ES2910011T3 - Dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica - Google Patents

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Damien Frost
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Abstract

Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica (100) que comprende: una pluralidad de ranuras para células de energía para recibir células de energía (20); un controlador individual (60) para cada ranura, en el que cada controlador se dispone para estimar una característica de una célula (20) en su respectiva ranura; y un convertidor DC a DC bidireccional (32) para cada ranura de célula, siendo controlados dichos convertidores DC a DC por dichos controladores respectivos; caracterizado porque cada controlador se dispone para aplicar corrientes de carga y descarga a su ranura de célula respectiva dependiendo de al menos una característica estimada actualmente asociada con esa ranura; y porque cada convertidor (32) se dispone para actuar independientemente de los otros convertidores.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica
La invención se refiere a la conexión de múltiples dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica, especialmente para su uso con (pero no limitado a) células de batería de diferentes tipos y capacidades, y supercapacitores de diferentes tipos y capacidades. Ciertas formas preferidas de la invención son particularmente adecuadas para, pero no se limitan a, usar en áreas sin red eléctrica, como áreas remotas en el mundo en desarrollo. Otras aplicaciones son la red eléctrica y la automoción.
Las tecnologías de almacenamiento de energía, particularmente las baterías, son clave para brindar acceso independiente a la electricidad cuando la red no está disponible o no es confiable, así como también para habilitar la energía renovable en la red eléctrica y alimentar vehículos eléctricos e híbridos. En las aplicaciones de red y fuera de la red, estas tecnologías suelen combinarse típicamente con sistemas solares fotovoltaicos (PV). Actualmente, las baterías de plomo ácido son la tecnología más común para aplicaciones de almacenamiento de energía fuera de la red debido a su bajo costo. Sin embargo, las baterías de plomo ácido tienen una densidad energética baja (del orden de 40 Wh/kg), una vida útil corta (100-800 ciclos) y un alto impacto ambiental si se libera plomo peligroso como consecuencia de una manipulación o eliminación inadecuada. En comparación, por ejemplo, las baterías de iones de litio (Li-ion) tienen una alta densidad energética (aproximadamente 130 Wh/kg) y una larga vida útil (>2.000 ciclos).
Los dispositivos de almacenamiento de energía eléctrica recargables, como las baterías y los supercapacitores, presentan una gran variedad de formas y tipos (por ejemplo, químicos). Por ejemplo, entre las baterías, la tecnología de iones de litio (abreviado Li-ion) se encuentra entre las de mayor rendimiento y actualmente es la más frecuente en las baterías recargables comerciales. Sin embargo, incluso dentro de esta subcategoría todavía hay múltiples productos químicos como el óxido de litio y cobalto (LiCoO2), fosfato de litio y hierro (LFP), óxido de litio y manganeso (LMO), óxido de litio, níquel, manganeso y cobalto (NMC), óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio (NCA) y titanato de litio (LTO). Otras químicas de las células recargables populares incluyen ácido de plomo, níquelcadmio (Ni-Cad) e hidruro metálico de níquel (NiMH).
A medida que las tecnologías se han desarrollado (y siguen desarrollándose), las químicas de las células han cambiado y las capacidades y potencias han aumentado (y seguirán aumentando). Cada química y capacidad de la célula tiene su propia curva característica de tensión frente al estado de carga (SOC) que la célula muestra entre los estados de carga completa y de descarga completa.
Los supercapacitores, también conocidos como capacitores eléctricos de doble capa o ultracapacitores, también funcionan como unidades o células de almacenamiento de energía eléctrica reversible. A diferencia de las baterías recargables, los supercapacitores presentan densidades de energía bajas, pero tienen capacidades de alta potencia y, por lo tanto, se usan típicamente para satisfacer demandas de alta potencia a corto plazo. La combinación o hibridación de baterías recargables y supercapacitores es conveniente para aplicaciones que requieren carga y descarga rápidas, así como también capacidades de almacenamiento de alta energía, con la máxima vida útil de la batería. Dichas aplicaciones incluyen, por ejemplo, vehículos eléctricos e híbridos eléctricos y dispositivos estacionarios de almacenamiento de energía necesarios para cargar y descargar a altas velocidades. Aunque es conveniente, la combinación de baterías recargables y supercapacitores es difícil debido a sus diferentes intervalos de tensión característicos, capacidades de potencia y capacidades de almacenamiento de energía.
Tanto los supercapacitores como las baterías recargables pueden denominarse células. En la discusión que sigue, se pueden dar ejemplos específicos que se refieren a baterías y/o supercapacitores, pero los principios divulgados se pueden aplicar a cualquier célula de almacenamiento de energía eléctrica, incluidas, entre otras, baterías o supercapacitores.
Con frecuencia, las células individuales se combinan para formar paquetes, ya sea para aumentar la salida de tensión del paquete al combinar células en serie o para aumentar la corriente al combinar células en paralelo. Los paquetes comerciales de baterías o supercapacitores siempre combinan células de la misma química y capacidad nominal de modo que cada célula muestre sustancialmente la misma curva de tensión-SOC. Mantener las células individuales lo más cerca posible en características como la impedancia y la capacidad mejora el rendimiento del paquete durante la carga y descarga, y particularmente durante muchos de estos ciclos de carga/descarga. Las grandes diferencias en la capacidad de las células son problemáticas para las conexiones en serie, ya que la misma corriente pasa por todas las células y la capacidad total de la batería se limita por la célula con la capacidad más baja. Para las conexiones en paralelo de las células, las diferencias en las tensiones de las células son problemáticas, ya que todas las células están vinculadas a la misma tensión y la tensión total del paquete se limita por la célula con el límite de tensión más bajo. Las tensiones de las células pueden variar significativamente para diferentes químicas y tipos de células.
Durante la vida útil de una célula (durante muchos ciclos de carga y descarga), la capacidad de la célula se reduce gradualmente. Esta reducción en la capacidad ocurre a diferentes velocidades para las células individuales en un paquete de baterías y, por lo tanto, las células individuales en un paquete de baterías no coinciden.
El rendimiento de un paquete de baterías como un todo se limita por el rendimiento de su célula más débil. Hay problemas de seguridad con la sobrecarga y la descarga excesiva de cualquier célula individual, lo que significa que una vez que se agota una sola célula de la batería, todo el paquete se considera inutilizable, aunque algunas células aún pueden tener cierta capacidad utilizable. De manera similar, cuando una sola célula ha alcanzado la carga completa, se debe detener el suministro de corriente de carga a todo el paquete para evitar la sobrecarga, aunque es posible que algunas células aún no estén completamente cargadas. Preocupaciones similares se aplican a los paquetes de supercapacitores. Para garantizar la seguridad, se debe proporcionar una electrónica de gestión para evitar condiciones de sobrecarga y descarga excesiva. Dichos sistemas de gestión de baterías (o sistemas de gestión de supercapacitores, o más generalmente sistemas de gestión de células de energía, todos los cuales serán cubiertos aquí por la abreviatura BMS que normalmente se aplica a los sistemas de gestión de baterías) típicamente involucran monitoreo de tensión y/o corriente y sensores de temperatura para detectar sobrecalentamiento, sobretensión o baja tensión y sobrecorriente, y para evitar la carga en condiciones adversas, como bajas temperaturas (por ejemplo, las células de Li-ion pueden exhibir un recubrimiento de litio si se cargan a bajas temperaturas, lo que podría provocar un cortocircuito interno).
En relación con las baterías recargables, el problema anterior ha sido abordado por varias técnicas de balanceo de células que, por ejemplo, detectan cuando una célula se ha agotado y redirigen la carga de otras células que aún tienen capacidad hacia la célula agotada (balanceo durante la descarga), o detectan cuándo una célula ha alcanzado la carga completa y luego redirige la carga desde ella a una carga de desecho arbitraria o en sistemas más complejos a otras células que aún no están completamente cargadas (equilibrio durante la carga). Con estas técnicas, se pueden usar mejor las capacidades de todas las células dentro de un paquete. Sin embargo, estas técnicas de equilibrio pueden ser costosas, lentas y energéticamente ineficientes. Además, están diseñados para equilibrar células de tipo y capacidad similares y, por lo tanto, no son adecuados para células de diferentes tipos y capacidades.
Existen grandes cantidades de paquetes de baterías para equipos portátiles, como computadoras portátiles, y debido a la corta vida útil del producto, los paquetes de baterías se vuelven redundantes y se desechan regularmente. Cada año se desechan cientos de toneladas de baterías de Li-ion. Se ha encontrado que la capacidad de las células recuperadas del mismo dispositivo puede variar significativamente. Muchas de las células de estos paquetes de baterías desechados todavía tienen una capacidad útil, aunque el paquete de baterías en su conjunto esté al final de su vida útil debido al rendimiento de las células más débiles. Por ejemplo, un estudio encontró que alrededor del 50 % de las células descartadas tenían >70 % de sus capacidades nominales. Sin embargo, tratar de hacer coincidir estas células individuales por química y capacidad para formar nuevos paquetes de baterías que se pueden usar no es un procedimiento rentable.
El costo de los nuevos paquetes de baterías los hace inadecuados para su uso en el mundo en desarrollo. El alto costo de los nuevos paquetes de baterías se debe al costo de las células, así como también al costo de la electrónica de carga/descarga.
El documento EP 2779348 divulga un procedimiento para controlar el almacenamiento y el agotamiento de múltiples dispositivos de almacenamiento de energía. El documento US 2011/0273140 divulga un conjunto de almacenamiento de energía, que incluye una pluralidad de células conectadas en serie.
De acuerdo con un aspecto, la invención proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica de acuerdo con la reivindicación 1.
Hay un controlador para cada ranura.
El término "ranura" se usa aquí para referirse a un mecanismo de conexión a una célula. En algunas realizaciones, esta puede ser una ranura física dispuesta para recibir una célula con un tamaño y/o geometría particular (por ejemplo, muchas células recargables de la geometría 18650 están disponibles, por lo que las ranuras podrían proporcionarse específicamente para ellas). Sin embargo, de más generalmente, el término "ranura" pretende recubrir cualquier mecanismo de conexión para conectar diferentes células con diferentes construcciones, diferentes tamaños y diferentes geometrías. Por ejemplo, esto puede tomar la forma de un conector simple al que se podría conectar cualquier célula. Esencialmente, este conector simplemente necesita una conexión de terminal positiva y una conexión de terminal negativa. Esto proporciona la mayor flexibilidad y versatilidad, lo que permite conectar células recargables de cualquier tamaño y geometría, así como también supercapacitores de cualquier tamaño y geometría. Las células de cualquier tipo se pueden conectar a cualquier conector (cualquier ranura) y el sistema puede estimar qué se conecta y cuál es la mejor manera de usarlo, como se describe más abajo.
Al estimar las características de las células de energía que están conectadas al dispositivo de almacenamiento de energía, el sistema puede ajustar las corrientes de carga y descarga aplicadas a cada célula para usar mejor las células conectadas. Las células de almacenamiento de energía pueden variar mucho. Por ejemplo, en un extremo del espectro hay células de las baterías recargables que tienen una alta capacidad de almacenamiento de energía, pero capacidades de menor potencia. En el extremo opuesto del espectro hay supercapacitores que tienen una capacidad de almacenamiento de energía más baja, pero capacidades de potencia mucho más altas. La invención se aplica a las células de las baterías recargables, supercapacitores y cualquier célula intermedia (o híbrida) intermedia. También son posibles combinaciones de diferentes tipos de células de energía (por ejemplo, combinaciones de células de batería con supercapacitores). Para usar de forma óptima las células adjuntas de diferentes tipos, es necesario aplicar diferentes corrientes de carga y descarga. Por ejemplo, los supercapacitores pueden soportar corrientes de carga y descarga mucho más altas que las baterías recargables. Si las células de la batería y las células del supercapacitor se combinan en el dispositivo, puede ser conveniente (para limitar la degradación de la batería) dirigir inicialmente más corriente a los supercapacitores para cargarlos a su capacidad máxima antes de cargar las células de las baterías recargables a una velocidad más lenta durante más tiempo. Durante la descarga, la capacidad de mayor potencia de las células de supercapacitores les permite manejar picos en el consumo de energía y, por lo tanto, el controlador solo puede utilizarlas cuando los requisitos de energía superan las capacidades de las células de las baterías recargables disponibles.
La al menos una característica puede comprender uno o más de: una capacidad de potencia, una capacidad de almacenamiento, una impedancia de célula, un tipo de célula de energía y una química de célula de energía.
La capacidad de potencia es una característica particularmente importante cuando se trata de supercapacitores. Cuando se combinan una pluralidad de supercapacitores seleccionados arbitrariamente de diferente tamaño y construcción, es probable que tengan diferentes capacidades de potencia. Para usar de forma óptima, estos supercapacitores deben equilibrarse extrayendo la potencia de ellos de acuerdo con sus capacidades. Proporcionar esta capacidad de equilibrio significa que se pueden hacer combinaciones de supercapacitores sin tener que seleccionar y combinar supercapacitores con cualidades similares, por ejemplo, de la misma capacidad y potencia. El sistema proporciona así una versatilidad mucho mayor y permite un mejor aprovechamiento de los componentes disponibles.
La estimación del tipo de célula (por ejemplo, identificando si se trata de una célula de batería o de un supercapacitor) es ventajosa para determinar la contribución global que una célula puede aportar al sistema (por ejemplo, si es mejor que funcione como dispositivo de almacenamiento de alta capacidad o como dispositivo de alta capacidad de potencia). El controlador puede operar diferentes esquemas de carga/descarga para diferentes tipos de células. Estimar (o identificar) las químicas de las células, también es importante para determinar otros parámetros que pueden aplicarse a la célula. Por ejemplo, estimar la química de la célula de las células recargables puede determinar las tensiones de corte óptimas que se aplican durante los ciclos de carga y los ciclos de descarga para evitar la sobrecarga y la descarga excesiva. Sin dicha estimación de la química de la célula, sería necesario emplear un intervalo común más bajo, lo que daría como resultado una infrautilización de muchas células y, por lo tanto, un rendimiento subóptimo.
Estimar la capacidad de almacenamiento de las células es beneficioso para sincronizar las células, de modo que, durante la carga y la descarga, las células de mayor capacidad se carguen más que las de menor capacidad. Esto proporciona un rendimiento mejorado y prolonga la vida útil de la célula, como se discutirá más abajo.
Estimando la capacidad asociada con cada ranura (es decir, la capacidad de la célula actualmente montada en esa ranura), el sistema puede intentar sincronizar la carga y descarga de cada célula ajustando la corriente suministrada o extraída de cada célula. Al cargar cada célula de acuerdo con su capacidad, las células más débiles (de menor capacidad) se cargan menos y las células más fuertes (de mayor capacidad) se cargan más. Así cada célula se carga de acuerdo con sus capacidades. Este sistema esencialmente equilibra las células durante el uso (a través de la carga y la descarga) para que todas las células alcancen la carga completa al mismo tiempo y todas las células se descarguen por completo al mismo tiempo. Por lo tanto, no hay necesidad de redirigir la energía entre las células al final de un ciclo de carga o al final de un ciclo de descarga y la capacidad de cada célula se utiliza por completo. Como otro ejemplo en el caso de una pluralidad de supercapacitores, la corriente proporcionada a las células o extraída de las células puede equilibrarse para mantener la misma tensión en todas las células. Por lo tanto, se aplicarán corrientes más grandes a un supercapacitor más grande que a un supercapacitor más pequeño.
Alternativamente, las células pueden cargarse de acuerdo con su capacidad de potencia con el fin de extraer la energía de manera óptima de las células disponibles, por ejemplo, en el caso de una mezcla de baterías y supercapacitores, la corriente proporcionada a las células o extraída de las células puede ser mayor para aquellas células (por ejemplo, los supercapacitores) que son capaces de un mayor número de ciclos de alta corriente. Este tipo de arreglo puede ser particularmente útil, por ejemplo, en sistemas de frenado regenerativo (por ejemplo, para aplicaciones automotrices) donde puede estar disponible una potencia muy alta en un corto período de tiempo que sería mejor dirigida a los supercapacitores que a las células de la batería. De manera similar, esta energía podría extraerse de los supercapacitores a alta potencia para una fuerte aceleración posterior.
Por supuesto, en algunas realizaciones se puede usar una combinación de capacidad y potencia.
Como las células se cargan de acuerdo con sus capacidades, la vida útil de cada célula también se prolonga en comparación con un arreglo tradicional en la que las células más débiles (por ejemplo, menos duraderas o de menor capacidad) se cargan sistemáticamente al mismo nivel que las células más fuertes (por ejemplo, más duraderas o de mayor capacidad). Por lo tanto, el arreglo tradicional sobrecarga las células más débiles, degradándolas más rápido y reduciendo su vida útil, y aumentando el desajuste entre las células. Esto es particularmente beneficioso para hacer usar de forma óptima las células de las baterías recargables.
Debido a que la carga y descarga de cada célula se puede controlar independientemente, cualquier célula se puede intercambiar en cualquier punto con una célula diferente de diferente capacidad (y otras características diferentes, como la capacidad de potencia). Por ejemplo, en el caso de las células de las baterías recargables, si una célula llega al final de su vida útil antes que las otras que están actualmente instaladas en el sistema, esa célula única puede reemplazarse mientras que las otras células aún se usan a su máxima capacidad disponible. Una estimación de la capacidad de la nueva célula es todo lo que se requiere para establecer las velocidades óptimas de carga y descarga.
Como cada ranura se puede controlar individualmente, una ventaja adicional de este arreglo es que pueden usarse células de diferentes químicas o tipos una al lado de la otra. El sistema puede simplemente ajustar las corrientes de carga/descarga para cada célula, independientemente de su química, para sincronizar todas las células. Preferentemente, el sistema también puede ajustar la tensión de carga independientemente para cada ranura. Muchas células de diferentes químicas tienen un intervalo de tensión similar desde sus tensiones de corte más bajas hasta las más altas, pero algunas células tienen intervalos diferentes. Si se aplica la misma tensión de carga a células con intervalos diferentes, se infrautilizarían las células de mayor intervalo. Por ejemplo, las células de iones de litio y fosfato de hierro (LFP) típicamente suelen tener una tensión de corte baja de unos 2,0 V y una tensión de corte alta de unos 3,6 V. Otras químicas de las células de iones de litio tienen intervalos de tensión más cercanos a los 3,0 V y los 4,2 V.
Otra ventaja de las ranuras controladas individualmente es que se pueden combinar diferentes tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica para formar un único paquete. Por ejemplo, las células de Li-ion se pueden combinar con supercapacitores y/o células de hidruro metálico de níquel.
El dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica comprende además un convertidor bidireccional de DC a DC para cada ranura de célula, estando dichos convertidores de DC a DC controlados por los controladores. Cada convertidor de DC a DC se controla por su propio controlador. Estos convertidores desacoplan las tensiones y corrientes de las células individuales y permiten conectar un número arbitrario de células en un solo dispositivo, escalando así la capacidad total de la batería según sea necesario. Como se analiza más abajo, el sistema también estima preferentemente la capacidad residual de la batería y/o la capacidad de potencia de cada célula conectada. La capacidad estimada se puede usar para escalar la cantidad de potencia que proporcionará cada convertidor. De esta forma, los convertidores conectados a células de gran capacidad o células de alta potencia, como los supercapacitores, pueden proporcionar una mayor parte de la corriente de carga. Como ventaja adicional, esta técnica de gestión de células minimiza la degradación de las células ya desgastadas al reducir las corrientes extraídas de estas células.
El controlador está preferentemente dispuesto para estimar la al menos una característica (por ejemplo, capacidad y/o capacidad de potencia, etc.) asociada con cada ranura periódicamente. Haciendo estimaciones regulares o periódicas, el sistema mantendrá un funcionamiento óptimo, por ejemplo, sincronía entre las células a pesar de la capacidad de degradación gradual de cada célula con el tiempo. Dado que las células se degradan con el tiempo a velocidades diferentes e imprevisibles, las mediciones periódicas mantienen el sistema con una eficiencia óptima. Adicionalmente, las mediciones regulares o periódicas aseguran que, si se cambia una sola célula por una célula diferente, se estimará la capacidad de la nueva célula poco después del cambio.
Puede usarse cualquier técnica para la estimación de la capacidad de cada célula. Por ejemplo, algunas técnicas pueden usar la tensión de salida de la célula o medidas más detalladas de la curva de tensión de la célula para estimar una capacidad de corriente.
En algunas realizaciones preferentes, el controlador puede disponerse para estimar al menos una característica (por ejemplo, capacidad, etc.) asociada con cada ranura después de cada fase de carga. Adicional o alternativamente, el controlador puede disponerse para estimar al menos una característica (por ejemplo, capacidad) asociada con cada ranura después de cada fase de descarga. Aunque características como la capacidad pueden estimarse a partir de fases parciales de carga y/o descarga, se usan preferentemente fases completas de carga y descarga, ya que éstas proporcionan estimaciones más fáciles y precisas. Los ciclos completos de carga y/o descarga representan esencialmente cambios entre la carga mínima y la carga máxima de la célula y, por lo tanto, representan la capacidad actual de la célula.
El dispositivo de almacenamiento de energía puede cargarse y/o descargarse parcialmente durante su uso, por ejemplo, puede descargarse parcialmente cuando no se necesita toda su capacidad y, subsecuentemente, cargarse parcialmente hasta alcanzar de nuevo su capacidad total. Sin embargo, las estimaciones de capacidad son más difíciles cuando las células no se cargan o descargan en todo su intervalo de capacidad. Por lo tanto, se prefiere que el dispositivo de almacenamiento de energía se descargue y/o cargue por completo periódicamente, es decir, se cargue/descargue entre sus límites de capacidad mínimo y máximo (tenga en cuenta que estos se refieren a los límites de uso seguro mínimo y máximo recomendados, más allá de los cuales la célula se consideraría sobrecargado o descargado en exceso). El dispositivo de almacenamiento puede conseguirlo emitiendo una señal al usuario para que realice un ciclo completo de descarga/carga o puede asegurar automáticamente dicho ciclo drenando todas las células, o un cierto número de células, a través de una carga interna o por cualquier otro mecanismo adecuado. El sistema puede realizar dichos procedimientos en un número limitado de células (un subconjunto del total de células) para permitir una verificación de capacidad en ese número limitado de células mientras las células restantes continúan funcionando normalmente. El controlador también puede, o alternativamente, realizar un ciclo completo de carga/descarga inmediatamente después del arranque y/o después de una operación de reinicio, por ejemplo, al detectar que se reemplazan una o más células individuales.
En realizaciones preferentes, la estimación de la capacidad es en base a un procedimiento de recuento de culombios, es decir, sumando o integrando la corriente de carga/descarga en el tiempo. Por ejemplo, partiendo de una célula completamente cargada (por ejemplo, una que se ha cargado completamente mediante un esquema de carga normal de corriente y tensión constantes), la corriente que se extrae de esa célula en intervalos de tiempo discretos relativamente pequeños puede sumarse hasta que la célula se descargue completamente, proporcionando así una medida de la cantidad de carga que se ha extraído de la célula. De manera similar, la corriente de carga se puede sumar o integrar durante el tiempo de carga desde un estado completamente descargado hasta un estado completamente cargado para proporcionar una estimación de la capacidad. Como el controlador ya se dispone para controlar las corrientes de carga y descarga de la célula, esto proporciona una técnica de medición de capacidad particularmente conveniente. La traslación de la tensión es otra posible técnica que podría usarse para la estimación de la capacidad. Alternativamente, se podría usar una combinación de recuento de culombios y traslación de tensión.
Preferentemente, el controlador implementa una función que depende de la al menos una estimación característica asociada con cada ranura para determinar la cantidad de corriente de carga/descarga para consumirse/producirse en dicha ranura. La función particular dependerá en parte del propósito del sistema, pero también del tipo de células adjuntas. En algunas realizaciones, el controlador puede almacenar un factor de corriente de carga/descarga asociado con cada ranura.
Un solo valor para cada célula puede ser suficiente para determinar la mejor manera de tratar cada célula. Dichas implementaciones pueden ajustarse rápidamente a los cambios de células sin tener que detectar que se ha intercambiado una célula. Sin embargo, en otras realizaciones el controlador almacena preferentemente un historial de estimaciones de características para cada ranura y dicha función puede depender de dicho historial. El historial de una célula puede proporcionar más información sobre su estado de salud actual y puede influir en la mejor manera de usar la célula. Esta información histórica también se puede usar para determinar cuándo una célula está al final de su vida útil. Puede usarse un indicador (como un LED) para indicar que se debe cambiar la célula.
El controlador puede actualizar la función de corriente de carga/descarga (por ejemplo, el factor de corriente) cada vez que se estima al menos una característica.
La al menos una característica puede comprender la capacidad y la función puede escalar la corriente de carga/descarga linealmente con la capacidad estimada.
En algunas realizaciones en las que el controlador almacena un factor de corriente de carga/descarga asociado a cada ranura, este factor de corriente de carga/descarga puede indicar la corriente de carga/descarga que se aplicó por última vez a esa ranura o la corriente de carga/descarga que debería aplicarse a continuación a esa ranura. El factor puede ser un valor para la corriente o puede ser un factor que indica la proporción de corriente total que se aplicará a la ranura. Por ejemplo, la capacidad fraccionaria (de una célula) con respecto a la capacidad total del dispositivo de almacenamiento (de todas las células) puede usarse como factor para indicar cómo debe distribuirse la corriente entre las diversas células. En el arranque inicial o después de una operación de reinicio, el factor puede establecerse en un valor preestablecido estándar que se usa para cargar y descargar hasta que se haya realizado una estimación más precisa de la capacidad de la célula. El controlador puede actualizar el factor de corriente de carga/descarga cada vez que se estima la capacidad. De esta manera, el sistema itera hacia un estado en el que todas las células en el dispositivo de almacenamiento funcionan en sincronía (es decir, alcanzarán estados completamente cargados y/o completamente descargados más o menos al mismo tiempo). A partir de capacidades de célula arbitrarias y desconocidas, una sola iteración dará como resultado una estimación de capacidad para cada célula y dará como resultado que las células funcionen casi en sincronía en el siguiente ciclo. Sin embargo, como la estimación de la capacidad se ve afectada muy levemente por la velocidad de carga/descarga actual, pueden seguir existiendo pequeñas diferencias entre los tiempos de carga y descarga de las células durante un segundo ciclo posterior. Sin embargo, tras un segundo ciclo y una segunda medición de la capacidad realizada a una corriente muy cercana a la óptima del sistema para cada célula, cabe esperar que todas las células dentro del dispositivo estén sustancialmente sincronizadas. Las estimaciones continuas de la capacidad de cada célula darán lugar a pequeños ajustes del factor actual de cada ranura y mantendrán así el funcionamiento óptimo.
En el dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica, una pluralidad de dichas ranuras tiene preferentemente cada una, una célula de energía conectada a ellas. Las células de energía pueden comprender células de las baterías recargables. Las células de energía pueden comprender supercapacitores. La pluralidad de células puede comprender una pluralidad de capacidades diferentes. Estas pueden ser capacidades nominales diferentes, estados de salud diferentes (es decir, capacidades actualmente disponibles después de alguna degradación de células) o ambos. La pluralidad de células puede comprender una pluralidad de diferentes químicas y tipos de células. La pluralidad de células puede comprender una pluralidad de diferentes capacidades de potencia.
El controlador puede disponerse para identificar, en base a dicha al menos una característica estimada, que una célula ya no es adecuada para su uso en el sistema. Tras dicha identificación, se puede proporcionar una señal o alerta al usuario (por ejemplo, una luz LED o una alarma sonora o un zumbador) para indicar que se debe reemplazar la célula identificada.
Se puede proporcionar un sistema modular con cada módulo que comprenda una pluralidad de ranuras (y células) controladas como se describe anteriormente.
De acuerdo con otro aspecto, la invención proporciona un procedimiento de almacenamiento y uso de energía eléctrica en una pluralidad de células de energía de acuerdo con la reivindicación 13.
Todas las características preferidas descritas anteriormente en relación con el dispositivo de almacenamiento de energía también se aplican igualmente a este procedimiento de almacenamiento de energía.
Por lo tanto, la al menos una característica puede comprender una o más de: una capacidad de potencia, una capacidad de almacenamiento, una impedancia de célula, un tipo de célula de energía y una química de célula de energía. La al menos una característica puede comprender una capacidad de almacenamiento y la estimación de la capacidad de almacenamiento puede ser en base a un procedimiento de conteo de culombios. La corriente de carga y la corriente de descarga se suministran a través de un convertidor bidireccional de DC a DC para cada ranura de célula, estando dichos convertidores de DC a DC controlados por los controladores. La característica asociada a cada ranura puede estimarse periódicamente. La característica asociada a cada ranura puede estimarse después de cada fase de carga. La característica asociada a cada ranura puede estimarse después de cada fase de descarga. El procedimiento puede comprender realizar un ciclo completo de carga/descarga en el arranque.
El procedimiento puede comprender la implementación de una función que depende de la estimación de al menos una característica asociada a cada ranura para determinar la cantidad de corriente de carga/descarga que debe consumirse/producirse en dicha ranura. El procedimiento puede comprender almacenar un historial de estimaciones de características para cada ranura y dicha función puede depender de dicho historial. El procedimiento puede comprender actualizar la función cada vez que se estima la al menos una característica. La al menos una característica puede comprender la capacidad y la función puede escalar la corriente de carga/descarga linealmente con la capacidad estimada.
Aunque la mayor parte de la descripción proporcionada aquí está en el contexto de la reutilización de células de segunda vida (es decir, células que han sido usadas y desechadas y/o recicladas), se apreciará que la invención también puede aplicarse a células nuevas para mejorar la vida de la batería disminuyendo la carga de las células que se deterioran más rápidamente que otras. Esto puede ser extremadamente útil en casos donde la duración de la batería es importante, por ejemplo, sistemas automatizados remotos donde el acceso para el reemplazo de células es difícil o costoso. Otros sistemas, como algunas computadoras portátiles modernas, están diseñados de tal manera que el reemplazo de la batería no está previsto dentro de la vida útil del dispositivo. Esto se hace principalmente para reducir el tamaño del dispositivo. La presente invención también puede ser de particular utilidad en tales dispositivos para prolongar la vida útil de la batería. En tales dispositivos, la vida útil del dispositivo a menudo está estrechamente relacionada con la vida útil de la batería.
Las realizaciones preferentes de la invención se describirán ahora sólo a manera de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
La Figura 1 ilustra de forma esquemática un sistema para utilizar células recargables recuperadas en un sistema de almacenamiento de energía escalable;
La Figura 2 muestra un circuito convertidor DC-DC para un módulo de potencia de cada célula del sistema; La Figura 3 muestra un esquema simplificado del sistema de control asociado con cada módulo de potencia; La Figura 4 ilustra un algoritmo del sistema de gestión de baterías para cargar y descargar células dentro del sistema;
La Figura 5 muestra los resultados de una simulación de carga y descarga de múltiples células que conducen a la sincronización de células;
La Figura 6 ilustra una combinación de baterías con supercapacitores; y
La Figura 7 muestra una célula de batería recargable adecuada para una configuración en serie.
Más abajo se muestra y describe un sistema para usar las células de las baterías recargables recuperadas. El diseño eléctrico del sistema se discutirá con referencia a las Figuras. 1-3.
Para maximizar la capacidad de almacenamiento de energía restante en las células de Li-ion recuperadas (o, de hecho, en otras químicas de las células recargables) con distintos grados de degradación, el estado de carga (SOC) de cada célula se supervisa y controla individualmente. Este desafío se aborda conectando cada célula con un módulo de potencia individual. En las realizaciones aquí descritas, el módulo de potencia contiene una pequeña fuente de potencia conmutada (SMPS) que regula la potencia de entrada y salida de la célula, un microcontrolador que implementa los algoritmos de control y BMS, y un bus de tensión de salida que puede conectarse en paralelo con otros módulos de potencia para aumentar la capacidad de almacenamiento de energía de todo el sistema. La Figura 1 muestra una representación esquemática del sistema 100. Se muestran tres módulos de potencia 10a, 10b, 10c en paralelo (aunque en principio puede usarse cualquier número de módulos). El módulo de potencia 10a tiene una célula 20 (por ejemplo, una célula de Li-ion recuperada) y una etapa de potencia 30 que incluye un convertidor DC-DC bidireccional 32. Los conectores de módulo 42, 44 de cada módulo de potencia 10a, 10b, 10c están conectados en paralelo y conectados al puerto de entrada/salida 50.
El puerto 50 proporciona una conexión al sistema 100 para conectar el sistema a dispositivos (es decir, para utilizar y, por tanto, descargar las células 20) y para cargar las células 20, por ejemplo, desde un panel solar fotovoltaico. Los tres módulos de potencia 10a, 10b, 10c tienen los mismos componentes que los ilustrados para el módulo 10a. Diseño de módulos
Cada módulo de potencia 10a, 10b, 10c contiene un microcontrolador que ejecuta el BMS y controla el flujo de potencia dentro y fuera de la célula 20. En una realización, se usó un convertidor DC-DC de medio puente bidireccional como el convertidor DC-DC 32. Esto se ilustra en la Figura 2. El convertidor 32 mide las tensiones de entrada y salida, así como también la corriente del inductor y la temperatura de la batería. Todas estas entradas de sensores también son utilizadas por el BMS. La tensión de salida se puede controlar ajustando los ciclos de trabajo de los MOSFET Qh y Ql .
La Figura 2 muestra un esquema de la etapa de potencia 30. La salida de cada convertidor 32 bidireccional de medio puente de corriente continua es un puerto de potencia bidireccional que puede conectarse en paralelo con otros convertidores 32 y conectarse a una fuente de carga (no mostrada). La fuente de carga puede ser, entre otras cosas, una fuente de potencia conectada a la red o un panel solar PV. En el caso de que la salida esté conectada a un panel solar PV, el punto de máxima potencia (MPP) del panel cambiará con las condiciones de temperatura e irradiación solar. Por lo tanto, el microcontrolador implementará un algoritmo de perturbación y observación del punto de máxima potencia (MPPT) para rastrear la potencia máxima del panel. La etapa de potencia 30, cargará la célula 20 cuando la tensión en el puerto de entrada 50 esté por encima de un umbral predeterminado.
Cada convertidor 32 actúa independientemente de los demás para compartir la carga entre células en proporción a su capacidad.
Control
La Figura 3 muestra un esquema de la lógica de control implementada en el microcontrolador. Hay tres modos de funcionamiento principales del convertidor. El modo de descarga, Modo 1, proporciona 12 V nominales a la salida del convertidor DC-DC 32. Los modos de carga, Modo 2 y Modo 3, se activan una vez que la salida del convertidor 32 se conecta a una fuente de tensión entre 14 V y 20 V.
El modo 1 es el modo de descarga. En el Modo 1, la célula 20 se descarga en una carga conectada a los terminales de salida 42, 44 del módulo de potencia 10 (más generalmente conectado al puerto 50 del sistema 100). En este modo, los interruptores de flujo de control S1 y S2 están en la posición superior, como se muestra en la Figura 3. El lazo interno de control de corriente con el controlador Ci(z) y el lazo externo de control de tensión con el controlador Cv(z) trabajan juntos para mantener una tensión Vref* en los terminales de salida. El reparto de corriente de la carga se logra mediante el control de caída de tensión. El control de la caída de tensión funciona ajustando la referencia de tensión Vref restando un valor proporcional a la corriente del convertidor. Esta nueva referencia es Vref*, que se muestra en la Figura 3. La constante de proporcionalidad que se multiplica por la corriente del convertidor, Kb, es inversamente proporcional a la capacidad de la célula conectada al convertidor, 30, y se determina por el BMS. Por lo tanto, los módulos de potencia 10a, 10b, 10c que tienen células 20 de mayor capacidad proporcionarán más corriente a la carga que los módulos 10a, 10b, 10c con células 20 de menor capacidad.
Mientras el convertidor 32 está funcionando, el BMS 60 supervisa la célula 20, asegurándose de que está funcionando dentro de sus límites de seguridad. El BMS 60 también realiza una estimación de capacidad (que se describirá más abajo) para determinar el parámetro Kb .
El modo 2 es un primer modo de carga para cargar con corriente constante. El modo 2 se activa cuando las salidas 42, 44 de los módulos de potencia están conectadas a una fuente de carga con una tensión entre 14 V y 20 V. En este modo, el interruptor de flujo de control S1 está en la posición baja de la Figura 3, y el controlador de tensión, Cv(z), está desactivado. La referencia actual Iref para el convertidor 32 se proporciona por el BMS 60 que implementa un algoritmo MPPT de perturbación y observación. La referencia actual Iref será proporcional a la capacidad de la célula 20 y variará de acuerdo con el algoritmo MPPT. Si se adjunta una nueva célula 20, la referencia actual Iref se fijará en su valor mínimo. Este valor mínimo es un valor predeterminado almacenado dentro del BMS. En el caso de que el convertidor 32 esté conectado a una fuente de tensión conectada a la red, el algoritmo MPPT solicitará la máxima corriente de carga para la célula 20 que se carga.
Durante el modo 2, el BMS 60 vigila la tensión de la célula Vbat y pasa al modo 3 cuando se alcanza el límite superior de tensión de la célula. El límite superior de tensión de las células puede determinarse detectando la química de la célula, por ejemplo, examinando la curva tensión-SOC de la célula (que es diferente para distintas químicas). Esto se discute más abajo.
El modo 3 es un segundo modo de carga para cargar con tensión constante. En el modo 3, el interruptor de flujo de control S1 está en la posición superior de la Figura 3 y el interruptor de flujo de control
S2 está en la posición inferior de la Figura 3. El BMS 60 proporciona una referencia de tensión Vcc que se compara con la tensión de la batería Vbat. El controlador de tensión Cv(z) controla ahora la tensión de la batería Vbat en lugar de la tensión de salida Vsal. El BMS 60 determinará cuándo la batería está completamente cargada al monitorear Il (la corriente del inductor del convertidor 32) y comparándola con una corriente de corte preestablecida. También determinará si hay suficiente potencia de una fuente de carga, como un panel solar fotovoltaico, asegurándose de que el Vsal se mantiene por encima de 14 V mientras Il sigue cargando la batería.
Los algoritmos diseñados para este BMS 60 tienen dos propósitos principales:
A) Supervisión de condiciones para un funcionamiento seguro
B) Control de corriente y balanceo de células individuales
A. Monitoreo de las condiciones para un funcionamiento seguro
Cada célula 20 se equipa con un sensor de temperatura, un sensor de tensión y un sensor de corriente. Un ejemplo de los límites de seguridad superior e inferior de estos parámetros se recoge en el cuadro 1 más abajo. Estos límites de seguridad son en base a una revisión de las memorias descriptivas del fabricante de las células de Li-ion comúnmente utilizadas en dispositivos electrónicos. Los límites de temperatura son similares para la mayoría de los tipos de células. El límite inferior de temperatura es más conservador para la carga, ya que las temperaturas muy bajas pueden desencadenar el chapado de litio y el crecimiento de dendritas, lo que puede provocar cortocircuitos internos. Los límites de tensión dependen de la química del cátodo. Por ejemplo, las células LFP generalmente tienen un intervalo más bajo de tensión operativo que la mayoría de los otros productos químicos (3,6 V a 2,0 V). En algunas realizaciones, el tipo de célula puede identificarse mediante una medición inicial de la tensión de la célula recién insertada y la medición del gradiente de tensión durante una etapa de carga subsecuente. Por ejemplo, las células LFP pueden identificarse detectando un fuerte gradiente de tensión durante la carga cuando se acercan a su tensión máxima de 3,6 V. En este ejemplo, para todas las demás químicas, se aplica el intervalo de tensión más conservador de 4,2 V a 3,0 V. La corriente se limita a 3,0 A, lo que está dentro del intervalo de funcionamiento de las células de 2.500 mAh a 2.900 mAh. La química de la célula identificada y los límites de tensión asociados se almacenan en la memoria del controlador para la ranura de la célula correspondiente.
Tabla 1: Límites de seguridad
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En algunas realizaciones, las células recién insertadas que ya han llegado al final de su vida útil pueden identificarse durante una medición inicial de la tensión y el subsecuente paso de carga. Por ejemplo, si la tensión de la célula recién insertada está más abajo de un valor mínimo preestablecido (por ejemplo, 1,5 V) y la tensión de la célula aumenta rápidamente cuando se aplica una corriente de carga y alcanza un límite superior de tensión de 3,6 V en unos pocos segundos o minutos, la célula puede identificarse como no apta para el funcionamiento y el usuario es informado por un indicador, por ejemplo, una luz LED. Pueden usarse procedimientos similares para identificar células que se han vuelto inadecuadas con el tiempo y necesitan reemplazarse.
En esta realización particular, estos límites de seguridad son monitoreados de forma continua, mediante muestreo a una frecuencia de 5 kHz. La violación de cualquier límite de seguridad provoca un apagado inmediato del módulo de potencia, aislando la célula 20 afectada.
B. Algoritmos para el control de la corriente y el equilibrio de las células
Como se describió anteriormente, los convertidores DC-DC bidireccionales 32 permiten un control de corriente independiente en cada célula 20. Para utilizar sus capacidades de manera óptima, la corriente a través de cada célula 20 se controla de manera que todas las células 20 se descarguen simultáneamente. Esto significa que una determinada corriente de carga se proporciona por las células individuales 20 de acuerdo con sus capacidades, es decir, las células de mayor capacidad están sometidas a corrientes más altas que las de menor capacidad. El sistema 100 se diseña para células usadas. Para estas células no se conocen inicialmente las capacidades de las mismas. Más generalmente, en el caso de las células usadas, se desconoce el tipo (por ejemplo, la química) y el estado de salud de cualquier célula. Este problema se aborda con un algoritmo que estima las capacidades de las células, por ejemplo (pero no limitado a) por medio de un enfoque de conteo de Coulomb comparativo/iterativo. La capacidad de una célula 20 a una corriente de descarga dada se puede calcular de acuerdo con:
Q = [ I( t )dt
h =o
donde I es la corriente y t es el tiempo de descarga.
Para intervalos de tiempo discretos k, esto puede expresarse como:
Figure imgf000010_0001
Por lo tanto, se puede calcular una estimación de la capacidad de la célula a partir de mediciones de corriente precisas realizadas en pequeños intervalos de tiempo. Esta medición de la capacidad de las células puede emplearse para determinar el parámetro Kb, utilizado en el controlador de caída de tensión, como se muestra en la Figura 3.
Las mediciones de capacidad y el escalado de corriente se implementan para todas las células 20 en el sistema 100 y los cálculos se pueden repetir con cada ciclo de carga y descarga, como se ilustra en el diagrama de flujo que se muestra en la Figura 4.
Como se muestra en la Figura 4, el algoritmo se inicia con una primera carga a corriente constante y tensión constante (CCCV) para equilibrar las células en un estado de carga (SOC) uniforme (Etapa 1 en la Figura 4). Esta etapa de carga inicial puede realizarse al arrancar el sistema o después de una operación de reinicio, o después de que se haya insertado o sustituido una nueva célula. Todas las células 20 se cargan con corrientes iguales hasta sus tensiones máximas, que se mantienen hasta que se supera un límite de tiempo predefinido. A continuación, las células 20 se descargan con corrientes iguales, hasta que se alcanzan las tensiones de corte (es la primera pasada por la Etapa 2 en la Figura 4). La medición del tiempo de este primer ciclo de descarga permite calcular las capacidades de las células y proporciona una estimación inicial de Kb.
Para el ciclo de carga CCCV de la Etapa 3 de la Figura 4, el valor Kb calculado en la Etapa 2 se usa para corregir la corriente de carga. En la Etapa 3, la capacidad de carga se calcula por conteo de culombios de la misma manera que la capacidad de descarga. Kb se actualiza al final del ciclo de carga.
Al poner en marcha el dispositivo, se realiza preferentemente un ciclo completo de carga-descarga-carga (es decir, las Etapas 1 a 3 de la Figura 4) para ajustar las corrientes de las células y sincronizar los tiempos de carga y descarga. Durante el funcionamiento normal subsecuente, los factores de corrección actuales Kb están actualizados. Kb puede actualizarse para cada célula mediante la comparación continua de la energía cargada/descargada con la del ciclo de carga/descarga anterior. De esta manera, Kb refleja continuamente la capacidad cambiante a medida que la célula se degrada con el tiempo. Preferentemente es registrar un historial de valores de Kb para proporcionar más información sobre la célula.
El algoritmo descrito anteriormente se implementó en MATLAB Simulink. La Figura 5 muestra cómo el algoritmo sincroniza los ciclos de descarga y carga de tres células 20 con diferentes capacidades, ajustando la carga de corriente en cada célula 20 en proporción a sus capacidades. Puede verse que los tiempos de ciclo de las tres células 20 convergen después de los dos primeros ciclos de descarga-carga. Las capacidades de célula usadas para esta simulación fueron 1.600 mAh para la célula 1, 2.000 mAh para la célula 2 y 2.400 mAh para la célula 3. Se utilizó el modelo estándar de batería de Li-ion de Simscape SimPowerSystems para emular la tensión de la batería en respuesta a una carga de corriente. Para el primer ciclo de la simulación, una potencia de descarga de 30 W y una potencia de carga de 20 W se dividieron en partes iguales entre las tres células. Las capacidades de las células se estimaron durante cada ciclo sucesivo de carga y descarga para variar el parámetro Kb. La simulación demuestra claramente la viabilidad del algoritmo BMS descrito anteriormente e ilustrado en la Figura 4 para sincronizar células de diferentes capacidades mediante el control activo de la corriente.
El sistema es capaz de combinar células de batería y supercapacitores para combinar las capacidades de alta energía de las baterías con las capacidades de alta potencia de los supercapacitores. La Figura 6 muestra un posible diseño de hardware de dicha combinación. Los convertidores de DC a DC de cada ranura permiten cualquier combinación arbitraria de células de batería y supercapacitores de diferentes características de tensión y capacidad. Las corrientes extraídas de los supercapacitores y las baterías se escalan con un factor K, que es una función de las capacidades de energía KQ y de las capacidades de potencia Kp, de los supercapacitores y las células de la batería, y de la velocidad de cambio de la corriente de carga. Por ejemplo, si el sistema experimenta una demanda de alta d i to tal
potencia durante un período de tiempo corto (es decir, valores grandes para dt ), la corriente se extrae principalmente de los supercapacitores, que se identifican por los altos valores de Kp que se almacenan en el BMS para la ranura de la célula correspondiente. Si el sistema experimenta una demanda de potencia baja durante d i total
períodos prolongados (es decir, valores pequeños para dt ), la corriente se extrae de las células de la batería, que se identifican por valores altos de Kq. Los valores Kq y Kp se actualizan a medida que las células de la batería y del supercapacitores se degradan con el tiempo, como se describe en el algoritmo de gestión de las células.
La figura 7 muestra una célula recargable 120 con un sistema de gestión de baterías (BMS) 130 que es adecuado para combinar un número de células en serie mientras se cargan y descargan las células a una velocidad de acuerdo con su capacidad de forma similar a como se describió anteriormente, implementando un circuito modular de control multinivel (MMC). El BMS 130 controla dos interruptores 135, 136. Cuando el primer interruptor 135 se enciende y el segundo interruptor 136 se apaga, la célula 120 se conecta al circuito. Cuando el primer interruptor 135 se apaga y el segundo interruptor 136 se enciende, la célula 120 se desconecta del circuito (puenteada). Ajustando cuidadosamente las velocidades de conmutación para ajustar el ciclo de trabajo para el que la célula 120 se conecta al circuito, se puede controlar la velocidad de carga y descarga de la célula. Pueden usarse altas velocidades de conmutación y un filtro para suavizar las fluctuaciones de tensión resultantes. El circuito de la Figura 7 puede replicarse, con el terminal negativo 140 de un circuito conectado al terminal positivo 150 de un circuito adyacente para conectar múltiples células 120 en serie.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica (100) que comprende:
una pluralidad de ranuras para células de energía para recibir células de energía (20);
un controlador individual (60) para cada ranura, en el que cada controlador se dispone para estimar una característica de una célula (20) en su respectiva ranura; y
un convertidor DC a DC bidireccional (32) para cada ranura de célula, siendo controlados dichos convertidores DC a DC por dichos controladores respectivos;
caracterizado porque cada controlador se dispone para aplicar corrientes de carga y descarga a su ranura de célula respectiva dependiendo de al menos una característica estimada actualmente asociada con esa ranura; y
porque cada convertidor (32) se dispone para actuar independientemente de los otros convertidores.
2. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en la reivindicación 1, en el que al menos una característica comprende una o más de: una capacidad de potencia, una capacidad de almacenamiento, una impedancia de célula, un tipo de célula de energía y una química de célula de energía; preferentemente en el que la al menos una característica comprende una capacidad de almacenamiento y en el que la estimación de la capacidad de almacenamiento se realiza en base a un procedimiento de recuento de culombios.
3. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que el controlador se dispone para estimar periódicamente la característica asociada a cada ranura.
4. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en la reivindicación 3, en el que el controlador se dispone para estimar la característica asociada a cada ranura después de cada fase de carga y/o después de cada fase de descarga.
5. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que el controlador se dispone para realizar un ciclo completo de carga/descarga en el momento de la puesta en marcha.
6. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que el controlador se dispone a implementar una función que depende de la estimación de al menos una característica asociada a cada ranura para determinar la cantidad de corriente de carga/descarga para consumirse/producirse en dicha ranura.
7. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en la reivindicación 6, en el que el controlador se dispone para almacenar un historial de estimaciones de características para cada ranura y en el que dicha función depende de dicho historial.
8. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en la reivindicación 6 o 7, en el que el controlador se dispone para actualizar la función cada vez que se estima al menos una característica.
9. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en la reivindicación 6, 7 u 8, en el que la al menos una característica comprende la capacidad y en el que la función escala la corriente de carga/descarga linealmente con la capacidad estimada.
10. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una pluralidad de dichas ranuras tiene cada una, una célula de energía conectada a ellas.
11. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en la reivindicación 10, en el que dichas células de energía comprenden células de las baterías recargables, y/o en el que dichas células de energía comprenden supercapacitores; y/o en el que la pluralidad de células comprende células de diferentes capacidades de almacenamiento; y/o en el que la pluralidad de células comprende células de diferentes químicas de las células; y/o en el que la pluralidad de células comprende células de diferentes capacidades de potencia.
12. Un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica como se reivindicó en cualquier reivindicación anterior, en el que el controlador se dispone para identificar, en base a dicha al menos una característica estimada, que una célula ya no es adecuada para su uso en el sistema.
13. Un procedimiento para almacenar y usar energía eléctrica en una pluralidad de células de energía que comprende:
estimar por un controlador individual de cada célula al menos una característica de la célula respectiva; cargar mediante dichos controladores dicha pluralidad de células en una etapa de carga que comprende: cargar simultáneamente dicha pluralidad de células proporcionando cada controlador una corriente de carga a su respectiva célula que depende de al menos una característica estimada de dicha célula; y descargar mediante dicho controlador dicha pluralidad de células en una etapa de descarga que comprende:
descargar simultáneamente dicha pluralidad de células mediante la extracción por parte de cada controlador de una corriente de descarga de su respectiva célula que depende de al menos una característica estimada de dicha célula;
en el que dicha corriente de carga y dicha corriente de descarga se suministran a través de un convertidor bidireccional de DC a DC para cada célula, estando dichos convertidores de DC a DC controlados por los respectivos controladores; y
en el que cada convertidor se dispone para actuar independientemente de los otros convertidores.
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