ES2912888T3

ES2912888T3 - Sistema de distribución de energía de vehículo eléctrico

Info

Publication number: ES2912888T3
Application number: ES16752017T
Authority: ES
Inventors: Geoffrey Long
Original assignee: Wisk Aero LLC
Current assignee: Wisk Aero LLC
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: US20160241028A1; US10023054B2; EP3259152A1; WO2016132309A1; NZ732362A; EP4020740A1; CN107251354B; CN111942155A; US10744890B2; EP3259152A4; US20180290544A1; NZ744394A; EP3259152B1; CN107251354A

Abstract

Un sistema de distribución de energía (100) que comprende: una pluralidad de módulos de almacenamiento de energía (110) acoplados en serie; una pluralidad de convertidores de potencia eléctricamente aislados (130), cada uno de ellos acoplado a través de uno o más de los módulos de almacenamiento de energía; los convertidores de potencia, cuando están activados, están configurados para proporcionar una salida de bajo voltaje a una salida del sistema de distribución de energía; y un sistema de control (140) que controla los convertidores de potencia para proporcionar la salida de bajo voltaje, estando configurado el sistema de control para activar de forma selectiva uno o más de los convertidores de potencia a fin de equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía, en donde el sistema de control está configurado para equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía (110), incluido mediante: el seguimiento de una salida de corriente proveniente de un primer convertidor de potencia activado de forma selectiva (130A), en el convertidor o los convertidores de potencia activados de forma selectiva (130A, 130B, 130C), a fin de obtener una salida de corriente del primer convertidor de potencia; el seguimiento de una salida de corriente proveniente de un segundo convertidor de potencia activado de forma selectiva (130B), en el convertidor o los convertidores de potencia activados de forma selectiva, a fin de obtener una salida de corriente del segundo convertidor de potencia; la activación del primer convertidor de potencia activado de forma selectiva durante una primera duración de tiempo; y la activación del segundo convertidor de potencia activado de forma selectiva durante una segunda duración de tiempo, en donde un primer producto de la salida de corriente del primer convertidor de potencia por la primera duración de tiempo es sustancialmente igual a un segundo producto de la salida de corriente del segundo convertidor de potencia por la segunda duración de tiempo.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de distribución de energía de vehículo eléctrico

ANTECEDENTES

[0001] Esta divulgación se refiere a sistemas de distribución de energía para vehículos eléctricos. Los vehículos accionados por baterías normalmente utilizan baterías para suministrar un alto voltaje de salida para propulsar el vehículo y bajos voltajes de salida para operar diferentes ordenadores, luces, ventiladores eléctricos y otros sistemas de baja potencia a bordo del vehículo. A fin de proporcionar el bajo voltaje a los sistemas de a bordo, las baterías con frecuencia incluyen un convertidor de voltaje para convertir el alto voltaje de salida en un voltaje más bajo. La salida de energía de bajo voltaje de las baterías de los vehículos suele ser una pequeña fracción de la salida de energía nominal de la batería. Debido a que el periodo de tiempo en el que las baterías funcionan en modos de bajo voltaje puede ser muy prolongado, es deseable que los convertidores de voltaje funcionen de manera eficiente para reducir la pérdida de la energía almacenada en las baterías. Sin embargo, la eficiencia de los convertidores de voltaje disminuye a medida que aumenta la diferencia entre el voltaje de entrada y el voltaje de salida.

[0002] Para mejorar la eficiencia en los modos de bajo voltaje, los sistemas de energía para los vehículos accionados por baterías pueden incluir una batería auxiliar que tenga una salida de voltaje adecuada para operar los sistemas a bordo sin un convertidor. Si la eficiencia de un convertidor de voltaje para las baterías de propulsión de alto voltaje disminuye por debajo de un valor umbral, se utiliza la batería auxiliar para suministrar energía a los sistemas de a bordo. La batería auxiliar puede ser cargada por el convertidor de voltaje de las baterías de alta propulsión. No obstante, una batería auxiliar representa un punto único de fallo para los sistemas de energía del vehículo eléctrico. Se puede añadir una segunda batería auxiliar y un convertidor de voltaje al sistema de energía a fin de proporcionar redundancia, pero esta redundancia añade peso al vehículo.

[0003] En US2014/035531 se divulga un sistema de equilibrio de cargas para una batería de energía, el cual incluye una serie de módulos conectados en serie, cada uno de ellos con dos etapas de acumulador, y cada uno con un acumulador y convertidores paralelos aislados conectados a etapas de acumulador asociadas y a un sistema de energía de bajo voltaje para alimentar los sistemas auxiliares de un automóvil. Los convertidores tienen primeros convertidores unidireccionales, cada uno conectado a través de terminales de un módulo y al sistema de suministro, y segundos convertidores unidireccionales, cada uno conectado al sistema de suministro y a través de los terminales de las etapas del acumulador, y una unidad de control para los primeros y segundos convertidores unidireccionales. La unidad de control está configurada para controlar un primer convertidor y llevar los módulos a un nivel de carga similar, para controlar una transferencia de energía desde la batería al sistema de suministro a través de los primeros convertidores, y para controlar un segundo convertidor y llevar las etapas de acumulador asociadas de un módulo a un nivel de carga similar.

[0004] En The State of Charge Estimating Methods for Battery: A Review (“Los métodos de estimación del estado de carga para baterías: una revisión”), de Wen-Yeau Chang, se divulga una visión general de los métodos de estimación del estado de carga para baterías, donde el enfoque reside en los principios matemáticos y las implementaciones prácticas.

RESUMEN

[0005] Un sistema de distribución de energía de un vehículo eléctrico proporciona un alto voltaje de salida a los sistemas de propulsión del vehículo eléctrico y un bajo voltaje de salida a los sistemas de a bordo del vehículo eléctrico. En una realización, el sistema de distribución de energía comprende una pluralidad de módulos de almacenamiento de energía acoplados en serie y una pluralidad de convertidores de potencia eléctricamente aislados, cada uno de ellos acoplado a través de uno o más de los módulos de almacenamiento de energía. Cuando están activados, los convertidores de potencia proporcionan una salida de bajo voltaje a una salida del sistema de distribución de energía, como por ejemplo los sistemas de a bordo del vehículo eléctrico.

[0006] Un sistema de control controla los convertidores de potencia del sistema de distribución de energía para proporcionar el bajo voltaje de salida. El sistema de control activa de forma selectiva los convertidores de potencia para equilibrar la salida de energía de los módulos de almacenamiento de energía. El sistema de control activa de forma selectiva los convertidores de potencia en función del estado de carga de cada uno de los módulos de almacenamiento de energía. El sistema de control puede obtener una medición directa del estado de carga de cada uno de los módulos, o puede estimar los estados de carga en función de la carga extraída de cada uno de los módulos o el periodo de tiempo en el que los convertidores de potencia correspondientes a los módulos han estado activados.

[0007] Las características y ventajas descritas en la memoria descriptiva no son absolutamente inclusivas y, en particular, muchas características y ventajas adicionales resultarán evidentes para un experto en la materia al estudiar los dibujos, la memoria descriptiva y las reivindicaciones. Además, cabe señalar que el lenguaje utilizado en la memoria descriptiva se ha seleccionado principalmente con fines instructivos y de legibilidad, y es posible que no se haya seleccionado para perfilar o circunscribir el objeto de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

[0008]

La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de distribución de energía 100, de acuerdo con una realización.

En la Figura 2 se ilustra un ejemplo de convertidor de potencia de CC, de acuerdo con una realización.

La Figura 3 es un gráfico en el que se ilustra un ejemplo de área operativa deseada de un convertidor de potencia de CC.

La Figura 4 es un diagrama de flujo en el que se ilustra un método para controlar los convertidores de potencia de CC, de acuerdo con una realización.

[0009] Las Figuras representan diversas realizaciones de la presente invención únicamente con fines ilustrativos. Un experto en la técnica reconocerá fácilmente a partir de la siguiente discusión que se pueden emplear realizaciones alternativas de las estructuras y métodos ilustrados en el presente sin apartarse de los principios de la invención descritos en el presente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Visión de conjunto

[0010] A continuación se hará referencia en detalle a varias realizaciones, cuyos ejemplos se ilustran en las figuras adjuntas. Se observa que, siempre que es posible, se utilizan números de referencia similares o equivalentes en las figuras, los cuales pueden indicar una funcionalidad similar o equivalente. Las figuras representan realizaciones de la presente invención únicamente con fines ilustrativos. Un experto en la técnica reconocerá fácilmente a partir de la siguiente descripción que se pueden utilizar realizaciones alternativas de las estructuras y métodos ilustrados en este documento sin abandonar el ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

[0011] La Figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de distribución de energía 100, de acuerdo con una realización. El sistema de distribución de energía 100 es adecuado para su uso en un vehículo accionado por baterías, como por ejemplo un automóvil o avión eléctricos. En una realización, el sistema de distribución de energía 100 incluye una pluralidad de módulos de almacenamiento de energía 110A-C (colectivamente, módulos de almacenamiento de energía 110), sistemas de administración de baterías 120A-C y una pluralidad de convertidores de potencia 130. Otras realizaciones del sistema de distribución de energía 100 pueden incluir componentes adicionales o diferentes.

[0012] Los módulos de almacenamiento de energía 110 están acoplados en serie y suministran colectivamente una salida de alto voltaje V^ahoa los sistemas de propulsión del vehículo accionado por baterías. Cada módulo de almacenamiento de energía 110 incluye una o más celdas de batería. Por ejemplo, una realización de un módulo de almacenamiento de energía 110 tiene doce celdas de batería, cada una de las cuales suministra un voltaje de aproximadamente 3 V a 4,2 V, lo que da como resultado un rango de voltaje para el módulo de almacenamiento de energía 110 de aproximadamente 36 V a 50 V. Aunque en la Figura 1 se ilustran solo tres módulos de almacenamiento de energía 110 del sistema de distribución de energía 100, el sistema de distribución de energía 100 puede tener cualquier número de módulos de almacenamiento de energía 110 para suministrar V^ahoa los sistemas de propulsión. Por ejemplo, una realización del sistema de distribución de energía 100 incluye doce módulos de almacenamiento de energía 110.

[0013] En una realización, los módulos de almacenamiento de energía 110 son administrados por una pluralidad de sistemas de administración de baterías 120. Los sistemas de administración de baterías 120 realizan un seguimiento del estado de los módulos 110. El estado de los módulos 110 puede incluir el voltaje de todas las celdas de batería de los módulos, la salida de corriente de los módulos 110, la temperatura de los módulos 110, el estado de carga del módulo 110 y otros factores que influyen en el estado general de los módulos 110.

[0014] Los convertidores de potencia 130 están acoplados a través de uno o más de los módulos de almacenamiento de energía 110 y convierten la salida de voltaje de CC de los módulos de almacenamiento de energía 110 en un voltaje de salida de CC bajo deseado compatible con los sistemas de a bordo del vehículo accionado por baterías. Cuando están activados, cada convertidor de potencia 130 está configurado para producir un voltaje de salida compatible con las especificaciones de voltaje de los sistemas de a bordo al reducir el voltaje del módulo o módulos de almacenamiento de energía 110 correspondientes al respectivo convertidor de potencia 130 al voltaje de salida bajo deseado. Cuando está desactivado, un convertidor de potencia 130 no proporciona corriente a los sistemas de a bordo. En una realización, los convertidores de potencia 130 están configurados para suministrar colectivamente una salida de potencia baja máxima a los sistemas de a bordo (por ejemplo, cuando se enciende un número máximo de sistemas de a bordo y cada uno está suministrando su corriente máxima), mientras que un subconjunto de los convertidores de potencia 130 se activan durante los modos operativos que requieren menos energía. En otra realización, cada convertidor de potencia 130 está configurado para aumentar el voltaje de los módulos de almacenamiento de energía 110 a una salida de bajo voltaje VBajo. En otra realización adicional, cada convertidor de potencia 130 está configurado para aumentar o disminuir el voltaje de los módulos de almacenamiento de energía 110 a una salida de bajo voltaje VBajo, de conformidad con el estado de carga y la carga en los módulos de almacenamiento de energía 110.

[0015] Los convertidores de potencia 130 pueden estar incorporados en los sistemas de gestión de baterías 120, tal y como se muestra en la Figura 1, o puede ser externos a los sistemas de gestión de baterías 120. En una realización, los convertidores de potencia 130 o el sistema de gestión de baterías 120 realizan un seguimiento del estado de los convertidores de potencia 130 y los módulos de almacenamiento de energía 110. Por ejemplo, el sistema de gestión de baterías 120 realiza un seguimiento de la resistencia interna, la capacidad de almacenamiento de energía, el voltaje, la autodescarga y el número de ciclos de carga/descarga de los módulos de almacenamiento de energía 110 para analizar el estado de salud de los módulos 110 y realizar un seguimiento de las condiciones de subvoltaje y sobrevoltaje de los convertidores de potencia 130. Si el sistema de gestión de baterías 120 encuentra algún convertidor 130 o módulo de almacenamiento de energía 110 defectuosos, los convertidores defectuosos o los convertidores correspondientes a los módulos defectuosos 110 se desactivan. Alternativamente, cada uno de los convertidores de potencia 130 comprende un fusible configurado para desconectar el convertidor de potencia 130 de la salida de bajo voltaje del sistema de distribución de energía 100 durante una situación de avería. Además, como el voltaje a través de los módulos de almacenamiento de energía 110 puede ser diferente y los convertidores de potencia 130 están acoplados a una salida común, los convertidores de potencia 130 están aislados galvánicamente.

[0016] El controlador 140 permite de forma selectiva que los convertidores de potencia 130 proporcionen una salida de bajo voltaje VBajo. En una realización, el controlador 140 selecciona uno o más módulos 110 para proporcionar la salida de bajo voltaje VBajo y operar con eficiencia el sistema de distribución de energía 100. Además, el controlador 140 puede seleccionar los módulos 110 para proporcionar energía de salida de forma que el estado de carga de los módulos 110 del sistema de distribución de energía 100 se mantenga en equilibrio dentro de un rango deseado. El controlador 140 activa los convertidores de potencia 130, acoplados a través de los módulos seleccionados, que convierten la salida de voltaje de los módulos seleccionados a VBajo. El controlador 140 puede seleccionar los módulos que se activarán en una variedad de maneras diferentes. En una realización, el controlador 140 activa de forma selectiva los convertidores de potencia 130 en función de los estados de carga medidos de los módulos 110 correspondientes a cada uno de los convertidores de potencia 130. En la presente invención, el controlador 140 activa de forma selectiva los convertidores de potencia 130 de forma que el producto de la cantidad de corriente de salida por la duración de su activación es sustancialmente igual en todos los módulos 110. De esta manera, la cantidad de energía extraída de cada módulo será sustancialmente igual y los estados de carga de los módulos permanecerán equilibrados a medida que se descargan.

[0017] En la Figura 2 se ilustra un ejemplo de convertidor de potencia 130. El ejemplo de convertidor 130 mostrado en la Figura 2 está configurado en una topología de medio puente, aunque el convertidor de potencia 130 puede configurarse alternativamente de acuerdo con otras topologías de convertidor que tienen salidas aisladas galvánicamente (por ejemplo, topologías de transferencia inversa (flyback) o reductora (buck)). En la realización ilustrada en la Figura 2, el convertidor de potencia 130 comprende los interruptores 202A y 202B y un transformador 204. Los interruptores 202 se encienden o apagan alternativamente para generar una corriente en una bobina primaria del transformador 204. El voltaje a través de la bobina primaria del transformador 204 genera una corriente correspondiente en una bobina secundaria del transformador 204, creando un voltaje a través del condensador C1 que se envía a la salida de bajo voltaje. En una realización, la conmutación de los interruptores 202 es controlada por el controlador 140 para generar un voltaje de salida deseado desde el convertidor de potencia 130. El transformador 204 aísla galvánicamente la salida del convertidor de potencia 130 del módulo de almacenamiento de energía 110, y uno o más diodos en el lado secundario del transformador 204 aíslan la pluralidad de convertidores de potencia 130 del sistema de distribución de energía 100.

[0018] El controlador 140 recibe una corriente de salida del convertidor 130 desde un amperímetro 216, voltaje de salida y un voltaje a través del módulo 110 correspondiente al convertidor 130. El controlador 140 controla la conmutación de los interruptores 202 en función de la corriente de salida y el voltaje del módulo 110 con el fin de regular el voltaje de salida VBajo. En una realización, como se muestra en la Figura 2, el controlador 140 comprende un equilibrador de módulos 210 y uno o más bloques de control de corriente 212.

[0019] El equilibrador de módulos 210 recibe una medida de la entrada de voltaje al convertidor de potencia 130 desde un voltímetro 214 del sistema de gestión de baterías 120. Por ejemplo, si el convertidor de potencia 130 está acoplado a través de un módulo 110 del sistema de distribución de potencia 100 como se muestra en la Figura 2, el equilibrador de módulos 210 recibe el voltaje del módulo del voltímetro 214 acoplado a través del módulo 110. Aunque en la Figura 2 se ilustra cómo el equilibrador de módulos 210 recibe el voltaje de un solo voltímetro 214, el equilibrador de módulos 210 puede recibir el voltaje medido por voltímetros acoplados a través de cada uno de los módulos 110 o conjuntos de módulos 110. El equilibrador de módulos 210 también recibe el voltaje de salida bajo VBajo como retroalimentación. El equilibrador de módulos 210 regula el voltaje de salida bajo o la potencia de salida tomando como base la retroalimentación. En una realización, el equilibrador de módulos 210 determina una cantidad de módulos de almacenamiento de energía 110 para permitir alcanzar el voltaje de salida bajo VBajo deseado y genera una entrada de señal de control a uno o más bloques de control de corriente 212 para activar el número seleccionado de módulos 110.

[0020] Puesto que los módulos de almacenamiento de energía 110 pueden tener diferentes estados de carga en un momento determinado debido a la variabilidad en la resistencia interna y a las diferentes cantidades de capacidad de almacenamiento de energía, el equilibrador de módulos 210 permite de forma selectiva a los convertidores de potencia 130 equilibrar los módulos 110 durante el funcionamiento del sistema de distribución de energía 100. El equilibrador de módulos 210 equilibra los módulos 110 mediante la activación selectiva de los convertidores de potencia 130 en función de los estados de carga de los módulos 110. En una realización, el equilibrador de módulos 210 recibe los estados de carga de los módulos 110 de los sistemas de gestión de baterías 120 y activa uno o más convertidores de potencia 130 correspondientes a módulos 110 que tienen estados de carga más altos. Sin embargo, como los sistemas de gestión de baterías 120 pueden no estar configurados para medir directamente los estados de carga de los módulos 110, una realización del equilibrador de módulos 210 calcula los estados de carga basándose en la salida de corriente de los convertidores de potencia 130. Por ejemplo, el equilibrador de módulos 210 determina una cantidad de carga extraída de los módulos 110 correspondiente a cada convertidor de potencia 130 basándose en la salida de corriente del convertidor de potencia 130 a lo largo del tiempo. En la presente invención, el equilibrador de módulos 210 activa los convertidores de potencia 130 durante periodos de tiempo iguales. Por ejemplo, el equilibrador de módulos 210 realiza un seguimiento de la cantidad de tiempo que cada uno de los convertidores de potencia 130 está activado y rota a través de los convertidores de potencia 130 para activar los convertidores de potencia 130 durante aproximadamente el mismo periodo de tiempo. Se describe una realización de un proceso para equilibrar los módulos 110 haciendo referencia a la Figura 4.

[0021] El circuito de control de corriente 212 recibe la señal de control generada por el equilibrador de módulos 210 para activar de forma selectiva uno o más de los convertidores de potencia 130. Basándose en la señal de control, el circuito de control de corriente 212 genera señales de control para encender y apagar los interruptores 202 del convertidor de potencia 130. Por ejemplo, si el equilibrador de módulos 210 genera una señal de control para activar un convertidor de potencia particular 130, el circuito de control de corriente 212 genera señales para encender y apagar los interruptores 202 como respuesta a la recepción de la señal de control. En una realización, el controlador 140 incluye un circuito de control de corriente 212 para cada convertidor de potencia 130 del sistema de distribución de energía 100. El circuito de control de corriente 212 recibe una señal proveniente del amperímetro 216 que indica la salida de corriente del convertidor de potencia 130. El circuito de control de corriente 212 impulsa los interruptores 202 para regular la salida de corriente del convertidor de potencia 130.

[0022] En una realización, el circuito de control de corriente 212 regula la corriente de salida de cada uno de los convertidores de potencia 130 para operar cada convertidor de potencia 130 dentro de un área operativa deseada. La Figura 3 es un gráfico en el que se ilustra un ejemplo de área operativa deseada 302. Como se muestra en la Figura 3, la eficiencia del convertidor de potencia 130 es una función de la corriente de salida. El circuito de control de corriente 212 regula la salida de corriente para operar entre un umbral de corriente inferior 304 y un umbral de corriente superior 306. En una realización, el umbral de corriente inferior 304 es la salida de corriente en la que la eficiencia del convertidor 130 desciende por debajo de un umbral de eficiencia 308. El umbral superior de corriente 306 puede ser un valor superior para la salida de corriente del convertidor de potencia 130 o una salida de corriente en la que la eficiencia del convertidor 130 cae por debajo de una eficiencia de umbral. Los umbrales superior e inferior de corriente pueden definirse alternativamente de muchas otras formas.

[0023] Como se ha descrito anteriormente, el controlador 140 permite de forma selectiva que los convertidores de potencia 130 emitan un bajo voltaje VBajo desde uno o más de los módulos de almacenamiento de energía 110. En la Figura 4 se muestra una realización de un método utilizado por el controlador 140 para controlar los convertidores de potencia 130. En la realización ilustrada en la Figura 4, el controlador 140 activa de forma selectiva los convertidores de potencia 130 basándose en una cantidad de carga extraída de los módulos 110 como una estimación del estado de carga de cada uno de los módulos 110. En otras realizaciones, el controlador 140 utiliza otras propiedades de los módulos 110 para activar de forma selectiva los convertidores 130. Por ejemplo, una realización del controlador 140 recibe un estado de carga de cada módulo 110 proveniente del sistema de gestión de baterías 120 correspondiente al módulo 110 y determina los convertidores de potencia 130 que se activarán y los que se desactivarán para proporcionar un voltaje de salida bajo VBajo deseado.

[0024] Por lo que respecta a la Figura 4, el controlador 140 determina 401, basándose en el proceso de carga y equilibrio de la carga de la batería, un estado inicial de carga. El controlador 140 posteriormente determina 402 la cantidad de energía extraída de cada uno de los módulos 110. En una realización, el controlador 140 realiza un seguimiento de la salida de corriente de cada módulo 110 a medida que el controlador 140 impulsa los módulos 110 para suministrar un voltaje de salida bajo y determina el estado de carga del módulo mediante la sustracción de la cantidad de energía extraída de los módulos 110 del estado de carga estimado durante la última vez que se cargaron los módulos 110.

[0025] Basándose en la cantidad de corriente extraída de cada uno de los módulos 110, el controlador 140 activa 404 uno o más convertidores de potencia 130 correspondientes a los módulos 110 que tienen menores cantidades de carga extraídas. Por ejemplo, el controlador 140 clasifica una matriz correspondiente a los módulos 110 según la cantidad de carga extraída de cada uno de los módulos y selecciona uno o más de los módulos 110 de la matriz que tiene la salida de carga más baja. Alternativamente, si el controlador 140 tiene una estimación del estado de carga de los módulos 110, el controlador 140 activa uno o más convertidores de potencia 130 correspondientes a los módulos 110 que tienen los estados de carga estimados más altos.

[0026] El controlador 140 mide 406 la salida de corriente de los convertidores activados y compara la corriente de salida con los valores de umbral superior e inferior. Si la salida de corriente es mayor 408 que el umbral superior, el controlador 140 aumenta 410 el número de convertidores activados para disminuir la corriente aportada por cada módulo activado 110. Por el contrario, si la salida de corriente es menor que el umbral superior y menor que el umbral inferior 412, el controlador 140 disminuye 414 el número de convertidores activados para aumentar la corriente aportada por cada módulo activado 110. Si la salida de corriente se encuentra entre los umbrales superior e inferior, el controlador 140 continúa realizando un seguimiento de la salida de corriente e incrementa o disminuye el número de convertidores de potencia activados 130 si la corriente de salida no se encuentra entre los umbrales. Por consiguiente, el controlador 140 mantiene la corriente de salida de los convertidores de potencia activados 130 entre los umbrales superior e inferior, como por ejemplo los umbrales superior e inferior 306 y 304 que definen el rango operativo deseado 302 que se muestra en la Figura 3.

[0027] Aunque en el presente se han ilustrado y descrito realizaciones y aplicaciones particulares, deberá entenderse que las realizaciones no se limitan a la construcción y los componentes precisos que se describen en el presente y que se pueden realizar diversas modificaciones, cambios y variaciones en la disposición, operación y detalles de los métodos y aparatos de las realizaciones sin abandonar el ámbito de las realizaciones, tal y como se definen en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema de distribución de energía (100) que comprende:

una pluralidad de módulos de almacenamiento de energía (110) acoplados en serie;

una pluralidad de convertidores de potencia eléctricamente aislados (130), cada uno de ellos acoplado a través de uno o más de los módulos de almacenamiento de energía; los convertidores de potencia, cuando están activados, están configurados para proporcionar una salida de bajo voltaje a una salida del sistema de distribución de energía; y

un sistema de control (140) que controla los convertidores de potencia para proporcionar la salida de bajo voltaje, estando configurado el sistema de control para activar de forma selectiva uno o más de los convertidores de potencia a fin de equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía, en donde el sistema de control está configurado para equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía (110), incluido mediante:

el seguimiento de una salida de corriente proveniente de un primer convertidor de potencia activado de forma selectiva (130A), en el convertidor o los convertidores de potencia activados de forma selectiva (130A, 130B, 130C), a fin de obtener una salida de corriente del primer convertidor de potencia;

el seguimiento de una salida de corriente proveniente de un segundo convertidor de potencia activado de forma selectiva (130B), en el convertidor o los convertidores de potencia activados de forma selectiva, a fin de obtener una salida de corriente del segundo convertidor de potencia;

la activación del primer convertidor de potencia activado de forma selectiva durante una primera duración de tiempo; y

la activación del segundo convertidor de potencia activado de forma selectiva durante una segunda duración de tiempo, en donde un primer producto de la salida de corriente del primer convertidor de potencia por la primera duración de tiempo es sustancialmente igual a un segundo producto de la salida de corriente del segundo convertidor de potencia por la segunda duración de tiempo.

2. El sistema de distribución de energía (100) de la reivindicación 1, en donde el sistema de control (140) está configurado para activar de forma selectiva el convertidor o los convertidores de potencia (130) en función de la salida de corriente mediante:

la determinación de una cantidad de carga extraída de los módulos de almacenamiento de energía (110) en función de la salida de corriente de los convertidores de potencia; y

la activación de uno o más convertidores de potencia correspondientes a módulos de almacenamiento de energía que tienen menores cantidades de carga extraídas.

3. El sistema de distribución de energía (100) de la reivindicación 1, en donde el sistema de control (140) está configurado para activar de forma selectiva los convertidores de potencia (130) a fin de mantener la salida de corriente dentro de un rango operativo deseado del convertidor de potencia.

4. El sistema de distribución de energía (100) de la reivindicación 3, en donde el sistema de control (140) está configurado para mantener la salida de corriente dentro del rango operativo deseado del convertidor de potencia (130) mediante:

el incremento de un número de convertidores de potencia activados como respuesta a que la salida de corriente esté por encima de un umbral superior del rango operativo deseado; y

la disminución del número de convertidores de potencia activados como respuesta a que la salida de corriente esté por debajo de un umbral inferior del rango operativo deseado.

5. El sistema de distribución de energía (100) de la reivindicación 1, en donde el sistema de control (140) está configurado para equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía (110) mediante: la determinación de un estado de carga de los módulos de almacenamiento de energía; y

la activación selectiva de uno o más convertidores de potencia (130) correspondientes a módulos de almacenamiento de energía que tienen estados de carga más altos.

6. El sistema de distribución de energía (100) de la reivindicación 1, en donde el sistema de control (140) está configurado para equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía (110) mediante: el seguimiento de una salida de corriente de cada módulo de almacenamiento de energía;

el seguimiento de la duración del periodo de tiempo en el que cada convertidor de potencia (130) está activado; y

la activación selectiva de los convertidores de potencia de forma que el producto de la cantidad de corriente de salida por la duración de su activación sea sustancialmente igual en todos los módulos.

7. El sistema de distribución de energía (100) de la reivindicación 1, en donde cada uno de los convertidores de potencia (130) comprende:

un transformador (204) que incluye una bobina primaria y una bobina secundaria, estando la bobina primaria acoplada al módulo o los módulos de almacenamiento de energía (110) correspondientes al convertidor de potencia y estando la bobina secundaria acoplada a la salida del sistema de distribución de energía; y

uno o más diodos acoplados entre la bobina secundaria y la salida del sistema de distribución de energía.

8. Un método para regular una salida de bajo voltaje de un sistema de distribución de energía (100), el cual comprende:

el suministro del sistema de distribución de energía, en donde el sistema de distribución de energía comprende:

una pluralidad de módulos de almacenamiento de energía (110) acoplados en serie; una pluralidad de convertidores de potencia eléctricamente aislados (130), cada uno de ellos acoplado a través de uno o más de los módulos de almacenamiento de energía; los convertidores de potencia, cuando están activados, están configurados para proporcionar una salida de bajo voltaje a una salida del sistema de distribución de energía; y

un sistema de control (140) que controla los convertidores de potencia para proporcionar la salida de bajo voltaje; y

la activación selectiva de uno o más de los convertidores de potencia para equilibrar los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía, en donde el equilibrio de los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía (110) incluye:

el seguimiento de una salida de corriente proveniente de un segundo convertidor de potencia activado de forma selectiva (130B), en el convertidor o los convertidores de potencia activados de forma selectiva (130A, 130B, 130C), a fin de obtener una salida de corriente del segundo convertidor de potencia;

9. El método de la reivindicación 8, en donde la activación selectiva de convertidores de potencia (130) en función de la salida de corriente comprende:

la activación de uno o más convertidores de potencia correspondientes a módulos de almacenamiento de energía que tienen cantidades más bajas de carga extraídas.

10. El método de la reivindicación 8, que además comprende la activación selectiva de los convertidores de potencia (130) para mantener la salida de corriente dentro de un rango operativo deseado del convertidor de potencia.

11. El método de la reivindicación 10, en donde el mantenimiento de la salida de corriente dentro del rango operativo deseado del convertidor de potencia (130) comprende:

12. El método de la reivindicación 8, en donde se equilibran los estados de carga de los módulos de almacenamiento de energía (110) mediante:

la determinación de un estado de carga de los módulos de almacenamiento de energía; y

13. El método de la reivindicación 8, en el que el equilibrio de la salida de energía de los módulos de almacenamiento de energía (110) comprende:

el seguimiento de una salida de corriente de cada módulo de almacenamiento de energía;

el seguimiento de un periodo de tiempo durante el que cada convertidor de potencia (130) está activado; y la activación selectiva de los convertidores de potencia de forma que un producto de la cantidad de corriente de salida por la duración de su activación sea sustancialmente igual en todos los módulos.