ES2975858T3 - Sistemas y métodos de carga y de formación de baterías en serie - Google Patents

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Abstract

En el presente documento se describen sistemas y métodos para cargar y descargar una pluralidad de baterías. En algunas realizaciones, un sistema incluye un módulo de batería, un sistema de almacenamiento de energía acoplado eléctricamente al módulo de batería, una fuente de energía y un controlador. El sistema de almacenamiento de energía es operable en un primer estado operativo en el que se transfiere energía desde el sistema de almacenamiento de energía al módulo de batería para cargar el módulo de batería, y un segundo estado operativo en el que se transfiere energía desde el módulo de batería al sistema de almacenamiento de energía. para descargar el módulo de batería. La fuente de energía está acoplada eléctricamente al sistema de almacenamiento de energía y está configurada para transferir energía desde la fuente de energía al sistema de almacenamiento de energía en función de una cantidad de energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía. El controlador está acoplado operativamente al módulo de batería y está configurado para monitorear y controlar el estado de carga del módulo de batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistemas y métodos de carga y de formación de baterías en serie
Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica la prioridad y el beneficio de la solicitud provisional de EE. UU. N.° 62/063.167, presentada el 13 de octubre de 2014 y titulada "Systems and Methods for Series Battery Charging".
Antecedentes
Las realizaciones descritas en el presente documento se refieren en general a sistemas y a métodos para cargar una o más baterías y, más particularmente, a sistemas y métodos para cargar una pluralidad de baterías que están acopladas entre sí en serie.
La etapa final en un proceso de fabricación de baterías recargables normalmente incluye una etapa de formación de la batería. La formación de células es el proceso de transformación de los materiales activos de una nueva célula en su forma utilizable. La estructura cristalina inicial del electrolito o de los electrodos viene determinada por el proceso de fabricación mediante el cual se fabricaron estos componentes y el proceso de formación de los electrodos, que puede no ser la estructura óptima para minimizar la impedancia interna de la célula y puede no proporcionar un contacto óptimo entre el electrolito y los electrodos. El paso de corriente a través de la célula, y el calentamiento y enfriamiento de la célula, provocan pequeños cambios en la microestructura o morfología de los productos químicos activos, y crea una interfaz de electrolito sólido (SEI, por sus siglas en inglés) estable que también puede pasivar la interfaz electrodo-electrolito, así como prevenir reacciones secundarias. Por lo general se llevan a cabo varios ciclos de carga y descarga de las baterías para garantizar que la capacidad y el rendimiento de las baterías cumplan con las especificaciones requeridas. Durante la carga y descarga, las baterías normalmente se supervisan y controlan debido a la alta densidad energética involucrada en los procesos. Los sistemas y módulos de baterías existentes suelen llevar integrados electrónica de detección de tensión, detección de temperatura y control de seguridad. Por otra parte, los módulos y paquetes de baterías normalmente se ensamblan e integran usando células ya formadas.
El documento US2010164437 describe un proceso de formación y carga de baterías usando un sistema de carga de batería. El documento US2006152224 divulga un sistema de diagnóstico de batería para supervisar el estado de las células de la batería.
Sumario
En el presente documento se describen sistemas y métodos de carga y descarga de una pluralidad de baterías. En algunas realizaciones, un sistema incluye un módulo de batería, un sistema de almacenamiento de energía acoplado eléctricamente al módulo de batería, una fuente de alimentación y un controlador. El sistema de almacenamiento de energía puede funcionar en un primer estado de funcionamiento en el que la energía se transfiere del sistema de almacenamiento de energía al módulo de batería para cargar el módulo de batería, y un segundo estado de funcionamiento en el que la energía se transfiere del módulo de batería al sistema de almacenamiento de energía para descargar el módulo de batería. La fuente de almacenamiento está acoplada eléctricamente al sistema de almacenamiento de energía y está configurada para transferir energía de la fuente de alimentación al sistema de almacenamiento de energía en función de una cantidad de energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía. El controlador está acoplado operativamente al módulo de batería y está configurado para supervisar y controlar un estado de carga del módulo de batería.
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es una ilustración esquemática de sistemas de formación de baterías, según diversas realizaciones.
La FIG. 2 muestra módulos de batería que se pueden usar en un sistema de formación de baterías como el que se muestra en la FIG. 1.
La FIG. 3 muestra sistemas de formación de baterías con baterías en serie, según diversas realizaciones.
La FIG.4 es un diagrama de flujo que ilustra métodos de formación de baterías, según diversas realizaciones.
La FIG. 5 muestra un diagrama de flujo que ilustra métodos de formación de baterías, según diversas realizaciones.
La FIG. 6 ilustra métodos de formación de baterías para una pluralidad de módulos de batería, según diversas realizaciones.
La FIG. 7 muestra un diagrama de flujo de métodos de formación de baterías para baterías en serie, según diversas realizaciones.
Descripción detallada
En el presente documento se describen sistemas y métodos de carga y descarga de una pluralidad de baterías. En algunas realizaciones, un sistema incluye un módulo de batería, un sistema de almacenamiento de energía acoplado eléctricamente al módulo de batería, una fuente de alimentación y un controlador. El sistema de almacenamiento de energía puede funcionar en un primer estado de funcionamiento en el que la energía se transfiere del sistema de almacenamiento de energía al módulo de batería para cargar el módulo de batería, y un segundo estado de funcionamiento en el que la energía se transfiere del módulo de batería al sistema de almacenamiento de energía para descargar el módulo de batería. La fuente de almacenamiento está acoplada eléctricamente al sistema de almacenamiento de energía y está configurada para transferir energía de la fuente de alimentación al sistema de almacenamiento de energía en función de una cantidad de energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía. El controlador está acoplado operativamente al módulo de batería y está configurado para supervisar y controlar un estado de carga del módulo de batería. En algunas realizaciones, el módulo de batería puede incluir una pluralidad de baterías conectadas en serie. En algunas realizaciones, el sistema puede incluir además un dispositivo de fijación de célula configurado para conectar una pluralidad de baterías en serie.
En algunas otras realizaciones, un método de formación de baterías incluye transferir energía de un sistema de almacenamiento de energía a un primer módulo de batería para cargar el primer módulo de batería, supervisar un estado de carga del primer módulo de batería con un primer controlador acoplado operativamente al primer módulo de batería, transferir energía del primer módulo de batería al sistema de almacenamiento de energía para descargar el primer módulo de batería, transferir energía del sistema de almacenamiento de energía al segundo módulo de batería para cargar el segundo módulo de batería, y supervisar un estado de carga del segundo módulo de batería con un segundo controlador acoplado operativamente al segundo módulo de batería. En algunas realizaciones, el método de formación puede incluir además supervisar una cantidad de energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía, y transferir energía de una fuente de energía al sistema de almacenamiento de energía si la cantidad de energía almacenada cae por debajo de un valor umbral. En algunas realizaciones, la energía se transfiere del sistema de almacenamiento de energía al primer módulo de batería durante un primer período de tiempo, la energía se transfiere del primer módulo de batería durante un segundo período de tiempo y la energía se transfiere del sistema de almacenamiento de energía al segundo módulo de batería durante un tercer período de tiempo. Al menos una parte del primer período de tiempo puede coincidir con al menos una parte del tercer período de tiempo. Al menos una parte del segundo período de tiempo puede coincidir con al menos una parte del tercer período de tiempo.
Como se usa en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un", "una/uno" y "el/la" incluyen referentes en plural a menos que el contexto dicte claramente lo contrario. De este modo, por ejemplo, la expresión "un miembro" pretende significar un solo miembro o una combinación de miembros, "un material" pretende significar uno o más materiales, o una combinación de los mismos.
Como se usa en el presente documento, el término "conjunto" puede referirse a múltiples características o a una característica singular con múltiples partes. Por ejemplo, cuando se hace referencia a un conjunto de módulos de batería, el conjunto de módulos puede considerarse como un módulo con partes distintas (por ejemplo, dispositivos de fijación de célula, cables, conectores, etc.), o el conjunto de módulos puede considerarse como módulos múltiples. Dicho de manera similar, un elemento construido monolíticamente puede incluir un conjunto de módulos. Un conjunto de módulos de este tipo puede incluir, por ejemplo, múltiples partes que son discontinuas entre sí. También se puede fabricar un conjunto de módulos a partir de múltiples elementos que se producen por separado y que luego se unen (por ejemplo, mediante una soldadura, un adhesivo o cualquier método adecuado).
Como se usa en el presente documento, los términos "aproximadamente", "de manera aproxima" y "sustancialmente", cuando se usan en relación con un valor numérico, pretenden transmitir que el valor así definido es nominalmente el valor indicado. Dicho de otra manera, los términos aproximadamente, de manera aproximada y sustancialmente cuando se usan en relación con un valor numérico generalmente incluyen el valor indicado más o menos una tolerancia dada. Por ejemplo, en algunos casos, una tolerancia adecuada puede ser más o menos el 10%del valor indicado; por tanto, aproximadamente 0,5 incluiría 0,45 y 0,55, aproximadamente 10 incluiría de 9 a 11, aproximadamente 1000 incluiría de 900 a 1100. En otros casos, una tolerancia adecuada puede ser más o menos un porcentaje aceptable de la última cifra significativa del valor indicado. Por ejemplo, una tolerancia adecuada puede ser más o menos el 10 % de la última cifra significativa; por tanto, aproximadamente 10,1 incluiría 10,09 y 10,11, aproximadamente 25 incluiría 24,5 y 25,5. Dicha variación puede ser resultado de tolerancias de fabricación o de otras consideraciones prácticas (tales como, por ejemplo, tolerancias asociadas con un instrumento de medición, error humano aceptable o similares).
Las baterías o células recargables suelen fabricarse con compuestos químicos electrónicamente inertes. Una vez que las baterías están completamente ensambladas, los compuestos electrónicamente inertes se convierten en especies electroactivas en un proceso conocido como formación (también denominado en el presente documento "formación de baterías", "formación de células" y/o "formación de módulos"). La formación es esencialmente la primera carga que se lleva a cabo en la planta del fabricante de la célula bajo condiciones cuidadosamente controladas de corriente, temperatura y duración para crear la microestructura deseada de los componentes y el contacto entre ellos. El proceso de formación generalmente se puede dividir en dos fases. Primero, se aplica una corriente constante a la célula o batería hasta un límite de tensión predeterminado. Una vez que se alcanza el límite de tensión predeterminado, la tensión se mantiene en un valor constante y la corriente aplicada disminuye hasta un valor bajo. El proceso de formación puede entonces finalizar en función de un número total de amperios-hora aplicados a la célula o grupo de células, o en función de un límite de corriente, ya que la corriente de carga disminuye con la resistencia interna de la célula.
En los sistemas convencionales, la formación de baterías normalmente se realiza con una célula por canal y a velocidades lentas como C/10 (es decir, 1/10 de la clasificación A-h de la célula). Los canales suelen estar conectados entre sí en paralelo de modo que haya una tensión constante en todas las células. Esta disposición paralela puede tener varios inconvenientes. Por ejemplo, la construcción de un sistema de carga y descarga en paralelo suele requerir grandes gatos de inversión iniciales, ya que cada canal del sistema es independiente del otro y la carga se produce a velocidades muy lentas. De manera similar, los canales independientes pueden requerir componentes auxiliares adicionales (por ejemplo, sistema de diagnóstico, transmisión de datos, control de batería, cantidad masiva de contenedores de células individuales, etc.) para soportar y gestionar la gran cantidad de canales simultáneamente. Es más, dado que se aplica la misma tensión a todas las baterías, puede resultar difícil evitar una sobrecarga o infracarga, lo que influye negativamente en el rendimiento de la planta de fabricación de células.
La formación de células también puede ser un proceso que consume mucha energía y puede provocar importantes problemas de consumo de energía en una planta de fabricación de células. Por ejemplo, si una fábrica tiene como objetivo producir 500 MWh de capacidad de batería por año, el proceso de formación por sí solo puede consumir más de 500 MWh de energía por año, ya que cada batería normalmente pasa por al menos un ciclo completo de carga y descarga. Dicho de otra manera, la energía consumida durante el proceso de carga suele descargarse y disiparse en forma de calor durante la prueba de capacidad de la batería, generando por lo tanto un derroche de energía. Con algunas formulaciones químicas, pueden ser necesarios diez ciclos de carga y descarga o más antes de que la batería sea capaz de proporcionar toda su potencia o capacidad. Por tanto, los problemas de consumo de energía pueden verse exacerbados aún más por ciclos repetitivos de carga y descarga en la formación de baterías, o al analizar la capacidad de la batería para asegurarse de que las baterías cumplan con los requisitos de especificación, o al clasificar las baterías en diferentes categorías para su distribución. Por tanto, la formación de baterías puede requerir mucha energía y mucho capital.
La FIG. 1 muestra un sistema de formación de baterías que puede abordar, al menos parcialmente, los inconvenientes de los sistemas de formación de baterías convencionales. En algunas realizaciones, el sistema 100 de formación de batería incluye una fuente de alimentación 110, un sistema 120 de almacenamiento de energía, uno o más módulos 130 de batería y un controlador 140. Los módulos 130 de batería pueden incluir células individuales, baterías individuales, módulos (por ejemplo, una pluralidad de células individuales que están conectadas, por ejemplo, en serie o en paralelo), o un paquete de baterías (por ejemplo, una pluralidad de módulos que están conectados, por ejemplo, en serie o paralelo) para formar el módulo 130. Por ejemplo, el módulo 130 de batería puede incluir 12 baterías conectadas en serie, cada una de las cuales tiene una tensión específica de 1,5 V, para formar un módulo de 18 voltios. En otro ejemplo, el módulo 130 de batería puede incluir cuatro células de iones de litio de 3,6 V en serie para lograr 14,4 V y dos cadenas de estas 4 células en paralelo para aumentar la capacidad, por ejemplo, de 2400 mAh a 4800 mAh.
En algunas realizaciones, los módulos 130 de batería pueden incluir un dispositivo de fijación de célula (no mostrado) configurado para conectar una pluralidad de células (también denominadas en el presente documento baterías) para carga y descarga. Por ejemplo, el dispositivo de fijación de célula puede estar configurado para conectar una pluralidad de células en al menos tres configuraciones. En una primera configuración, el dispositivo de célula puede estar configurado para conectar una pluralidad de células en serie de modo que una corriente constante fluye a través de la pluralidad de células para lograr una tensión que sea la suma de cada tensión de célula individual. En una segunda configuración, el dispositivo de fijación de célula está configurado para conectar una pluralidad de células en paralelo de manera que una tensión constante se aplica a través de la pluralidad de células individuales. En esta configuración, una corriente más alta puede transferirse del módulo 130 de batería al sistema 120 de almacenamiento de energía durante la descarga. En una tercera configuración, el dispositivo de fijación de célula puede configurarse para conectar una pluralidad de células en una combinación tanto en serie como en paralelo (también denominada configuración en serie/paralelo). En esta tercera configuración, conjuntos de células están conectados en serie formando cadenas, y luego las cadenas se conectan en paralelo. Esta tercera configuración "híbrida" puede permitir flexibilidad de diseño para cargar una pluralidad de baterías de diferentes especificaciones.
En algunas realizaciones, los dispositivos de fijación de célula pueden reemplazarse o complementarse con estaciones de acoplamiento (no mostradas) para permitir una carga inalámbrica de los módulos 130 de batería. Dado que los conectores eléctricos en las estaciones de acoplamiento pueden estar bien sellados, una carga inductiva puede estar libre de corrosión o peligros inducidos por oxígeno, agua o productos químicos, entre otros.
El sistema 120 de almacenamiento de energía está acoplado eléctricamente a los módulos 130 de batería y está configurado para permitir una transferencia bidireccional de energía entre el sistema 120 de almacenamiento de energía y los módulos 130 de batería. En un estado de funcionamiento, el sistema 120 de almacenamiento de energía está configurado para transferir energía del sistema 120 de almacenamiento de energía a los módulos 130 de batería para cargar los módulos 130 de batería. En un segundo estado de funcionamiento, el sistema 120 de almacenamiento de energía está configurado para transferir energía de los módulos 130 de batería al sistema 120 de almacenamiento de energía para descargar los módulos 130 de batería. La energía transferida de los módulos 130 de batería al sistema 120 de almacenamiento de energía puede almacenarse para un uso futuro que incluye, por ejemplo, recargar los módulos 130 de batería para la formación o análisis de la batería. Mediante el reciclaje de la energía procedente de la descarga de la batería, se puede reducir el consumo de energía del sistema 100 de formación de batería y, por tanto, del proceso general de fabricación de la batería.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede configurarse para cargar una pluralidad de módulos 130 de batería sustancialmente al mismo tiempo, y luego descargar posteriormente la misma pluralidad de módulos 130 de batería. En algunas realizaciones, el sistema de almacenamiento de energía puede configurarse para cargar un primer módulo 130 de batería (o un primer conjunto de módulos 130 de batería) y descargar un segundo módulo 130 de batería (o un segundo conjunto de módulos 130 de batería) sustancialmente al mismo tiempo. El sistema 120 de almacenamiento de energía puede configurarse para cargar y/o descargar cualquier número de módulos 130 de batería sustancialmente al mismo tiempo. Dicho de otra manera, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede acoplarse eléctricamente a una pluralidad de módulos 130 de batería individuales, o una pluralidad de conjuntos de módulos 130 de batería, y cada módulo 130 o conjunto de módulos de batería puede cargarse o descargarse independientemente del estado del resto de la pluralidad de módulos 130.
El sistema 120 de almacenamiento de energía como se usa en el sistema 100 de formación puede seleccionarse entre una variedad de opciones. En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir una o más series de baterías recargables tales como, por ejemplo, iones de litio (ion litio), níquel y cadmio (NiCd), níquel, metal e hidruro (NiMH), ácido de plomo sellado (SLA, por sus siglas en inglés), sulfuro de sodio (NAS) o cualquier otro tipo de baterías recargables conocidas en la técnica. Como se describe en el presente documento, la serie de baterías recargables puede configurarse para suministrar energía al módulo 130 de batería para su carga y recibir y almacenar energía durante la descarga. Las tecnologías actuales pueden producir sistemas 120 de almacenamiento de energía con una capacidad de salida de más de 1 MWh usando células de iones de litio.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir baterías de flujo. Las baterías de flujo permiten que la potencia de las baterías se desacople de la capacidad de las baterías, por lo que los usuarios pueden ajustar las especificaciones de las baterías a aplicaciones y situaciones específicas. Las baterías de flujo usadas para construir el sistema 120 de almacenamiento de energía pueden fabricarse a partir de una o más de las siguientes células: células de flujo de iones de litio, células redox en las que los componentes electroquímicos se disuelven en el electrolito, células híbridas que tienen uno o más componentes electroactivos depositados como una capa sólida, células sin membrana que emplean flujo laminar para experimentar reacciones electroquímicas a fin de almacenar o liberar energía, células orgánicas que pueden usar moléculas basadas en carbono, por ejemplo, ácido 9,10-antraquinona-2,7-disulfónico (AQDS), como portadores de carga, células de metal e hidruro que integran un electrodo de almacenamiento de metal e hidruro en una célula de combustible de membrana de intercambio de protones reversible y células de nanored que usan química de azufre y litio dispuestas en una red de nanopartículas. El medio de almacenamiento de energía en las baterías de flujo puede ser, por ejemplo, bromo-hidrógeno, hierroestaño, hierro-titanio, hierro-cromo, vanadio-vanadio (sulfato), vanadio-vanadio (bromuro), polisulfuro de sodio/bromo, zinc-bromo, plomo-ácido, zinc-cerio, o sus combinaciones.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir uno o más condensadores eléctricos de doble capa (EDLC, por sus siglas en inglés), condensadores de iones de litio o condensadores híbridos, que pueden emplear dos mecanismos de almacenamiento de energía. El primer mecanismo de almacenamiento puede ser un almacenamiento electrostático de la energía eléctrica logrado mediante la separación de carga en una doble capa de Helmholtz en la interfaz entre la superficie de un electrodo conductor y un electrolito de solución electrolítica. La distancia de separación en la estructura de doble capa puede ser inferior a 1 nanómetro. Adicionalmente, la energía puede ser almacenada y liberada a través de reacciones electroquímicas, más específicamente, reacción redox tipo electrosorción o intercalación en la superficie del electrodo mediante iones específicamente absorbidos que dan como resultado una transferencia de carga faradaica reversible en el electrodo.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir un almacenamiento de energía de volante (FES, por sus siglas en inglés). En este ejemplo, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede almacenar su energía eléctrica como energía mecánica (más específicamente, energía rotacional) acelerando un rotor (volante) a una alta velocidad, y suministrar su energía almacenada usando los volantes giratorios para impulsar un generador de potencia. Se pueden usar cojinetes magnéticos en los rotores para reducir la fricción y, por lo tanto, aumentar la eficiencia del almacenamiento de energía. Se pueden usar materiales compuestos, tales como materiales compuestos de fibra de carbono, para fabricar los rotores para aumentar la relación resistencia a densidad del rotor y aumentar aún más la eficiencia.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir un almacenamiento de energía magnético superconductor (SMES, por sus siglas en inglés) para almacenar y suministrar potencia. El sistema 120 de energía, en este ejemplo, puede comprender una bobina superconductora para almacenar la energía, un sistema de acondicionamiento de potencia para coordinar el almacenamiento y la liberación de potencias, y un sistema de enfriamiento para enfriar la bobina superconductora por debajo de su temperatura crítica superconductora. La energía eléctrica puede ser almacenada en un campo magnético creado por el flujo de corriente continua en la bobina superconductora, que tiene una resistencia casi nula y, por lo tanto, no disminuirá gradualmente la energía almacenada. La liberación de energía magnética a la red eléctrica o al módulo de carga de la batería se puede lograr descargando la bobina.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir un almacenamiento de energía hidroeléctrica (por ejemplo, hidráulica por bombeo). La electricidad se puede almacenar bombeando agua u otros tipos de fluidos a un depósito situado a mayor altitud, y la energía almacenada puede liberarse posteriormente usando los fluidos para impulsar un generador de potencia, de forma similar a la generación de potencia en una central hidroeléctrica.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir un almacenamiento de energía termoeléctrica (TEES, por sus siglas en inglés). Por poner un ejemplo, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede usar la electricidad para calentar un fluido (por ejemplo, aceite), que puede mantenerse a una temperatura alta con bajas pérdidas térmicas. Cuando se necesita liberar energía, el fluido calentado puede impulsar una turbina de vapor, una turbina de gas o similares para generar electricidad, de forma similar a la generación de energía en una central eléctrica de combustible.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir un almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES, por sus siglas en inglés). Por ejemplo, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede usar un compresor para presurizar aire y bombear el aire comprimido a cavernas o tanques de almacenamiento. Cuando se necesita energía, el aire comprimido puede ser liberado, (opcionalmente) calentado y forzado a través de una turbina para generar potencia. El calor generado durante la compresión se puede almacenar y usar durante la expansión para aumentar aún más la eficiencia del almacenamiento. El sistema CAES puede funcionar en varios modos, incluyendo modo adiabático, modo diabático y modo isotérmico, como se entiende fácilmente en la técnica.
En algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede ser un sistema híbrido que combina más de un tipo de esquemas de almacenamiento de energía mencionados anteriormente. Por ejemplo, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede incluir un sistema de batería y células de combustible.
La fuente de almacenamiento 110 está acoplada eléctricamente al sistema 120 de almacenamiento de energía y está configurada para transferir energía de la fuente de alimentación al sistema de almacenamiento de energía en función de una cantidad de energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía. Por ejemplo, la fuente de alimentación 110 puede proporcionar energía de arranque para que el sistema 120 de almacenamiento de energía inicie los ciclos de carga y descarga en los que se recicla esta energía de arranque. Por otra parte, cuando la cantidad de energía disponible en el sistema 120 de almacenamiento de energía cae por debajo de un nivel umbral durante los ciclos de carga y descarga, la fuente de alimentación 110 puede configurarse para transferir energía suplementaria al sistema 120 de almacenamiento de energía para garantizar un correcto funcionamiento del sistema 100 de formación. Dicho de otra manera, la fuente de alimentación 110 puede compensar las pérdidas de energía en el sistema 120 de almacenamiento de energía. Por ejemplo, un sistema 120 de almacenamiento de energía que comprende series de baterías recargables puede perder parte del almacenamiento de energía a través de la generación y disipación de calor. En otro ejemplo, un sistema 120 de almacenamiento de energía que incluye un almacenamiento de energía de volante (FES) puede necesitar potencia de aportación para compensar las pérdidas de energía debidas a la fricción de los volantes.
En algunas realizaciones, la transferencia de energía entre la fuente de alimentación 110 y el sistema 120 de almacenamiento de energía puede configurarse para que sea bidireccional. Por ejemplo, si la fuente de alimentación 110 es una red eléctrica pública, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede usar su energía almacenada para proporcionar potencia a la red durante las horas pico de uso de energía, y luego recibir potencia de "aportación" durante las horas de menor demanda. Dicho de otra manera, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede usarse para equilibrar la carga de la red eléctrica. En otro ejemplo, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede funcionar como fuente de alimentación de respaldo extrayendo energía de las baterías durante un corte de energía inesperado o durante otras emergencias.
En algunas realizaciones, la transferencia de energía entre la fuente de alimentación 110 y el sistema 120 de almacenamiento de energía puede configurarse para que sea unidireccional. Por ejemplo, si la fuente de alimentación 110 es un suministro de energía intermitente (por ejemplo, generación de energía renovable tal como solar, eólica, etc.), puede que no sea posible emplear una transferencia de energía bidireccional. Sin embargo, en algunas realizaciones, el sistema 120 de almacenamiento de energía puede acoplarse eléctricamente a múltiples fuentes de alimentación 110 (por ejemplo, solar, eólica y una red eléctrica) para utilizar energía renovable cuando esté disponible, utilizar energía de la red eléctrica cuando el suministro renovable no esté disponible, e incluso para almacenar y transferir (por ejemplo, equilibrar) energía renovable cuando la producción es mayor que la demanda (por ejemplo, cuando el viento sopla por la noche en el caso de las turbinas eólicas).
El controlador 140 está acoplado operativamente al módulo 130 de batería y está configurado para supervisar y controlar un estado de carga del módulo de batería. Por otra parte, el controlador 140 también puede acoplarse operativamente al sistema 120 de almacenamiento de energía y configurarse para supervisar y controlar un estado de carga del sistema de almacenamiento de energía.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para supervisar y controlar estados de carga en cada nivel del sistema 100. A nivel de sistema, el controlador 140 puede coordinar el sistema 100 con componentes externos, tales como empresas de servicios públicos. Por ejemplo, el controlador 140 puede determinar cuándo y dónde enviar su energía almacenada. A nivel de módulo, el controlador 140 puede coordinar la operación, por ejemplo, entre el módulo 130 de batería, el sistema 120 de almacenamiento de energía y la fuente de alimentación 110. El controlador 140 también puede ajustar el tiempo de carga o descarga, qué módulo de batería cargar o descargar, o cuánta energía almacenar o liberar, entre otros. A nivel de batería, el controlador 140 puede regular cada batería, por ejemplo, para detectar células defectuosas o atípicas, equilibrar células o conectar/desconectar baterías seleccionadas, entre otros, optimizando así el proceso de formación de baterías. Como se usa en el presente documento, una célula atípica es una célula que actúa de manera diferente a otras células durante la carga y/o descarga (por ejemplo, no se puede cargar y/o descargar, o se carga y/o descarga a una velocidad diferente que otras células).
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir dos unidades funcionales: una unidad de diagnóstico (no mostrada) y una unidad de control (no mostrada) para supervisar y controlar los estados de carga, respectivamente. Los estados de carga que pueden ser supervisados y/o controlados por el controlador 140 pueden incluir tensión, temperatura, estado de carga, estado de salud, flujo de refrigerante y corriente, entre otros. La unidad de diagnóstico puede adquirir estados de carga mediante varios métodos. Por ejemplo, en un método químico, los estados de carga pueden derivarse de la gravedad específica o del valor de pH del electrolito. En un método de tensión, la tensión de la batería se puede medir y convertir al estado de carga, usando la curva de descarga de la batería. De manera similar, medir la corriente de la batería e integrar los datos de corriente medidos en el tiempo también puede proporcionar información sobre el estado de carga, al igual que en un método de integración de corriente, también conocido como método de recuento de culombios. Un filtro de Kalman puede ser usado para mejorar la precisión del método de tensión y del método de integración de corriente al interpretar los datos sin procesar de una manera más precisa. Para algunos tipos de baterías, tales como las baterías de NiMH, la presión interna aumenta a medida que las baterías se cargan, permitiendo por lo tanto derivar los estados de carga en función de la presión interna, al igual que en un método de presión.
En algunas realizaciones, los estados de carga adquiridos por la unidad de diagnóstico del controlador 140 pueden usarse para generar señales de control con el fin de que la unidad de control del controlador 140 realice los ajustes correspondientes. Por ejemplo, una tensión superior al promedio en ciertas células puede indicar una posible sobrecarga y puede hacer que la unidad de control desconecte las células por un tiempo. En otro ejemplo, una temperatura fuera de un intervalo predeterminado puede indicar una baja eficiencia de carga o un peligro potencial, en cuyo caso la unidad de control puede actuar en consecuencia para devolver la temperatura al intervalo preestablecido.
En algunas realizaciones, la unidad de control también puede ajustar los estados de carga basándose en una señal externa. Por poner un ejemplo, cuando el sistema 120 de almacenamiento de energía funciona como una fuente de energía de respaldo, el controlador 140 puede cambiar los ciclos de carga en curso a ciclos de descarga durante cortes de energía inesperados. En funcionamiento, el controlador 140 puede integrarse con un software informático para recibir y analizar señales de control procedentes tanto del interior como del exterior del sistema 100 y lograr un funcionamiento automatizado.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede aprovechar los sistemas de gestión de baterías (BMS, por sus siglas en inglés) existentes para supervisar y controlar los estados de carga de las baterías. El BMS, como se usa en el controlador 140, puede incluir uno o más de los siguientes módulos: protección de célula, control de carga, gestión de demanda, determinación del estado de carga (SOC, por sus siglas en inglés), determinación del estado de salud (SOH, por sus siglas en inglés), equilibrado de célula, registro de historial y comunicación, entre otros.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de protección de célula para abordar uno o más de los siguientes eventos o condiciones indeseables: corriente excesiva durante la carga o descarga, cortocircuito, sobretensión (carga), subtensión (superación de los límites preestablecidos de profundidad de descarga), temperatura ambiente alta, sobrecalentamiento (exceso del límite de temperatura de la célula), acumulación de presión dentro de la célula, aislamiento del sistema en caso de accidente y mal uso. El módulo de protección de célula puede proporcionar una supervisión y control útiles para proteger las células de condiciones ambientales o de operación fuera de tolerancia y para proteger al usuario de las consecuencias de los fallos de la batería. La protección puede lograrse, en un primer ejemplo, mediante fusibles térmicos que pueden apagar la batería cuando la temperatura ambiente supera un límite preestablecido. En un segundo ejemplo, pueden usarse termistores para ajustar su resistencia en respuesta a cambios de temperatura. En un tercer ejemplo, pueden usarse fusibles reiniciables para brindar protección contra una sobrecorriente en la batería y reiniciarse una vez eliminadas las condiciones de fallo.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de control de carga, que puede configurar e implementar esquemas de carga para las baterías. Esta unidad de control de carga puede ser especialmente útil para la formación y/o prueba de baterías que requieren más de un ciclo de carga y descarga. El controlador 140 puede configurarse para realizar al menos los siguientes esquemas de carga: carga de tensión constante, carga de corriente constante, carga de corriente decreciente, carga pulsada, carga de eructo (también denominada carga por reflejo o carga por pulsos negativos), carga IUI, carga lenta, carga flotante, carga aleatoria, entre otras.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga de tensión constante, en el que las baterías se cargan con una tensión constante hasta que se alcanza un estado de carga preestablecido. De manera similar, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga de corriente constante, que aplica un flujo de corriente constante a través de las baterías para su carga hasta que las baterías alcanzan un estado de carga preestablecido. Es más, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga de corriente decreciente, que utiliza una fuente de tensión constante no regulada bruta para la carga y la corriente disminuye a medida que aumenta la tensión de la célula.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga pulsada, que alimenta la corriente de carga a la batería en pulsos. La velocidad de carga (basada en la corriente promedio) puede controlarse con precisión variando la anchura de los pulsos, generalmente alrededor de un segundo. Durante el proceso de carga, períodos cortos de reposo de 20 a 30 milisegundos entre pulsos pueden permitir que las acciones químicas en la batería se estabilicen igualando la reacción en toda la masa del electrodo antes de reiniciar la carga. Esto también puede permitir que la reacción química en las baterías siga el ritmo de la velocidad de entrada de energía eléctrica.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga de eructo, que generalmente aplica un pulso de descarga muy corto, típicamente de 2 a 3 veces la corriente de carga durante 5 milisegundos, durante el período de reposo de carga para despolarizar la célula. Estos pulsos pueden desalojar las burbujas de gas que se hayan acumulado en los electrodos durante la carga rápida, acelerando así el proceso de estabilización y, por tanto, el proceso de carga general. La liberación y difusión de las burbujas de gas se conoce como "eructos".
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga IUI. En un esquema de carga IUI típico, la batería se carga primero a una velocidad constante (I) hasta que la tensión de la célula alcanza un valor preestablecido, normalmente una tensión cercana a aquella en la que se produce la formación de gases. Esta primera parte del ciclo de carga se conoce como fase de carga masiva. Al alcanzar la tensión adecuada, la carga cambia a la fase de tensión constante (U) y la corriente extraída por la batería disminuye gradualmente hasta alcanzar otro nivel preestablecido. Esta segunda parte del ciclo completa la carga normal de la batería a una velocidad que disminuye lentamente. Finalmente, la carga cambia nuevamente al modo de corriente constante (I) y la tensión continúa subiendo hasta un nuevo límite preestablecido superior en cuyo momento finaliza la carga. Esta última fase se usa para igualar la carga en las células individuales de la batería y conseguir así maximizar la duración de la batería.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga lenta, que puede compensar la autodescarga de la batería. La velocidad de carga puede variar según la frecuencia y amplitud de la descarga. En algunas aplicaciones, la carga puede diseñarse para pasar al modo de carga lenta cuando la batería está totalmente cargada.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un esquema de carga flotante, en el que la batería y la carga están conectadas permanentemente en paralelo a través de la fuente de carga de DC y se mantienen a un tensión constante por debajo del límite de tensión superior de la batería. Este método se puede usar para sistemas de reserva de energía de emergencia.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar un modo de carga aleatorio, en el que la carga de la batería se realiza de alguna manera aleatoria y/o incontrolada. Este método puede aplicarse a ciertos sistemas 120 de almacenamiento de energía que almacenan energía eléctrica como energía mecánica (por ejemplo, almacenamiento de energía de volante) y suministran su energía almacenada a una velocidad que depende de la velocidad de la rueda. Este método también se puede usar cuando la fuente de alimentación 110 es, por ejemplo, una planta de energía solar que normalmente proporciona energía cuando brilla el sol.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede configurarse para implementar más de un esquema de carga con el fin de mejorar la eficiencia de carga. Por ejemplo, a la carga a tensión constante puede seguirle una carga lenta para compensar la descarga espontánea de las baterías. O bien, la fuente de alimentación 110 puede comprender tanto una planta de energía solar como redes eléctricas, por lo que puede resultar ventajosa una combinación de carga a tensión constante y carga aleatoria.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de gestión de la demanda para optimizar el consumo de energía y reducir la interrupción de los procedimientos de formación o prueba de la batería. Por ejemplo, el controlador 140 puede configurarse para reducir el consumo total de energía suministrando energía solamente a partes del circuito que tienen una demanda inmediata de la misma y ralentizando, o desconectando la energía, a los circuitos que pueden estar temporalmente inactivos.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de estado de carga (SOC). Sin desear quedar ligado a teoría o modo de operación alguno, el estado de carga (SOC) puede ser definido como la capacidad disponible expresada como porcentaje de algunas referencias, que pueden ser, por ejemplo, la capacidad nominal o la capacidad actual. Conocer la cantidad de energía que queda en una batería puede proporcionar una base para regular la carga de la batería.
En algunas realizaciones, el controlador puede incluir un módulo de estado de salud (SOH). El estado de salud (SOH) puede ser definido como una medida de la capacidad de una batería para suministrar su potencia especificada. Conocer el SOH puede resultar especialmente útil para evaluar la disponibilidad de la salida de potencia de emergencia. Sin embargo, el SOH puede ser una medida subjetiva en el sentido de que diferentes personas lo derivan de diferentes parámetros medibles del rendimiento de la batería. El SOH puede ser una estimación más que una medición. En consecuencia, un conjunto coherente de reglas puede resultar útil para que la estimación sea más significativa. Por ejemplo, el SOH puede estimarse usando impedancia o conductancia de la célula como referencia.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de equilibrado de célula. En cadenas de baterías de múltiples células, o módulos de baterías múltiples, las pequeñas diferencias entre las células debido a tolerancias de producción o condiciones de funcionamiento tienden a magnificarse con cada ciclo de carga y descarga. Por ejemplo, las células más débiles se sobrecargan durante la carga, lo que las debilita aún más hasta que acaban fallando. El equilibrado de células es un método para maximizar la capacidad de las células más débiles ralentizando la carga de las células más fuertes de la cadena.
El controlador 140 puede configurarse para realizar el equilibrado de células mediante varios esquemas, incluyendo equilibrado activo, equilibrado pasivo, derivación de carga, limitación de carga y equilibrado sin pérdidas, entre otros. El equilibrado activo de células puede eliminar la carga de una o más células altas y distribuir la carga a una o más células bajas, logrando así la ecualización de las células. Las técnicas de equilibrado pasivo encuentran las células con la carga más alta en el paquete, indicadas por la tensión de célula más alta, y eliminan el exceso de energía a través de una resistencia de derivación hasta que la tensión o la carga coincidan con la tensión de las células más débiles. En un método de derivación de carga, una vez que se ha alcanzado la tensión nominal de una célula, toda la corriente pasa por alto la célula totalmente cargada hasta que las células más débiles alcanzan la tensión máxima. Esto puede ser rápido y permitir el máximo almacenamiento. El método de limitación de carga en el equilibrado de células desconecta el sistema de carga cuando la primera célula alcanza la tensión preestablecida. Este método puede proteger las células pero también puede terminar la carga antes de que todas las células hayan alcanzado la carga completa.
En algunas realizaciones, el módulo de equilibrado de células puede incluir un software informático que, por ejemplo, aumente los períodos de reposo de las células con un SOC más alto hasta que las demás se emparejen, evitando así la sobrecarga. Durante la descarga, sin embargo, los períodos de reposo pueden aumentarse para las células con un SOC más bajo, evitando así la sobredescarga. Dado que no hay exceso de carga que disipar, el método puede no tener pérdidas.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de registro histórico para proporcionar datos históricos sobre el rendimiento de cada batería, especificando así el estado de salud de una manera más precisa. Además del número de ciclos de carga y descarga completados por la batería, también se pueden registrar las condiciones extremas de funcionamiento que experimenta la batería para representar una imagen más completa del rendimiento de la batería. A partir de estos datos, se puede determinar una cifra que representa el SOH usando un promedio ponderado de los parámetros medidos. Los datos de uso (o mal uso) de la batería también se pueden almacenar en la memoria y descargar cuando sea necesario.
En algunas realizaciones, el controlador 140 puede incluir un módulo de comunicación, por ejemplo, para supervisar el rendimiento, registrar datos, establecer parámetros del sistema o transportar señales de control del sistema, entre otros. El módulo de comunicación puede transportar señales a través de una conexión RS232, una conexión EIA-485, un bus de circuito interintegrado (I2C), bus de serie universal (USB), bus de red de área del controlador (CAN), bus de red de gestión local (LIN), bus FlexRay, bus de gestión del sistema (SM), o sus combinaciones.
En algunas realizaciones, los módulos mencionados anteriormente (protección de célula, control de carga, gestión de demanda, determinación del estado de carga (SOC), determinación del estado de salud (SOH), equilibrado de célula, registro histórico y comunicación) se aplican igualmente a los procesos de descarga. Por ejemplo, el controlador 140 puede detectar baterías que tienen una profundidad de descarga (DOD, por sus siglas en inglés) superior a un valor preestablecido y aislar las baterías para evitar la sobredescarga. En otro ejemplo, el módulo de control de carga del controlador 140 también puede implementar varios esquemas de descarga, tales como tensión constante, corriente constante, corriente decreciente, ajustando los circuitos de carga externos.
En algunas realizaciones, los módulos mencionados anteriormente en el controlador 140 pueden acoplarse operativamente a otros componentes del sistema 100 de formación de batería, incluyendo el sistema 120 de almacenamiento de energía y la fuente de alimentación 110, a fin de optimizar el funcionamiento de todo el sistema 100 de formación de batería. Por ejemplo, el módulo de gestión de demanda del controlador 140 puede coordinar la transferencia de energía entre el sistema 120 de almacenamiento de energía y la demanda de energía externa, agilizando el funcionamiento tanto de la formación de baterías como del respaldo de energía.
Haciendo referencia ahora a la FIG. 2, se muestra un módulo 230 de batería que puede usarse en un sistema de formación de batería (por ejemplo, sistema 100 de formación de batería) según una realización ilustrativa. El módulo 230 de batería incluye un par de conectores 231a y 231b (denominados colectivamente conectores 231), un dispositivo 232 de fijación de célula y una unidad de diagnóstico 234. La unidad de diagnóstico 234 puede formar parte de un controlador como el controlador 140 mostrado en la FIG. 1. En algunas realizaciones, puede emplearse como unidad de diagnóstico 234 un sistema de gestión de batería (BMS) existente, o una parte de un BMS. Los conectores 231 conectan el dispositivo 232 de fijación de célula y la unidad de diagnóstico 234 a un sistema de almacenamiento de energía (no mostrado), que puede ser, por ejemplo, similar al sistema 120 de almacenamiento de energía mostrado en la FIG. 1. Por tanto, el sistema de almacenamiento de energía no se describe con más detalle en el presente documento y debe considerarse igual que el sistema 120 de almacenamiento de energía a menos que se indique expresamente lo contrario. Los conectores 231 también pueden conectar los dispositivos 232 de fijación de célula y la unidad de diagnóstico 234 a una unidad de control (no mostrada), que puede tomar los estados de carga adquiridos por la unidad de diagnóstico 234 y actuar en consecuencia ajustando los dispositivos 232 de fijación de célula.
El dispositivo 232 de fijación de célula está acoplado eléctricamente a una pluralidad de baterías 233(1) a 233(N) (denominadas colectivamente 233), donde N es el número de baterías en el dispositivo 232 de fijación de célula. El dispositivo 232 de fijación de célula está configurado para conectar la pluralidad de baterías, por ejemplo, en serie. En algunas realizaciones, el dispositivo 232 de fijación de célula puede incluir una pluralidad de ranuras, cada una de las cuales puede recibir una batería para su carga, con el fin de facilitar la inserción y sustitución de las baterías. En algunas realizaciones, el dispositivo 232 de fijación de célula puede incluir menos ranuras que las baterías a cargar de tal manera que más de una batería puede ser montada en una sola ranura. En algunas realizaciones, el dispositivo 232 de fijación de célula puede incluir una pluralidad de estaciones de acoplamiento para recibir una batería para carga inalámbrica o carga inductiva.
La unidad de diagnóstico 234 (por ejemplo, el BMS) está acoplada eléctricamente al dispositivo 232 de fijación de célula y está configurada para adquirir estados de carga de cada batería en el dispositivo 232 de fijación de célula. La unidad de diagnóstico 234 incluye un módulo 234a de supervisión de tensión, un módulo 234b de equilibrado de célula, un módulo 234c de estado de salud (SOH) y un módulo 234d de supervisión de temperatura.
En algunas realizaciones, el módulo de tensión 234a puede incluir una arquitectura de multiplexación, que conmuta la tensión de cada célula a su vez a una única línea de salida analógica o digital. Se pueden ahorrar costes reduciendo el número de circuitos de control analógico y/o de muestreo digital. Para adquirir un estado de tensión casi simultáneo de cada célula, puede usarse un mecanismo de conmutación de alta velocidad para conmutar la línea de salida a cada célula de modo que todas las células puedan supervisarse antes de que se produzca un cambio de tensión significativo.
En algunas realizaciones, el módulo 234b de equilibrado de célula puede incluir una pluralidad de conmutadores, cada uno de los cuales puede acoplarse eléctricamente a una batería en el dispositivo 232 de fijación de célula. Los conmutadores pueden desconectar determinadas baterías con una tensión superior a un valor preestablecido, o células o baterías problemáticas, y dirigir la carga al resto de baterías con tensiones relativamente más bajas, logrando así un equilibrado activo de las células.
En algunas realizaciones, el módulo 234b de equilibrado de célula puede incluir una pluralidad de resistencias de derivación, cada una de las cuales puede acoplarse a una batería en el dispositivo 232 de fijación de célula. La resistencia de derivación puede eliminar o disipar el exceso de energía de determinadas baterías con una tensión superior a la del resto de baterías, hasta que el resto de baterías se emparejen, consiguiendo así un equilibrado pasivo de las células. La resistencia de derivación también puede eliminar el exceso de carga de ciertas baterías cuando estas baterías están completamente cargadas, hasta que las células más débiles alcancen la carga completa, permitiendo el máximo almacenamiento de energía.
En algunas realizaciones, el módulo 234b de equilibrado de célula puede incluir software informático para realizar una operación automatizada. Por ejemplo, el software puede programarse para aumentar los períodos de reposo de las células con un SOC más alto hasta que las demás se emparejen, evitando así la sobrecarga. Durante la descarga, sin embargo, los períodos de reposo pueden aumentarse para las células con un SOC más bajo, evitando así la sobredescarga. Dado que no hay exceso de carga que disipar, el método puede no tener pérdidas.
En algunas realizaciones, el módulo de SOH 234c puede incluir un procesador, una memoria y un circuito de lógica poco definida para facilitar la adquisición de datos de SOH. El módulo de SOH 234c puede medir varios factores de la batería, incluyendo capacidad, resistencia interna, autodescarga, aceptación de carga, capacidades de descarga, movilidad del electrolito y recuento de ciclos si es posible, para realizar una estimación del SOH a partir de una combinación de estos factores. Estos datos sin procesar pueden ser procesados por el procesador. Para mediciones y estimaciones automatizadas, las condiciones iniciales y las condiciones posteriores, también denominadas "experiencias", pueden ser almacenadas en la memoria. El circuito de lógica poco definida puede combinar las "experiencias" y los datos recién medidos para refinar la estimación basándose en un proceso de aprendizaje.
En algunas realizaciones, el módulo 234d de supervisión de temperatura puede incluir una fuente de corriente alterna (AC) conectada eléctricamente a dos terminales de cada batería. La fuente de AC puede alterar los terminales de la batería con una corriente AC de baja amplitud y crear un cambio de fase en la salida de tensión resultante de la batería. El cambio de fase puede estar directamente relacionado con la temperatura del ánodo y del cátodo de la batería. El módulo 234d de supervisión de temperatura puede medir la temperatura interna de la batería cuando la batería está en condiciones de carga, descarga o reposo. En algunas realizaciones, el módulo 234d de supervisión de temperatura puede supervisar una temperatura general de todo el dispositivo 232 de fijación de célula, o la temperatura de la entrada o salida de aire para el enfriamiento de la batería. En algunas realizaciones, el módulo 234d de supervisión de temperatura puede incluir una pluralidad de termistores que están conectados localmente en posiciones cerca de los terminales de la batería o del cuerpo de la batería para medir directamente la temperatura.
La FIG. 3 muestra un sistema 300 de formación de batería que incluye una fuente de alimentación 310, un sistema 320 de almacenamiento de energía, un par de módulos 330a y 330b de batería (denominados colectivamente 330), un controlador 340 y un convertidor de potencia 350, según una realización. En algunas realizaciones, cualquier número de módulos 330 de batería y controladores 340 (incluyendo una unidad de diagnóstico de BMS como la que se muestra en la FIG. 2) puede acoplarse eléctricamente al sistema 300 de formación de batería (por ejemplo, 3, 4, 5, etc.).
La fuente de alimentación 310 está acoplada eléctricamente al sistema 320 de almacenamiento de energía y configurada para transferir energía de la fuente de alimentación 310 al sistema 320 de almacenamiento de energía para cargar la batería. La fuente de alimentación 310 puede incluir una planta de energía eólica 312, una planta de energía solar 314 y una red eléctrica 316. En algunas realizaciones, la planta de energía eólica 312 puede transferir energía al sistema 320 de transferencia de energía cuando hay abundante viento disponible pero la demanda de energía de la compañía eléctrica es baja. De manera similar, la planta de energía solar 314 puede transferir energía al sistema 320 de almacenamiento de energía durante el día cuando la demanda de energía no es tan alta como la producción de energía. La energía transferida puede usarse para la formación de baterías, o para complementar la red eléctrica 316 durante la noche u otros momentos cuando la demanda de energía excede la producción de energía de la planta de energía eólica 312 o la planta de energía solar 316. En algunas realizaciones, la fuente de alimentación 310 puede ser sustancialmente similar y/o la misma que la fuente de alimentación 110 descrita anteriormente con referencia a la FIG. 1. Por tanto, la fuente de alimentación 310 no se describe con más detalle en el presente documento y debe considerarse igual que la fuente de alimentación 110 a menos que se indique expresamente lo contrario.
El sistema 320 de almacenamiento de energía está acoplado eléctricamente a los módulos 330a y 330b de batería y está configurado para permitir una transferencia bidireccional de energía entre el sistema 320 de almacenamiento de energía y los módulos 330 de batería. En un estado de funcionamiento, el sistema 320 de almacenamiento de energía está configurado para transferir energía del sistema 320 de almacenamiento de energía a los módulos 330 de batería para cargar los módulos 330 de batería. En un segundo estado de funcionamiento, el sistema 320 de almacenamiento de energía está configurado para transferir energía de los módulos 330 de batería al sistema 320 de almacenamiento de energía para descargar los módulos 330 de batería. La energía transferida de los módulos 330 de batería al sistema 320 de almacenamiento de energía puede almacenarse para un uso futuro que incluye, por ejemplo, recargar los módulos 330 de batería para la formación o análisis de la batería. Mediante el reciclaje de la energía procedente de la descarga de la batería, se puede reducir el consumo de energía del sistema 300 de formación de batería y, por tanto, del proceso general de fabricación de la batería.
En algunas realizaciones, el sistema 320 de almacenamiento de energía puede configurarse para cargar una pluralidad de módulos 330 de batería sustancialmente al mismo tiempo, y luego descargar posteriormente la misma pluralidad de módulos 330 de batería. En algunas realizaciones, el sistema de almacenamiento de energía puede configurarse para cargar un primer módulo 330a de batería y descargar un segundo módulo 330b de batería sustancialmente al mismo tiempo.
En algunas realizaciones, el sistema 320 de almacenamiento de energía puede incluir diferentes esquemas de almacenamiento de energía, incluyendo remolques de batería, baterías de flujo, condensadores eléctricos de doble capa, almacenamiento de energía de volante, almacenamiento de energía magnética superconductora, almacenamiento de energía termoeléctrica, almacenamiento de energía hidroeléctrica, almacenamiento de energía de aire comprimido u otros esquemas de almacenamiento de energía conocidos en la técnica. El sistema 320 de almacenamiento de energía también puede emplear una combinación de diferentes esquemas de almacenamiento de energía para mejorar la eficiencia del almacenamiento. En algunas realizaciones, el sistema 320 de almacenamiento de energía puede ser sustancialmente similar y/o igual que el sistema 120 de almacenamiento de energía descrito anteriormente con referencia a la FIG. 1. Por tanto, el sistema 320 de almacenamiento de energía no se describe con más detalle en el presente documento y debe considerarse igual que el sistema 120 de almacenamiento de energía a menos que se indique expresamente lo contrario.
Los módulos 330a y 330b de batería están acoplados eléctricamente al sistema de almacenamiento de energía y configurados para recibir una pluralidad de baterías 333(1) a 333 (N) y conectarlas en serie a través de un dispositivo 332 de fijación de célula. En algunas realizaciones, los dos módulos 330a y 330b de batería pueden tener estructuras idénticas. En algunas otras realizaciones, los dos módulos 330a y 330b de batería pueden tener estructuras ligeramente diferentes. Por ejemplo, el dispositivo 332 de fijación de célula en diferentes módulos de batería puede diseñarse para recibir un número diferente o un tipo diferente de baterías.
Cada módulo 330 de batería está acoplado eléctricamente a un controlador 340, que incluye dos unidades funcionales, una unidad de control 342 y una unidad de diagnóstico 344, para controlar y supervisar los estados de carga de cada batería 333 en el módulo 330 de batería, respectivamente. La unidad de diagnóstico 344, que puede utilizar sistemas de gestión de batería (BMS) existentes, incluye un módulo de supervisión de tensión, un módulo de equilibrado y un módulo de SOH. Los datos adquiridos por la unidad de diagnóstico 344 pueden usarse para generar una señal de control para la unidad de control 342. En algunas realizaciones, la unidad de control 340 incluye una pluralidad de conmutadores 343, cada uno de los cuales está conectado a una batería en el módulo 330 de batería. En algunas realizaciones, pueden emplearse menos conmutadores o ninguno para simplificar el sistema.
En algunas realizaciones, el controlador 340 está configurado para desconectar, a través de los conmutadores 343, ciertas baterías del sistema cuando la tensión de esas baterías alcanza una tensión nominal preestablecida. Los conmutadores 343 también pueden dirigir la carga al resto de baterías con tensiones más bajas para lograr el equilibrado activo de las células. En algunas realizaciones, el controlador 340 está configurado para desconectar temporalmente ciertas baterías cuando la tensión de esas baterías es superior a la del resto de las baterías durante la carga o inferior a la del resto de las baterías durante la descarga. Luego, el controlador 340 puede volver a conectar esas baterías cuando la tensión del resto de las baterías aumenta a un nivel similar. En algunas realizaciones, el controlador 340 puede ser sustancialmente similar y/o igual que el controlador 140 descrito anteriormente con referencia a la FIG. 1. Por tanto, el controlador 340 no se describe con más detalle en el presente documento y debe considerarse igual que el controlador 140 a menos que se indique expresamente lo contrario.
En algunas realizaciones, el sistema 300 de formación de batería puede incluir un convertidor de potencia 350 que está acoplado eléctricamente al sistema 320 de almacenamiento de energía y al módulo 330 de batería, y está configurado para ajustar una tensión de corriente continua (DC) en los estados de funcionamiento primero y segundo del sistema 320 de almacenamiento de energía. En el primer estado de funcionamiento, cuando el sistema 320 de almacenamiento de energía está configurado para transferir energía al módulo 330 de batería para cargar el módulo 330 de batería, el convertidor de potencia 350 puede recibir una tensión del sistema 320 de almacenamiento de energía y convertir la tensión a otra tensión con el fin de satisfacer los requisitos de carga del módulo de batería para la carga. En un segundo estado de funcionamiento, cuando el sistema 320 de almacenamiento de energía está configurado para recibir energía del módulo 330 de batería para descargar el módulo de batería, el convertidor de potencia 350 puede recibir una tensión del módulo 330 de batería y convertir la tensión a otra tensión con el fin de ajustarse a la especificación del sistema 320 de almacenamiento de energía para el almacenamiento de energía. Por ejemplo, el sistema 320 de almacenamiento de energía puede tener una tensión de funcionamiento de 200 V, mientras que el módulo de batería incluye una cadena de 16 baterías de 1,5 V. El convertidor de potencia 350 puede convertir la energía de 200 V del sistema 320 de almacenamiento de energía a 24 V para cargar las baterías, y convertir la energía de 24 V del módulo de batería a 200 V para almacenar la energía en el sistema 320 de almacenamiento de energía.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede ser del tipo aislado, en el que los dos lados del convertidor de potencia 350, lado de entrada y lado de salida, están aislados, por ejemplo, mediante un transformador magnético. El convertidor de potencia de tipo aislado puede mejorar la reducción de ruido y la seguridad durante el funcionamiento. En algunas otras realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede ser del tipo no aislado para mejorar la eficiencia de conversión.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede incluir una conmutación suave, tal como un transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico de potencia (MOSFET, por sus siglas en inglés), o un transistor bipolar de puerta aislada (IGBT, por sus siglas en inglés) en paralelo con un diodo, a fin de lograr la transición de conmutación en condiciones favorables cuando la tensión o la corriente del dispositivo es cero, reduciendo así las pérdidas de conmutación. La conmutación suave también puede reducir el esfuerzo del conmutador, la interferencia electromagnética (EMI, por sus siglas en inglés) y/o el esfuerzo térmico. En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede incluir un(unos) circuito(s) de tanque LC para dar forma a las corrientes y/o tensiones de carga para encender o apagar el convertidor a tensión cero o corriente cero, lo que resulta en un funcionamiento resonante con pérdidas de conmutación insignificantes.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede ser programable para controlar los tiempos de subida y bajada de la tensión y la corriente. Esto permite la construcción de transitorios de DC complejos para implementar diferentes modos de carga, tales como carga de eructo, carga por goteo o carga aleatoria, entre otros.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede incluir una interfaz de salida para proporcionar una señal de temporización de salida. La señal de temporización de salida puede permitir la captura de eventos de precisión y la integración con otros dispositivos. Por ejemplo, el convertidor de potencia 350 puede activar la red eléctrica 316, usando la señal de temporización de salida, para suministrar potencia al sistema 320 de almacenamiento de energía cuando el nivel de energía en el sistema de almacenamiento de energía cae por debajo de un nivel umbral.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede incluir un módulo de control de identificación de tensión (VID, por sus siglas en inglés), que comprende un módulo regulador de tensión (VRM, por sus siglas en inglés) y un procesador. La tensión de alimentación correcta puede ser comunicada por el procesador al VRM en el arranque a través de una serie de bits denominados VID. En concreto, el VRM puede proporcionar inicialmente una tensión de alimentación estándar a la lógica de VID, que puede ser la parte del procesador cuya función es enviar a continuación la VID al VRM. Cuando el VRM ha recibido la VID que identifica la tensión de alimentación requerida, puede proporcionar el suministro de tensión constante necesario al procesador. En lugar de tener una unidad de suministro de energía que genere una tensión fija, el procesador puede utilizar un pequeño conjunto de señales digitales, es decir, las líneas de VID, para indicar a un convertidor de potencia integrado el nivel de tensión deseado.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede incluir un panel de software para facilitar la interacción del usuario con el convertidor de potencia 350. Por ejemplo, el panel de software puede incluir paneles de control gráficos avanzados de Labview, lo que permite un control y una recopilación de datos simples y eficientes.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede incluir un módulo de división de corriente. La división de corriente puede ser una función de control analógico que ajusta la tensión de salida, de modo que puedan ponerse en paralelo varias unidades cuando funcionen en modo de prioridad de tensión o corriente. De este modo, los modelos con la misma tensión nominal pueden dividir la corriente por igual entre las unidades participantes. Por ejemplo, múltiples módulos de batería pueden compartir un convertidor de potencia en un funcionamiento de división de corriente.
En algunas realizaciones, el convertidor de potencia 350 puede emplear un esquema de redundancia N+1, en el que los componentes (N) tienen al menos un componente de respaldo independiente (+1) para garantizar la disponibilidad del sistema en caso de fallo del componente. El componente puede ser, por ejemplo, un transformador o un conector.
En alguna realización, el sistema 300 de formación de batería puede incluir una unidad de visualización de datos, que puede mostrar los estados de carga u otros parámetros para la gestión de la operación. Por ejemplo, la unidad de visualización de datos puede mostrarle a un operador la temperatura, la tensión y/o la corriente de cada batería en un módulo de batería, de modo que el operador pueda identificar posibles células defectuosas o atípicas. En otro ejemplo, el sistema de visualización de datos puede mostrar la demanda de energía de la red eléctrica, lo que permite a un operador cambiar el estado de funcionamiento del sistema de almacenamiento de energía.
En algunas realizaciones, el sistema 300 de formación de batería puede incluir una unidad de alerta, que puede tomar los estados de carga de las baterías y producir una señal de alerta cuando los estados de carga de algunas baterías excedan un intervalo de seguridad. La señal de alerta puede usarse para alimentar la unidad de control 342, que puede, por ejemplo, apagar el sistema durante una emergencia. O bien, la señal de alerta puede ser una señal sonora o visual para recordarle al operador que debe responder.
En algunas realizaciones, el sistema 300 de formación de batería puede incluir una estación de reparación para reparar células o baterías defectuosas o "atípicas". La estación de reparación puede acoplarse operativamente al controlador 340, de modo que cuando el controlador 340 identifica una célula defectuosa o atípica, la estación de reparación puede tomar esa célula para repararla y luego enviar de vuelta la célula reparada al módulo de batería para su carga.
La FIG.4 muestra un método 400 de formación de batería según una realización ilustrativa. En este método, se emplea una fuente de alimentación para transferir cierta energía de arranque a un sistema de almacenamiento de energía, en la etapa 410, para iniciar un procedimiento de formación de batería. En la etapa 420, el sistema de almacenamiento de energía carga un módulo de batería, que puede incluir una pluralidad de baterías. Los estados de carga del módulo de batería pueden supervisarse y controlarse mediante un controlador, permitiendo así determinar si las baterías están completamente cargadas, como en la etapa 430. Si las baterías no están completamente cargadas, el sistema de almacenamiento de energía puede continuar cargando el módulo de batería. Si las baterías están completamente cargadas, el controlador determina en la etapa 440 si es necesaria la descarga de la batería debido, por ejemplo, a requisitos de formación o prueba de la batería. Si la descarga no es necesaria, las baterías completamente cargadas pueden ser transportadas a las siguientes etapas, tales como la selección o clasificación de las baterías en la etapa 450. Si la descarga es necesaria, las baterías se pueden descargar en la etapa 460, en la que la energía descargada se transfiere de nuevo al sistema de almacenamiento de energía. Después de la descarga, el controlador puede determinar en la etapa 470 si la recarga es necesaria para la formación o prueba de la batería, basándose, por ejemplo, en el estado de salud (SOH) de las baterías. Si es así, las baterías pueden enviarse de vuelta a la etapa 420, en la que el sistema de almacenamiento de energía carga las baterías usando la energía de la descarga de las baterías en la etapa 460. Si la recarga de las baterías no es necesaria, las baterías pueden moverse a la etapa 450 para su selección o clasificación.
En algunas realizaciones, el sistema de almacenamiento de energía y el controlador pueden ser sustancialmente similares y/o iguales que el sistema 120 de almacenamiento de energía y el controlador 140 descritos anteriormente con referencia a la FIG. 1. Por tanto, el sistema de almacenamiento de energía y el controlador no se describen con más detalle en el presente documento y deben considerarse iguales que el sistema 120 de almacenamiento de energía y el controlador 140 a menos que se indique expresamente lo contrario.
En algunas realizaciones, la fuente de alimentación puede transferir energía al sistema de almacenamiento de energía durante la carga o descarga de la batería. Por ejemplo, la fuente de alimentación puede proporcionar energía de aportación al sistema de almacenamiento de energía si el controlador detecta que la cantidad de energía en el sistema de almacenamiento de energía cae por debajo de un umbral. En otro ejemplo, durante la descarga, el controlador puede estimar la cantidad de energía que se liberará durante la descarga y determinar si la cantidad de energía es suficiente para la siguiente ronda de carga de la batería. De lo contrario, el controlador puede ordenar a la fuente de alimentación que transfiera energía suplementaria al sistema de almacenamiento de energía.
Haciendo referencia ahora a la FIG. 5, se proporciona un método 500 de carga de batería según una realización ilustrativa. En el método 500, se emplea una fuente de alimentación para transferir energía a un sistema de almacenamiento de energía, en la etapa 510, para iniciar el procedimiento de carga. El sistema de almacenamiento de energía puede entonces cargar un módulo de batería en la etapa 520. Durante la carga, se puede emplear un controlador para supervisar los estados de carga de las baterías, así como cualquier señal de control de empresas de servicios públicos externas, en la etapa 530. Si se necesita energía de aportación debido, por ejemplo, a un corte de energía inesperado o a una baja tasa de producción de energía de una planta de energía solar en días nublados, el controlador puede ordenar al módulo de batería que descargue las baterías y almacene la energía descargada en el sistema de almacenamiento de energía, como en la etapa 540. El sistema de almacenamiento de energía puede entonces complementar la fuente de alimentación para alimentar las empresas de servicios públicos externas transfiriendo la energía almacenada a la fuente de alimentación, en la etapa 550.
En algunas realizaciones, la carga de la batería en la etapa 520 y la transferencia de energía a la fuente de alimentación en la etapa 550 pueden producirse simultáneamente, siempre que la cantidad de energía almacenada en el sistema de almacenamiento de energía sea suficiente. Por ejemplo, la fuente de alimentación puede ser una planta solar, que puede producir abundante energía durante el día mientras la demanda es relativamente baja. La fuente de alimentación puede almacenar el exceso de energía en el sistema de almacenamiento de energía tanto para la carga de la batería como para reserva de la energía.
La FIG. 6 muestra un método 600 de formación de batería que incluye cargar y/o descargar una pluralidad de módulos de batería, según una realización ilustrativa. En este método, primero se emplea una fuente de alimentación para transferir energía a un sistema de almacenamiento de energía para iniciar los procedimientos de formación en la etapa 610, seguido de la carga de una pluralidad de módulos de batería usando el sistema de almacenamiento de energía en la etapa 620. Se emplea un controlador para supervisar los estados de carga de cada módulo de batería y determinar si algún módulo de batería está completamente cargado en la etapa 630. Se puede considerar que un módulo de batería está completamente cargado cuando, por ejemplo, la tensión está por encima de un valor preestablecido. Si no se encuentra ningún módulo completamente cargado en la etapa 630, el sistema de almacenamiento de energía puede continuar cargando los módulos de batería. Por otro lado, si uno o más módulos están completamente cargados, el controlador determina entonces si todos los módulos están completamente cargados en la etapa 640. En caso afirmativo, el controlador puede ordenar a los módulos de batería que descarguen las baterías y almacenen la energía de descarga en el sistema de almacenamiento de energía como en la etapa 650. Si algunos módulos de batería están completamente cargados pero no otros, el controlador puede ordenar al módulo de batería que descargue esos módulos de batería completamente cargados y almacene la energía de descarga en el sistema de almacenamiento de energía, que puede cargar simultáneamente aquellos módulos de batería que no están completamente cargados en la etapa 660.
En algunas realizaciones, el controlador puede descargar y/o cargar selectivamente ciertos módulos de batería completamente cargados en las etapas 650 y/o 660. Por ejemplo, el controlador puede supervisar la capacidad de las baterías en cada módulo de batería y terminar los ciclos de carga/descarga para aquellos módulos de batería que tienen una capacidad superior a un valor preestablecido.
La FIG. 7 muestra un método 700 de formación de batería que incluye cargar una pluralidad de baterías o células de batería, que pueden conectarse, por ejemplo, en serie, según una realización ilustrativa. En este método, se usa un sistema de almacenamiento de energía para cargar las baterías en serie en la etapa 710. Un controlador supervisa el estado de carga de cada batería en la etapa 720. Basándose en los estados de carga adquiridos, el controlador puede identificar células con defectos en la etapa 730. Si no se detecta ninguna célula defectuosa o atípica, el sistema de almacenamiento de energía puede seguir cargando las baterías. En la situación en la que el controlador identifica ciertas células defectuosas o atípicas, el controlador puede entonces aislar las células defectuosas o atípicas del resto de las células en la etapa 740. Las células defectuosas o atípicas se pueden evaluar, en la etapa 750, para determinar si los defectos se pueden corregir mediante un proceso de reparación. Si los defectos no son corregibles, el controlador puede ordenar al sistema de almacenamiento de energía a seguir cargando el resto de las células, mientras que la eliminación de las células defectuosas o atípicas, en la etapa 760. Si, por el contrario, los defectos son corregibles, se puede realizar una etapa de reparación para reparar las células defectuosas o atípicas, seguido de la colocación de las células reparadas de nuevo en el sistema para su carga en la etapa 770.
En algunas realizaciones, las etapas 730, 740 y 750 se pueden realizar en línea sin interrumpir el sistema de formación de la batería. Por ejemplo, la detección de células defectuosas o atípicas puede basarse en la tensión de la batería, que puede evaluarse mediante un método de alteración de corriente AC como se ha descrito anteriormente con referencia a la FIG. 1. En algunas realizaciones, el controlador puede ajustar la tensión de salida del sistema de almacenamiento de energía para facilitar la eliminación de células defectuosas o atípicas y/o la inserción de células fijas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema (300) de formación de batería, que comprende:
una pluralidad de módulos (330) de batería;
un sistema (320) de almacenamiento de energía acoplado eléctricamente a la pluralidad de módulos (330) de batería y configurado para permitir una transferencia bidireccional de energía entre el sistema (320) de almacenamiento de energía y la pluralidad de módulos (330) de batería, el sistema (320) de almacenamiento de energía que puede funcionar en un primer estado de funcionamiento en el que la energía se transfiere del sistema (320) de almacenamiento de energía a la pluralidad de módulos (330) de batería para cargar la pluralidad de módulos (330) de batería, y en un segundo estado de funcionamiento en el que la energía se transfiere de la pluralidad de módulos (330) de batería al sistema (320) de almacenamiento de energía para descargar la pluralidad de módulos (330) de batería; una fuente de alimentación (310) acoplada eléctricamente al sistema (320) de almacenamiento de energía; y un controlador (340) acoplado operativamente a la pluralidad de módulos (330) de batería y al sistema (320) de almacenamiento de energía, y configurado para controlar un estado de carga de la pluralidad de módulos (330) de batería.
2. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema (320) de almacenamiento de energía incluye un almacenamiento de energía hidroeléctrica, almacenamiento de energía termoeléctrica (TEES) o almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES).
3. El sistema de la reivindicación 1, en donde la fuente de alimentación (310) está configurada para transferir energía al sistema (320) de almacenamiento de energía cuando la cantidad de energía almacenada en el sistema (320) de almacenamiento de energía está por debajo de un nivel umbral;
en donde la energía se libera usando un fluido para impulsar un generador de potencia, un fluido calentado para impulsar una turbina o liberando aire comprimido a través de una turbina.
4. El sistema de la reivindicación 1, en donde el controlador (340) está acoplado operativamente al sistema (320) de almacenamiento de energía y está configurado para controlar un estado de carga del sistema (320) de almacenamiento de energía.
5. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema de almacenamiento de energía está configurado para almacenar energía con un condensador eléctrico de doble capa (EDLC), un condensador de iones de litio, un condensador híbrido, un volante y/o una bobina superconductora.
6. El sistema de la reivindicación 1, en donde el sistema (320) de almacenamiento de energía funciona en el primer estado de funcionamiento durante un primer período de tiempo y en el segundo estado de funcionamiento durante un segundo período de tiempo, produciéndose el primer período de tiempo y el segundo período de tiempo sustancialmente al mismo tiempo.
7. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:
un módulo (234c) de estado de salud (SOH) configurado para medir una capacidad de salida de la pluralidad de módulos de batería.
8. El sistema de la reivindicación 1, en donde el controlador (340) incluye un módulo (234b) de equilibrado de célula.
9. El sistema de la reivindicación 1, en donde el módulo (330) de batería incluye además un dispositivo (232) de fijación de célula configurado para acoplarse eléctricamente a una pluralidad de baterías (233), el dispositivo (232) de fijación de célula configurado para conectar la pluralidad de baterías (233) en serie.
10. El sistema de la reivindicación 1, en donde el módulo (330) de batería incluye además un dispositivo (232) de fijación de célula configurado para acoplarse eléctricamente a una pluralidad de baterías (233), el dispositivo (232) de fijación de célula configurado para conectar la pluralidad de baterías (233) en una pluralidad de configuraciones.
11. El sistema de la reivindicación 10, en donde una de la pluralidad de configuraciones es una configuración en serie.
12. El sistema de la reivindicación 1, en donde el controlador (340) comprende una unidad de control (342) y una unidad de diagnóstico (344), la unidad de diagnóstico (344) configurada para generar señales de control con el fin de que la unidad de control (342) realice los ajustes correspondientes.
13. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además:
un convertidor de potencia (350) acoplado eléctricamente al sistema (320) de almacenamiento de energía y al módulo (330) de batería, el convertidor de potencia (350) configurado para ajustar una tensión de corriente continua (DC) en los estados de funcionamiento primero y segundo.
14. El sistema de la reivindicación 1, en donde al menos uno de la pluralidad de módulos (330) de batería incluye una pluralidad de baterías conectadas en serie.
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