto de terminales 206 - 216 está configurado para acoplarlo a una celda 204 de batería.
[0053] En el sistema de batería 200, los componentes del módulo de circuito 202 también están dispuestos de tal manera que un terminal positivo de un conjunto de terminales 206a, 210a, 214a se acopla directamente al terminal negativo de un conjunto adyacente de terminales 208b, 212b, 216b por un conductor 218a -218c.
[0054] El terminal negativo 206b de un primer conjunto de terminales 206 se acopla a una unidad de conmutación 220a. La unidad de conmutación 220a incluye un primer interruptor 222 para conectar la celda 204a de batería al módulo de circuito 202 cuando está cerrado, y un segundo interruptor 224 para desconectar la celda 204a de batería cuando está cerrado. Más particularmente, la celda 204b de batería está conectada al módulo de circuito 202 cuando el primer interruptor 222 está cerrado y el segundo interruptor 224 está abierto, y la celda 204a de batería está desconectada del módulo de circuito 202 cuando el primer interruptor 222 está abierto y el segundo interruptor 224 está cerrado. La disposición del circuito que incluye el conjunto de terminales 206a, 206b y la unidad de conmutación 220a forma un primer bloque 231a de unidades de circuito de extremo.
[0055] De manera similar, en un extremo opuesto del módulo de circuito 202, el terminal positivo 216a del conjunto de terminales 216 se acopla a la unidad de conmutación 220b. De una manera similar a la unidad de conmutación 220a, la unidad de conmutación 220b incluye un primer interruptor 242 para conectar la celda 204f de batería al módulo de circuito 202 cuando está cerrado, y un segundo interruptor 244 para desconectar la celda 204f de batería cuando está cerrado. La disposición del circuito que incluye el conjunto de terminales 216a, 216b y la unidad de conmutación 220b forma un segundo bloque 231d de unidades de circuito de extremo.
[0056] Otros dos bloques 231b, 231c de unidades de circuito se acoplan entre los bloques 231a, 231d de unidades de extremo. Para el bloque 231b de unidades, el terminal positivo 208a para la celda 204b de batería y el terminal negativo 210b para la celda 204c de batería se acoplan a una unidad de conmutación que comprende interruptores 226, 228, 230, 232. En particular, el terminal positivo 208a para la celda 204b está conectado a un lado de los interruptores 226 y 228; el terminal negativo 208b está conectado a un lado de los interruptores 230 y 232; el terminal negativo 210b para la celda 204c está conectado al otro lado de los interruptores 226 y 230; y el terminal positivo 210a está conectado al otro lado de los interruptores 228 y 232. Las celdas 204b y 204c de batería pueden conectarse y/o desconectarse cada una según los estados de conmutación para los interruptores 226 - 232 como se muestra en la tabla a continuación.
Figure imgf000008_0001
[0057] Las celdas 204b y 204c de batería están conectadas al módulo de circuito 202 cuando el interruptor 226 está cerrado y los interruptores 228, 230 y 232 están abiertos; la celda 204b está conectada y la celda 204c está desconectada del módulo de circuito 202 cuando el interruptor 228 está cerrado y los interruptores 226, 230 y 232 están abiertos; la celda 204b está desconectada y la celda 204c está conectada al módulo de circuito 202 cuando el interruptor 230 está cerrado y los interruptores 226, 228 y 232 están abiertos; y las celdas 204b y 204c están desconectadas del módulo de circuito 202 cuando el interruptor 232 está cerrado y los interruptores 226, 228 y 230 están abiertos. El bloque 231c de unidades de circuito funciona de la misma manera que los bloques 231b de unidades de circuito.
[0058] Para reducir el número total de celdas 204 en el sistema de batería 200, uno o más bloques intermedios 231b, 231c de unidades de circuito se pueden retirar o añadir al circuito entre los bloques 231a, 231b de unidades de extremo.
[0059] En el sistema de batería 200, los interruptores 222 - 244 están dispuestos de tal manera que durante al menos un estado de conmutación, una celda 204 de batería puede acoplarse a una celda adyacente 204 de batería con, como máximo, un interruptor cerrado en el camino de la corriente que conecta las dos celdas adyacentes 204 de batería. Además, el sistema 200 permite que una celda de batería se acople a una celda 204 adyacente o no adyacente con, como máximo, un interruptor cerrado en el camino de la corriente. Por ejemplo, la celda 204a de batería puede acoplarse a la celda 204b de batería adyacente a través del conductor 218a y sin interruptores; la celda 204a de batería puede acoplarse directamente a la celda 204c de batería no adyacente a través de conductores y un solo interruptor 230 cerrado; la celda 204a de batería puede acoplarse directamente a la celda 204d de batería no adyacente a través de conductores y un solo interruptor 232 cerrado. Esta configuración de los componentes del circuito reduce ventajosamente la cantidad total de interruptores en el camino de la corriente durante el funcionamiento para reducir así las pérdidas de energía óhmica producidas por la resistencia en conducción de los interruptores y aumentar la eficiencia energética de todo el sistema de batería 200.
[0060] En consecuencia, para conectar el terminal positivo 206a para la celda 204a de batería al terminal negativo 212b de la celda 204d de batería conectando al mismo tiempo las celdas 204b y 204c de batería intermedias, solo es necesario que la corriente pase a través de un solo interruptor 226. En este sistema de batería 200, cuando las seis celdas de batería 204a - 204f deben llevar corriente, solo cuatro interruptores 222, 226, 234 y 242 están cerrados y todos los demás interruptores están abiertos. En este estado de conmutación, como la corriente solo fluye a través de cuatro interruptores 222, 226, 234 y 242, se obtiene una relación de interruptor a celda de batería activa de menos de uno. Por lo tanto, el sistema de batería 200 disminuye la pérdida de energía asociada a los interruptores.
[0061] De manera similar a la Figura 1, el sistema 200 de la Figura 2 también puede tener una pluralidad de interruptores para ubicarlos muy cerca uno del otro y en un solo lado de las celdas 204 de batería, lo que en la práctica puede disminuir tanto el coste de fabricación como las limitaciones de espacio.
[0062] En la Figura 3 se proporciona un sistema de batería 300, cuyas partes se pueden repetir para formar un sistema de batería más grande (no se muestra). El sistema de batería 300 incluye el módulo de circuito 302 configurado para recibir cuatro celdas 304a - 304d de batería acopladas a él.
[0063] El módulo de circuito 302 incluye cuatro conjuntos de terminales 306 - 312 para acoplarlos con las celdas 304 de batería, teniendo cada conjunto de terminales un terminal positivo, 306a, 308a, 310a, 312a, y un terminal negativo correspondiente, 306b, 308b, 310b, 312b. Cada conjunto de terminales 306 - 312 está configurado para acoplarlo a una celda 304 de batería.
[0064] En el sistema de batería 300, los componentes del módulo de circuito 302 también están dispuestos de tal manera que un terminal positivo de un conjunto 308a, 312a se acopla directamente al terminal negativo de un conjunto adyacente de terminales 306b, 310b por un conductor 318a, 318b.
[0065] El terminal positivo 306a de un primer conjunto de terminales 306 se acopla a una unidad de conmutación que comprende los interruptores 322,326. La celda 204b de batería está conectada al módulo de circuito 302 cuando el interruptor 322 está cerrado y el interruptor 324 está abierto, y la celda 304a de batería está desconectada del módulo de circuito 302 cuando el interruptor 322 está abierto y el interruptor 324 está cerrado.
[0066] De forma similar, el terminal negativo 108a de un segundo conjunto de terminales 308 se acopla a una segunda unidad de conmutación que comprende los interruptores 328, 330. La celda 304b de batería está conectada al módulo de circuito 302 cuando el interruptor 330 está cerrado y el interruptor 328 está abierto, y la celda 304b de batería está desconectada del módulo de circuito 302 cuando el interruptor 330 está abierto y el interruptor 328 está cerrado. Las unidades de conmutación asociadas a los terminales 310 y 312 funcionan de manera similar.
[0067] Por consiguiente, el sistema de batería 300 funciona de manera similar al sistema de batería 100 de la Figura 1. El interruptor adicional 326 se cierra en la secuencia de conmutación que requiere que ambos interruptores 324, 328 se cierren. El uso de un solo interruptor 326 en lugar de dos interruptores 324, 328 reduce las pérdidas creadas por la resistencia de los interruptores. Los interruptores 321, 333, 338 cumplen una función similar a la del interruptor 326.
[0068] En el sistema 300, cuando todas las celdas 304a - 304d están conectadas en el camino de la corriente, la corriente solo fluye por dos interruptores 321, 333. En este estado de conmutación, la corriente pasa a través de menos de un interruptor por celda 304 de batería activa, lo que también proporciona una relación de interruptor a celda de batería activa de menos de uno.
[0069] En la Figura 4 se muestra un alojamiento 400 de un grupo de baterías para un sistema de batería. El alojamiento 400 proporciona un soporte 402 de batería para el montaje y desmontaje de celdas 104, 204, 304 de batería individuales para acoplarlas al módulo de circuito 102, 202, 302. En particular, el soporte 402 de batería incluye una pluralidad de receptáculos 404, estando cada receptáculo configurado para recibir una celda 104, 204, 304 de batería en él. El soporte 402 de batería permite que las celdas de batería 104, 204, 304 sean fácilmente extraíbles y reemplazables.
[0070] El alojamiento 400 incluye una puerta 406 que incluye conductores para acoplar las celdas 104, 204, 304 de batería al módulo de circuito 102, 202, 302. Cuando la puerta 406 está abierta, por ejemplo para el mantenimiento, las celdas 104, 204, 304 de batería dentro del alojamiento 400 están desconectadas. En un sistema de baterías que comprenda un número de grupos de baterías que incluyan cada uno un alojamiento 400, las celdas 104, 204, 304 de batería en cualquiera de los alojamientos 400 se pueden mantener a través de la puerta 406 sin afectar el funcionamiento de los grupos de baterías adyacentes que tienen cada uno un alojamiento 400 separado.
[0071] Además, las placas de circuito integrado que contienen las unidades de conmutación están ubicadas en un solo lado 408 del alojamiento 400 del grupo de baterías por motivos de compactibilidad, reducción de pérdidas debido a la resistencia del conductor y costes de fabricación.
[0072] En la Figura 5 se muestra un grupo de baterías 500 de un sistema de batería. El grupo de baterías 500 tiene un soporte 502 de batería similar al que se muestra en la Figura 4. Sin embargo, el alojamiento del grupo de baterías 500 proporciona a cada celda de batería su propia interfaz de conexión 504 individual para que cada celda 104, 204, 304 de batería individual pueda retirarse, reemplazarse/mantenerse sin interrumpir el funcionamiento de las otras celdas 104, 204, 304 de baterías conectadas en el grupo de baterías 500.
[0073] Se proporciona un controlador que incluye un circuito de accionamiento para determinar la secuencia de conmutación adecuada de las unidades de conmutación descritas anteriormente. En algunas formas de realización, el controlador es un controlador centralizado para controlar de forma centralizada todas las unidades de conmutación. En otras formas de realización, el controlador puede incluir uno o más controladores descentralizados, controlando cada controlador descentralizado un subconjunto de unidades de conmutación.
[0074] Volviendo ahora a la Figura 6, se describe un método 600 para controlar las unidades de conmutación.
[0075] En la etapa 602, se determina la capacidad de carga y descarga de cada celda 104, 204, 304 de batería en función de las mediciones de la tensión de la batería y/o la corriente de la batería, los umbrales de tensión y/o corriente y/o los datos históricos de medición de la batería.
[0076] En la etapa 604, el controlador clasifica la capacidad de cada celda 104, 204, 304 de batería de mayor a menor o viceversa, y determina una capacidad umbral dividiendo en mitades la suma de la capacidad para la celda con la capacidad más alta y la unidad de celda con la capacidad más baja.
[0077] En la etapa 606 de consulta, el controlador determina si la capacidad de carga y descarga de una celda 104, 204, 304 de batería dada está por encima o por debajo del umbral determinado en la etapa 604. Si la capacidad de una celda 104, 204, 304 de batería particular está por encima del umbral, el método 600 avanza a la etapa 608, y si no, el método 600 avanza a la etapa 610.
[0078] En la etapa 608, la celda de batería particular se activa o conecta al módulo de circuito abriendo y cerrando los interruptores apropiados en la unidad de conmutación asociada.
[0079] En la etapa 610, la celda de batería particular se inactiva o se desconecta del módulo de circuito abriendo y cerrando los interruptores apropiados en la unidad de conmutación asociada.
[0080] El método 100 se repite hasta que las celdas 104, 204, 304 de batería que están conectadas al módulo de circuito respectivo 100, 200, 300 estén completamente cargadas o descargadas.
[0081] En algunas formas de realización, se pueden determinar y utilizar dos o más capacidades límites en función de los requisitos de la aplicación, por ejemplo, un umbral inferior (calculado multiplicando la suma de la capacidad para la celda con la capacidad más alta y la celda con la capacidad más baja por 1/3) y un umbral superior (calculado multiplicando la suma de la capacidad para la celda con la capacidad más alta y la celda con la capacidad más baja por 2/3); y activando las celdas de batería que tengan una capacidad por debajo del umbral inferior un tercio del tiempo, activando las celdas de batería que tengan una capacidad por encima del umbral inferior y por debajo del umbral superior dos tercios del tiempo, y activando las celdas de batería que tengan una capacidad por encima del umbral superior todo el tiempo. Este método puede modificarse de manera similar para tener tres o más umbrales, por ejemplo, para grupos de baterías que tengan un mayor número de celdas de batería.
[0082] En algunas formas de realización, el controlador puede monitorizar cada celda 104, 204, 304 de batería en función de los requisitos de mantenimiento para optimizar el rendimiento del sistema de batería. Esta optimización tiene en cuenta las entradas con respecto al comportamiento de la celda de batería, que pueden incluir mediciones actuales y/o pasadas de una o más tensiones, corrientes y/o temperaturas, cálculos actuales y/o pasados del estado de carga y/o situación de la celda. También puede tener en cuenta las entradas con respecto a los requisitos de mantenimiento de la batería, que pueden incluir los costes financieros asociados al mantenimiento de la batería o un cronograma de cuándo el mantenimiento de la batería es funcionalmente factible o ventajoso.
[0083] En un escenario en el que falte algo de tiempo para la próxima acción de mantenimiento, esta optimización puede reducir la utilización y, por lo tanto, el envejecimiento de las celdas de batería de menor rendimiento para prolongar su vida útil hasta la próxima acción de mantenimiento.
[0084] En un escenario diferente en el que el próximo mantenimiento sea inminente, esta optimización puede aumentar la utilización de celdas de batería más débiles con el fin de maximizar su utilización antes de que sean reemplazadas como parte del mantenimiento.
[0085] En otra forma de realización, el controlador lleva a cabo la identificación automatizada de las características de la celda de batería. Cuando se utilizan celdas de batería con variaciones en el rendimiento suele valorarse la identificación de características con el fin de proporcionar entradas para la optimización del uso de la celda de batería. Los métodos del estado de la técnica existentes requieren la introducción manual de los datos de la batería donde se etiquetan las celdas de batería. Este puede ser un ejercicio que requiere mucho tiempo y/o es propenso a errores. En una forma de realización, la identificación automática se puede realizar monitorizando el comportamiento de carga y descarga de una o más celdas de batería lo que incluye, entre otras cosas, mediciones de tensión, corriente y/o temperatura. El sistema puede entonces comparar el comportamiento observado con una base de datos de información sobre tipos y/o química de las celdas. Esta base de datos puede proporcionar características que pueden incluir, entre otras, la química de la batería, que puede estar vinculada a límites de tensión superior y/o inferior, límites de corriente, límites de temperatura y/o efectos del envejecimiento de factores de utilización específicos.
Interpretación
[0086] Esta memoria descriptiva, incluidas las reivindicaciones, debe interpretarse de la siguiente manera:
Las formas de realización o ejemplos descritos en la memoria descriptiva pretenden ser ilustrativos de la invención, sin limitar su alcance. La invención se puede poner en práctica con diversas modificaciones y adiciones, como se les ocurrirá fácilmente a los expertos en la materia. Por consiguiente, debe entenderse que el alcance de la invención no debe limitarse a la construcción y funcionamiento exactos descritos o ilustrados, sino solo por las siguientes reivindicaciones.
[0087] La mera divulgación de una etapa del método o elemento del producto en la memoria descriptiva no debe interpretarse como esencial para la invención reivindicada en la presente memoria, excepto cuando se indique expresamente que es así o se mencione expresamente en una reivindicación.
[0088] Los términos en las reivindicaciones tienen el alcance más amplio de significado que le habría otorgado un experto en la materia en la fecha relevante.
[0089] Los términos "un" y "uno" significan "uno o más", a menos que se especifique expresamente lo contrario.
[0090] Ni el título ni el resumen de la presente solicitud deben considerarse que limitan en modo alguno el alcance de la invención reivindicada.
[0091] Cuando el preámbulo de una reivindicación indique un propósito, una ventaja o un posible uso de la invención reivindicada, este no limita la invención reivindicada a tener solo ese propósito, esa ventaja o ese posible uso.
[0092] En la memoria descriptiva, incluidas las reivindicaciones, el término "comprender", y las variantes de ese término tales como "comprende" o "que comprende", se utilizan con el significado de "que incluye, pero de modo no taxativo", a menos que se especifique expresamente lo contrario, o a menos que en el contexto o uso se requiera una interpretación exclusiva del término.
[0093] La divulgación de cualquier documento al que se haga referencia en esta memoria se incorpora como referencia en esta solicitud de patente como parte de la presente divulgación, pero solo a efectos de descripción por escrito y facilitación y de ninguna manera debe usarse para limitar, definir o interpretar de otro modo cualquier término de la presente solicitud donde la presente solicitud, sin dicha incorporación como referencia, no habría dejado de proporcionar un significado comprobable. Cualquier incorporación como referencia no constituye, en sí misma, ningún respaldo o ratificación de ninguna declaración, opinión o argumento contenido en ningún documento incorporado.
[0094] La referencia a cualquier estado de la técnica o técnica anterior en esta memoria descriptiva no implica que dicho estado de la técnica o técnica anterior constituya un conocimiento general común en el sector de la técnica relevante o constituya de otro modo técnica anterior admisible en relación con la validez de las reivindicaciones.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Módulo de circuito (102) para acoplar una pluralidad de celdas (104) de batería, donde el módulo de circuito (102) incluye
un primer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (106a) y un terminal negativo (106b) para acoplarse a una primera celda (104a) de batería,
un segundo conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (108a) y un terminal negativo (108b) para acoplarse a una segunda celda (104b) de batería,
un tercer conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (110a) y un terminal negativo (100b) para acoplarse a una tercera celda (104c) de batería, y
un cuarto conjunto de terminales que tiene un terminal positivo (112a) y un terminal negativo (112b) para acoplarse a una cuarta celda (104d) de batería,
acoplándose el terminal positivo (106a) del primer conjunto de terminales al terminal negativo (108b) del segundo conjunto de terminales ya sea directamente o a través de uno o más componentes pasivos,
acoplándose el terminal positivo (110a) del tercer conjunto de terminales al terminal negativo (112b) del cuarto conjunto de terminales ya sea directamente o a través de uno o más componentes pasivos,
estando el terminal negativo (106b) del primer conjunto de terminales, el terminal positivo (108a) del segundo conjunto de terminales, al menos uno de los terminales del tercer conjunto de terminales (110a, 110b) y al menos uno de los terminales del cuarto conjunto de terminales (112a, 112b), cada uno acoplado a una unidad de conmutación, y
donde las unidades de conmutación están configuradas operativamente para conectar o desconectar selectivamente cada una de las celdas (104) de batería, incluyendo cada unidad de conmutación uno o más dispositivos interruptores (122), siendo cada dispositivo interruptor (122) operable en un estado conductor y un estado no conductor,
caracterizado porque las unidades de conmutación están configuradas operativamente para permitir el funcionamiento selectivo en una pluralidad de estados en los que dos o más celdas (104) de batería están conectadas en serie, donde cada estado incluye un ciclo de carga y un ciclo de descarga de las celdas (104) de batería conectadas en serie, donde la pluralidad de estados incluyen
un primer estado en el que la primera celda (104a) de batería y la segunda celda (104b) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la tercera celda (104c) de batería está desconectada,
un segundo estado en el que la primera celda (104a) de batería y la tercera celda (104c) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la segunda celda (104b) de batería está desconectada,
un tercer estado en el que la segunda celda (104b) de batería y la tercera celda (104c) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la primera celda (104a) de batería está desconectada,
un cuarto estado en el que la primera celda (104a) de batería, la segunda celda (104b) de batería y la cuarta celda (104a) de batería están conectadas eléctricamente en serie y la tercera celda (104c) de batería está desconectada, y un quinto estado en el que la primera celda (104a) de batería, la segunda celda (104b) de batería, la tercera celda (104c) de batería y la cuarta celda (104d) de batería están conectadas eléctricamente en serie, y
en donde la primera celda (104a) de batería, la segunda celda (104b) de batería, la tercera celda (104c) de batería y la cuarta celda (104d) de batería se colocan adyacentes entre sí de modo que el quinto estado se obtiene a través de un camino de conexión que tiene una cantidad mínima de dispositivos interruptores conductores en el módulo de circuito (102), y
donde cuando la segunda celda (104b) de batería y la tercera celda (104c) de batería están conectadas en serie, un camino de conexión en serie entre la segunda celda (104b) de batería y la tercera celda (104c) de batería incluye un máximo de dos dispositivos interruptores que funcionan en el estado conductor.
2. Módulo de circuito (102) de la reivindicación 1, donde una celda (104) de batería es conectada selectivamente a una celda (104) de batería adyacente con, como máximo, un dispositivo interruptor conductor en un camino de la corriente entre ellas.
3. Módulo de circuito (102) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde una celda (104) de batería es conectada selectivamente a una celda (104) de batería no adyacente con, como máximo, un dispositivo interruptor en un camino de la corriente entre ellas.
4. Módulo de circuito (102) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde durante el funcionamiento del módulo de circuito la relación de los dispositivos interruptores conductores (122) con respecto a las celdas (104) de batería es menor que uno.
5. Módulo de circuito (102) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada unidad de conmutación incluye un primer dispositivo interruptor (122) para conectar una celda (104a) de batería asociada, y un segundo dispositivo interruptor (124) para desconectar la celda (104a) de batería asociada.
6. Módulo de circuito (102) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las celdas (104) de batería son conectadas selectivamente al módulo de circuito (102) sin alterar la polaridad de las celdas (104) de batería conectadas.
7. Sistema de batería (100) que incluye
uno o más módulos de circuito (102) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, y
una pluralidad de celdas (104) de batería acopladas al módulo de circuito (102).
8. Sistema de batería (100) de la reivindicación 7, donde las celdas (104) de batería son celdas de batería usadas.
9. Sistema de batería (100) de la reivindicación 7 u 8 que además incluye un soporte (502) de batería configurado para permitir que una o más celdas (104) de batería se monten para acoplarse al módulo de circuito (102), donde todas las unidades de conmutación del módulo de circuito (102) se ubican en un lado del soporte (502) de batería.
10. Sistema de batería (100) de la reivindicación 9, donde el soporte (502) de batería está configurado para permitir que una o más celdas (104) de batería se adapten al sistema de batería (100) en cualquier momento durante su vida útil.
11. Sistema de batería (100) de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, que además incluye un controlador para controlar las unidades de conmutación del módulo de circuito (102), donde el controlador controla las unidades de conmutación en función del comportamiento de carga y descarga de las celdas (104) de batería.
12. Sistema de batería (100) de la reivindicación 11, donde el controlador determina el comportamiento de carga y descarga de cada celda (104) de batería en función de la tensión, corriente y/o temperatura de la celda de batería durante la carga y/o descarga.
13. Sistema de batería (100) de la reivindicación 12, donde el controlador
compara una tensión, corriente y/o temperatura medidas de la celda (104) de batería con intervalos de tensión, corriente y/o temperatura predeterminados,
determina las celdas (104) de batería que conectar y/o desconectar, y
controla las unidades de conmutación para conectar o desconectar cada celda (104) de batería.
14. Módulo de circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 y 14, o sistema de batería según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, donde las unidades de conmutación se pueden configurar operativamente para conectar o desconectar selectivamente una o más de las unidades de celda (104) de batería para variar una salida de tensión total de la pluralidad de celdas (104) de batería.
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Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3398239A1 (en) * 2015-12-29 2018-11-07 Vito NV Device and method for the reconfiguration of a rechargeable energy storage device into separate battery connection strings
DE112017002637T5 (de) 2016-05-25 2019-04-11 Milwaukee Electric Tool Corporation In Reihe geschaltete Batteriepackungen, System und Verfahren
EP4094978A1 (en) 2016-12-12 2022-11-30 Honeywell International Inc. Adaptive balancing for battery management
GB2559793B (en) 2017-02-20 2020-07-08 Ge Aviat Systems Ltd Battery pack with reduced voltage variance
EP3741019A1 (en) * 2018-01-18 2020-11-25 Signify Holding B.V. Input voltage adapted power conversion
GB201811536D0 (en) * 2018-07-13 2018-08-29 Ge Aviat Systems Ltd Battery power source
KR102589023B1 (ko) * 2018-10-10 2023-10-16 현대자동차주식회사 차량용 배터리 시스템 및 그 제어방법
FR3099647B1 (fr) * 2019-07-29 2022-02-25 Commissariat Energie Atomique Système d'alimentation électrique à modules Li/MnO2
JP7303088B2 (ja) * 2019-10-22 2023-07-04 ラピスセミコンダクタ株式会社 セル数判定装置、充電器、電池パック、及び充電システム
DK201970832A1 (en) * 2019-12-23 2021-07-26 Kk Wind Solutions As Monitoring system for an energy storage
GB2592249B (en) * 2020-02-21 2023-11-01 Dyson Technology Ltd Reconfigurable battery pack
GB2592250B (en) * 2020-02-21 2023-10-25 Dyson Technology Ltd Reconfigurable battery pack
US11708008B2 (en) 2020-09-29 2023-07-25 GM Global Technology Operations LLC Electric powertrain with multi-pack battery system and mutually-exclusive 3-way contactor
CN116547848A (zh) * 2020-11-03 2023-08-04 伊顿智能动力有限公司 具有无螺栓连接器系统的车辆电池组
GB2601017B (en) * 2020-11-17 2023-09-27 Golubev Ilia Reconfigurable electric batteries
WO2024016059A1 (en) * 2022-07-21 2024-01-25 Relectrify Holdings Pty Ltd Electrical line selector system having multiple sources

Family Cites Families (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3923116A (en) 1974-01-02 1975-12-02 Westinghouse Electric Corp Electric vehicle having improved battery reconnect
JPH088116B2 (ja) * 1988-07-01 1996-01-29 トヨタ自動車株式会社 金属・ハロゲン電池の均等化のための完全放電方法およびこれに用いられる金属・ハロゲン電池
FR2758666B1 (fr) 1997-01-23 1999-02-12 Alsthom Cge Alcatel Procede de regie pour ensemble accumulateur d'energie electrique et agencement de commande pour l'application de ce procede
JP2000014023A (ja) * 1998-06-24 2000-01-14 Denso Corp 組電池
US6430692B1 (en) 1998-09-25 2002-08-06 International Business Machines, Corporation Series-parallel battery array conversion
JP3950263B2 (ja) * 1999-06-09 2007-07-25 中国電力株式会社 モータ駆動用電力変換装置
US6140799A (en) 1999-06-29 2000-10-31 Thomasson; Mark J. Switched battery-bank assembly for providing incremental voltage control
JP2001292532A (ja) * 2000-04-05 2001-10-19 Nissin Electric Co Ltd 電池電力貯蔵システム
WO2002080332A1 (en) 2001-03-30 2002-10-10 Designline Limited Battery management unit, system and method
US6599655B2 (en) * 2001-04-06 2003-07-29 The Boeing Company Procedure for performing battery reconditioning on a space vehicle designed with one battery
JP2002354692A (ja) * 2001-05-30 2002-12-06 Toyota Motor Corp 車両用二次電池制御装置
AT5577U1 (de) 2001-07-02 2002-08-26 Plansee Tizit Ag Bohrer zum bohren von gestein
US7893561B2 (en) 2003-07-31 2011-02-22 L-3 Communications Titan Corporation Modular electronically reconfigurable battery system
US7573238B2 (en) 2005-08-09 2009-08-11 Panasonic Ev Energy Co., Ltd. Voltage detection device and electric vehicle including voltage detection device
US20070275593A1 (en) * 2006-05-23 2007-11-29 Morris Lucian Barwick Battery bypassing contact
KR100966024B1 (ko) 2007-04-24 2010-06-24 주식회사 엘지화학 이종의 세퍼레이터를 구비한 전기화학소자
JP2010220280A (ja) * 2009-03-13 2010-09-30 Panasonic Corp 充放電制御回路、電源装置、及び電源装置の制御方法
US8330420B2 (en) * 2009-04-10 2012-12-11 The Regents Of The University Of Michigan Dynamically reconfigurable framework for a large-scale battery system
US8816613B2 (en) * 2009-07-02 2014-08-26 Chong Uk Lee Reconfigurable battery
US8471529B2 (en) * 2010-10-14 2013-06-25 GM Global Technology Operations LLC Battery fault tolerant architecture for cell failure modes parallel bypass circuit
US9024586B2 (en) 2010-10-14 2015-05-05 GM Global Technology Operations LLC Battery fault tolerant architecture for cell failure modes series bypass circuit
US8957543B2 (en) * 2010-10-15 2015-02-17 Nextek Power Systems, Inc. Arrangement for and method of dynamically managing electrical power between an electrical power source and an electrical load
FR2972304A1 (fr) * 2011-03-02 2012-09-07 Commissariat Energie Atomique Batterie avec gestion individuelle des cellules
CN103066633B (zh) * 2011-10-18 2015-11-18 丁景信 电源管理系统
DE102012212646A1 (de) 2012-07-19 2014-01-23 Robert Bosch Gmbh Batterie und Kraftfahrzeug mit Batterie
JP5605401B2 (ja) * 2012-07-20 2014-10-15 トヨタ自動車株式会社 蓄電システムおよび制御方法
WO2015058165A1 (en) 2013-10-17 2015-04-23 Ambri Inc. Battery management systems for energy storage devices

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