ES3035692T3

ES3035692T3 - Switching device and energy storage system

Info

Publication number: ES3035692T3
Application number: ES23180985T
Authority: ES
Inventors: Bálint Tóth; Philipp Lachner
Original assignee: Munich Electrification GmbH
Current assignee: Munich Electrification GmbH
Priority date: 2023-06-22
Filing date: 2023-06-22
Publication date: 2025-09-08
Anticipated expiration: 2043-06-22
Also published as: CN120677547A; EP4481780B1; EP4481780A1; JP2025537437A; EP4481780C0; WO2024260830A1; KR20250135268A

Abstract

La presente invención se refiere a un dispositivo de conmutación capaz de cambiar el estado de conexión de al menos dos baterías de un sistema de almacenamiento de energía de alta tensión entre una conexión en serie y una conexión en paralelo, y a un sistema de almacenamiento de energía que comprende dicho dispositivo. El dispositivo de conmutación (100) comprende una configuración de barras colectoras fijas, que incluye al menos un par de barras colectoras de entrada fijas (140, 142) y un par de barras colectoras de salida fijas (144, 146), y una configuración de barras colectoras móviles, que incluye al menos una barra colectora de conexión (130, 132). El dispositivo de conmutación (100) comprende además al menos un elemento de accionamiento (117), que está configurado para cambiar una posición de la disposición de barras colectoras móviles al menos hacia y desde una primera posición de conmutación y hacia y desde una segunda posición de conmutación, en donde en la primera posición de conmutación, cada una de las barras colectoras de entrada fijas (140, 142) está conectada eléctricamente respectivamente a una de las barras colectoras de salida fijas (144, 146), y en la segunda posición de conmutación, el par de barras colectoras de entrada fijas (140, 142) está conectado eléctricamente entre sí, y en donde la disposición de barras colectoras móviles es girada por el al menos un elemento de accionamiento (117) para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de conmutación y sistema de almacenamiento de energía

La presente invención se refiere a un dispositivo de conmutación, que es capaz de cambiar un estado de conexión de al menos dos baterías de un sistema de almacenamiento de energía de alta tensión entre una conexión en serie y una conexión en paralelo, y a un sistema de almacenamiento de energía que comprende el dispositivo de conmutación.

Con el avanzado desarrollo de los vehículos accionados por baterías, tales como vehículos eléctricos (VE) o vehículos eléctricos híbridos (VEH), los sistemas de almacenamiento de energía de alta tensión son cada vez más comunes en los vehículos. Actualmente, estos sistemas de almacenamiento de energía de alta tensión son normalmente capaces de suministrar tensiones en un intervalo entre 400 V y 1 kV o incluso tensiones superiores. En estos sistemas de alta tensión (AT), el uso de dispositivos contactores para conectar y desconectar circuitos electrónicos en un sistema de almacenamiento de energía es conocido en el estado de la técnica.

Convencionalmente, los dispositivos contactores son capaces de cambiar reversiblemente su estado entre un estado cerrado, donde el flujo de corriente a través del dispositivo contactor es posible y un estado abierto, donde se impide el paso de corriente a través del dispositivo contactor. De forma adicional, es conocido el uso de dispositivos de protección contra sobrecorriente, como los fusibles pirotécnicos, para romper irreversiblemente el suministro de tensión en el sistema de almacenamiento de energía de alta tensión. Esto es, por ejemplo, necesario, cuando se detecta una sobrecorriente importante o un fallo de funcionamiento en los circuitos electrónicos del sistema de almacenamiento de energía o en caso de que un vehículo, que se acciona con la alimentación suministrada por el sistema de almacenamiento de energía, tenga un accidente.

Sin embargo, dependiendo de las aplicaciones, en las que se usa el sistema de almacenamiento de energía, pueden desearse más estados de conmutación. Especialmente, en un vehículo accionado por batería, se utilizan cada vez más baterías de accionamiento de alta tensión, que suministran tensiones en el intervalo de 800 V. Para proporcionar voltajes tan altos, una pluralidad de módulos de batería (o paquetes de baterías) están conectados eléctricamente para formar la batería de alto voltaje. Sin embargo, ya que antes era habitual usar 400 V como tensión de salida de las baterías de accionamiento, muchos cargadores o estaciones de carga sólo son capaces de proporcionar tensiones de carga de hasta 400 V, pero no tensiones más altas y, sobre todo, no tensiones de carga en el intervalo de 800 V. Para resolver este problema, es conocido conectar eléctricamente dos baterías (o cadenas de baterías) de la batería de accionamiento de alta tensión, cada una con una tensión de salida de 400 V, en paralelo para la carga, y conectar eléctricamente las mismas baterías (o cadenas de baterías) en serie para el accionamiento, y, a continuación, emitir una tensión de salida de 800 V.

Sin embargo, con los dispositivos contactores unipolares descritos anteriormente, se necesitan al menos tres dispositivos contactores para conectar eléctricamente dos baterías (o cadenas de baterías) selectivamente en paralelo o en serie. Por lo tanto, se necesitan nuevos dispositivos de conmutación, que permitan una configuración simplificada para conectar eléctricamente dos baterías (o cadenas de baterías) selectivamente en paralelo o en serie.

Por ejemplo, el documento DE 102021 104 142 A1 divulga un dispositivo de conmutación que tiene una disposición de contactos con un primer elemento de contacto y un segundo elemento de contacto para puentear selectivamente interrupciones de dos vías de conmutación del dispositivo de conmutación. La disposición de contactos se mueve mediante un actuador, para conmutar el dispositivo de conmutación entre un primer estado de conmutación, en el que el dispositivo de conmutación es capaz de conectar dos baterías en serie, y un segundo estado de conmutación, en el que el dispositivo de conmutación es capaz de conectar dos baterías en paralelo.

El documento US 2022/311253 A1 divulga un dispositivo de arranque rápido de batería recargable con un sistema de carga por salto, que, por ejemplo, puede cargar secuencialmente varias baterías del dispositivo de arranque rápido con batería recargable. Un interruptor de control de tipo selectivo 12 V/24 V puede conmutarse girando un mando de control para conectar selectivamente dos baterías en paralelo o en serie.

El documento US 3718 848 A divulga un sistema eléctrico de un vehículo, que comprende un primer y un segundo conjunto de baterías y un conmutador selector, que conecta selectivamente los primero y segundo conjuntos de baterías en paralelo o en serie. El conmutador selector incluye dos barras colectoras, que se montan de forma giratoria en relación con una placa de montaje para conectar selectivamente los primero y segundo conjuntos de baterías en paralelo o en serie.

El documento EP 3624228 A1 divulga un aparato de conversión de serie a paralelo, que incluye una placa de entrada conectada a electrodos positivos y electrodos negativos de una pluralidad de celdas de batería, respectivamente, y una placa de salida separada de la placa de entrada y conectada a un terminal externo. Una placa giratoria se interpone rotatoriamente entre la placa de entrada y la placa de salida para conectar eléctricamente la placa de entrada y la placa de salida, en donde la placa giratoria convierte la conexión en serie y la conexión en paralelo de la pluralidad de celdas de la batería mediante la rotación.

El documento EP 1267373 A1 divulga el uso de una transmisión de engranaje de tomillo sin fin en un dispositivo de conmutación.

Sin embargo, los inventores de los presentes inventores han comprobado que aún se puede perfeccionar tal dispositivo de conmutación, ya que los dispositivos de conmutación conocidos tienen una configuración de contactos relativamente compleja que se traduce en un peso relativamente elevado.

Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo de conmutación, que permite cambiar el estado de conexión de una batería de alta tensión mediante una configuración de contactos simplificada. Asimismo, un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar una solución económica que ahorre espacio y peso.

Este objeto se soluciona con la materia objeto de las reivindicaciones independientes. Los aspectos ventajosos de la presente divulgación son la materia objeto de las reivindicaciones dependientes.

Los ejemplos, aspectos y realizaciones que se presentan a continuación y que no entran necesariamente en el ámbito de las reivindicaciones se facilitan en la solicitud para comprender mejor la invención.

De acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo de conmutación como se establece en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se desvelan más realizaciones, entre otras cosas. El dispositivo de conmutación comprende una disposición de barras colectoras fijas, que comprende al menos un par de barras colectoras de entrada fijas y un par de barras colectoras de salida fijas, una disposición de barras colectoras móviles, que comprende al menos una primera barra colectora de conexión y una segunda barra colectora de conexión. El dispositivo de conmutación comprende además al menos un elemento de actuación, que está configurado para cambiar una posición de la disposición de barras colectoras móviles al menos hacia y desde una primera posición de conmutación y hacia y desde una segunda posición de conmutación, en donde en la primera posición de conmutación, cada una de las barras colectoras de entrada fijas está conectada eléctricamente respectivamente a una de las barras colectoras de salida fijas, y en la segunda posición de conmutación, el par de barras colectoras de entrada fijas está conectado eléctricamente entre sí, y en donde la disposición de barras colectoras móviles es girada por el al menos un elemento de actuación para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles.

Mediante la introducción del movimiento de rotación de la disposición de barras colectoras móviles, la presente divulgación proporciona un dispositivo de conmutación para conmutar entre dos niveles de tensión de salida, con una configuración de contactos más eficaz. Esto permite reducir considerablemente el peso y el espacio necesario que consume el dispositivo de conmutación en comparación con las soluciones convencionales. Asimismo, permite una menor resistencia de contacto en las vías de conmutación del dispositivo de conmutación debido a una reducción de los puntos de contacto, una mayor seguridad mecánica gracias a que se evitan los cortocircuitos y se reduce el riesgo de formación de arco eléctrico. Por el presente, una rotación de la barra colectora móvil significa, en particular, una rotación alrededor de un eje de rotación, que no modifique la alineación de las barras colectoras de conexión de la disposición de barras colectoras móviles entre sí, sino sólo la orientación de la disposición de barras colectoras móviles como un todo.

El dispositivo de conmutación comprende además una unidad de transmisión que tiene al menos un miembro accionado y al menos un miembro de salida, que están acoplados entre sí de forma rotacionalmente accionadora en un primer intervalo angular, en donde la disposición de barras colectoras móviles se apoya en al menos un miembro de salida, y en donde el miembro accionado es girado por el al menos un elemento de actuación para cambiar la posición de la barra colectora móvil.

Implementando la unidad de transmisión para transmitir las fuerzas generadas desde el al menos un elemento de actuación a la disposición de barras colectoras móviles, el dispositivo de conmutación permite una transmisión eficaz de la fuerza para accionar el movimiento de rotación de la disposición de barras colectoras móviles entre las posiciones de conmutación.

El al menos un miembro accionado aplica una fuerza axial sobre el al menos un miembro de salida, cuando el al menos un miembro accionado es accionado fuera del primer intervalo angular, de tal manera que el al menos un miembro de salida mueve la disposición de barras colectoras móviles a lo largo de una dirección al menos sustancialmente paralela al eje de rotación del miembro accionado. De esta manera, se permite transformar el par transmitido al el al menos un miembro accionado en una fuerza axial, de modo que el par pueda usarse para mover la disposición de barras colectoras móviles en un movimiento lineal a lo largo de la dirección paralela al eje de rotación del miembro accionado con una transmisión de fuerza eficiente. Esto permite reducir la fricción aplicada en los puntos de contacto de las barras colectoras fijas y en las barras colectoras de conexión móviles.

De acuerdo con un segundo aspecto, un movimiento de rotación del al menos un miembro de salida está restringido al primer intervalo angular. De esta manera, el tercer aspecto permite un posicionamiento preciso de la disposición de barras colectoras móviles en la primera posición de conmutación y en la segunda posición de conmutación.

De acuerdo con un tercer aspecto, el al menos un miembro de salida comprende un perfil de conector dentado, que se conjuga con un perfil de muesca de enclavamiento del al menos un miembro accionado de manera que se ajusta a la forma y se acciona rotacionalmente en el primer intervalo angular, y que se desengancha del perfil de conector dentado, cuando el al menos un miembro accionado es accionado fuera del primer intervalo angular. Por consiguiente, el quinto aspecto permite mejorar la eficacia de la transmisión del par entre el al menos un miembro accionado y el al menos un miembro de salida en el primer intervalo angular. De forma adicional, se impide que el al menos un miembro accionado aplique un par de torsión sobre el al menos un miembro de salida fuera del primer intervalo angular, de modo que la unidad de transmisión pueda transmitir eficazmente la fuerza generada por el al menos un elemento de actuación.

De acuerdo con un cuarto aspecto, los conectores del perfil de conector dentado están formados como cuñas biseladas.

De esta manera, el sexto aspecto permite un desacoplamiento por fricción reducida del al menos un miembro de salida del al menos un miembro accionado, cuando el al menos un miembro accionado es accionado fuera del primer intervalo angular.

De acuerdo con un quinto aspecto, el al menos un miembro accionado está conectado mecánicamente a una estructura de árbol, que transfiere un par generado por el al menos un elemento de actuación para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles al el al menos un miembro accionado. Por el presente, el par puede transmitirse desde el al menos un elemento de accionamiento a la estructura de árbol a través de un engranaje, que puede definir una relación de transmisión óptima para accionar la estructura de árbol.

De acuerdo con un sexto aspecto, un alojamiento del dispositivo de conmutación comprende al menos un elemento de bloqueo de miembro de salida, que está configurado para engancharse con al menos una orejeta del al menos un miembro de salida para restringir el movimiento de rotación del al menos un miembro de salida al primer intervalo angular. Como alternativa o adicionalmente, el alojamiento del dispositivo de conmutación puede comprender al menos un elemento de bloqueo de miembro accionado, que está configurado para engancharse con al menos una orejeta del al menos un miembro accionado para restringir el movimiento de rotación del al menos un miembro accionado a un segundo intervalo angular, siendo el segundo intervalo angular mayor que el primer intervalo angular. Mediante los respectivos elementos de bloqueo, se garantiza que el intervalo de movimiento del al menos un miembro accionado y del al menos un miembro de salida está restringido para mejorar la eficacia de la transmisión de fuerza desde el al menos un elemento de actuación a la disposición de barras colectoras móviles. Por el presente, la formación integral de los elementos de bloqueo dentro del alojamiento del dispositivo de conmutación permite una configuración del dispositivo de conmutación que ahorra espacio y permite simplificar el proceso de fabricación. Sin embargo, también es posible proporcionar elementos de bloqueo específicos, que podrían estar dispuestos dentro del dispositivo de conmutación como partes separadas dispuestas por separado del alojamiento.

De acuerdo con un séptimo aspecto, el al menos un elemento de bloqueo de miembro de salida comprende al menos una ranura de guía formada asimétricamente, que está diseñada para restringir un movimiento del al menos un miembro de salida a un movimiento axial, cuando el al menos un miembro accionado es accionado fuera del primer intervalo angular. Por consiguiente, la ranura de guía permite una caída o elevación lineal de la disposición de contacto móvil al cerrar o abrir los contactos entre la disposición de contacto móvil y las barras colectoras fijas del dispositivo de conmutación.

De acuerdo con un octavo aspecto, la al menos una barra colectora de conexión de la disposición de barras colectoras móviles se apoya elásticamente en el al menos un miembro de salida mediante al menos un elemento de resorte inclinado. Esto tiene la ventaja de controlar las fuerzas de contacto entre la disposición de barras colectoras móviles y las barras colectoras fijas del dispositivo de conmutación, cuando la al menos una barra colectora móvil es presionada por el al menos un miembro de salida sobre la disposición de barras colectoras fijas. Asimismo, el al menos un elemento de resorte inclinado contribuye a absorber pequeñas dislocaciones o desequilibrios entre las barras colectoras de conexión de la disposición de barras colectoras móviles.

De acuerdo con un noveno aspecto, en la primera posición de conmutación, la primera barra colectora de conexión y la segunda barra colectora de conexión conectan eléctricamente, respectivamente, una de las barras colectoras de entrada con una de las barras colectoras de salida. De esta manera, la disposición de barras colectoras móviles permite conectar dos baterías en paralelo mediante una conexión de baja resistividad que tiene sólo dos puntos de contacto para cada trayectoria de conexión.

De acuerdo con un décimo aspecto, en la segunda posición de conmutación, la primera barra colectora de conexión conecta eléctricamente el par de barras colectoras de entrada entre sí, y la segunda barra colectora está conectada eléctricamente como máximo a una de las barras colectoras de entrada o a una de las barras colectoras de salida, y al menos un punto de contacto de la segunda barra colectora de conexión está aislado eléctricamente de las restantes barras colectoras de la disposición de barras colectoras fijas. De esta manera, la primera barra colectora de conexión de la disposición de barras colectoras móviles permite conectar dos baterías en serie mediante una conexión de baja resistividad que tiene sólo dos puntos de contacto, mientras que la segunda barra colectora de conexión no proporciona ninguna conexión eléctrica. Aislando eléctricamente al menos un punto de contacto de la segunda barra colectora de conexión, por ejemplo, debido a una separación suficiente de las demás barras colectoras de la disposición de barras colectoras fijas, se impide la generación de cortocircuitos o arcos eléctricos en el dispositivo de conmutación.

De acuerdo con un undécimo aspecto, el dispositivo de conmutación comprende además un primer terminal de entrada, que está conectado eléctricamente a una de las barras colectoras de entrada fijas, y un segundo terminal de entrada, que está conectado eléctricamente a la otra de las barras colectoras de entrada fijas.

De acuerdo con un duodécimo aspecto, el al menos un elemento de actuación comprende un motor eléctrico, que está configurado para hacer girar al menos un miembro accionado de la unidad de transmisión para cambiar la posición de la disposición de barra colectora móvil. Como alternativa o adicionalmente al decimocuarto aspecto, una fuerza generada por el al menos un elemento de accionamiento para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles se transmite mediante un engranaje de tornillo sin fin. De esta manera, se garantiza que el dispositivo de conmutación sólo consume energía cuando se cambia la posición del dispositivo de conmutación, mientras está en un estado no alimentado del motor eléctrico, no se modifica la posición del dispositivo de conmutación. De esta manera, el dispositivo de conmutación permite proporcionar estados biestables, y un estado del dispositivo de conmutación no se modifica cuando se produce una pérdida repentina de alimentación del al menos un elemento de actuación, por ejemplo, como consecuencia de una falla puntual, otro evento de daños o un error de comunicación, pero el dispositivo contactor permanece en su estado anterior. Asimismo, el engranaje de tornillo sin fin asegura el bloqueo de la disposición de barras colectoras móviles en la primera posición de conmutación o en la segunda posición de conmutación. Asimismo, por su relación de transmisión de engranaje, el engranaje de tornillo sin fin contribuye a la transmisión eficaz de la fuerza desde el al menos un elemento de actuación al el al menos un miembro accionado.

De acuerdo con un decimotercer aspecto, se proporciona también un sistema de almacenamiento de energía que comprende al menos una primera batería y una segunda batería y el dispositivo de conmutación de acuerdo con cualquiera de los aspectos anteriores, en donde la primera batería y la segunda batería están conectadas eléctricamente al dispositivo de conmutación de tal manera, que la primera batería y la segunda batería sean conmutables por el dispositivo de conmutación entre un estado en serie, en el que la primera batería y la segunda batería están conectadas eléctricamente por el dispositivo de conmutación en serie, y un estado en paralelo, en el que la primera batería y la segunda batería están conectadas eléctricamente en paralelo por el dispositivo de conmutación.

En todo este documento, el término "terminal" se utiliza para describir un punto en el que un conductor de un dispositivo eléctrico, donde termina un circuito eléctrico o un componente eléctrico, y donde se proporciona un punto para conectar eléctricamente un dispositivo eléctrico externo, un circuito eléctrico externo o un componente eléctrico externo a este conductor. Asimismo, los términos "conectado eléctricamente" y "acoplado conductivamente" describen el establecimiento de una conexión eléctrica entre al menos dos dispositivos eléctricos, componentes eléctricos o conductores eléctricos, que permite el flujo de la corriente eléctrica. Por el presente, la conexión eléctrica no debe limitarse a un acoplamiento directo de los terminales de los al menos dos dispositivos eléctricos, componentes eléctricos o conductores eléctricos, sino otros dispositivos eléctricos, componentes eléctricos o conductores eléctricos pueden estar acoplados entre sí.

Los dibujos adjuntos se incorporan a la memoria descriptiva y forman parte de la misma para ilustrar varios ejemplos de la presente divulgación. Estos dibujos, junto con la descripción sirven para explicar los principios de la divulgación. Los dibujos sólo tienen por objeto ilustrar los ejemplos preferidos y alternativos de cómo puede realizarse y utilizarse la divulgación, y no deben considerarse una limitación de la divulgación únicamente a los ejemplos ilustrados y descritos. Asimismo, varios aspectos de los ejemplos pueden formar, individualmente o en diferentes combinaciones, soluciones de acuerdo con la presente divulgación. Así pues, los siguientes ejemplos descritos pueden considerarse solos o en una combinación arbitraria de los mismos. Otras características y ventajas se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente descripción más particular de los diversos ejemplos de la divulgación, como se ilustra en los dibujos adjuntos, en donde referencias similares se refieren a elementos similares, y en donde:

FIG. 1 muestra un diagrama esquemático de circuito de un sistema de almacenamiento de energía de alto voltaje de ejemplo;

FIG. 2 muestra una vista en perspectiva esquemática de un dispositivo de conmutación de ejemplo;

FIG. 3 muestra una vista en perspectiva esquemática de una parte de los componentes internos del dispositivo de conmutación de ejemplo;

FIG. 4 muestra otra vista en perspectiva esquemática de una parte de los componentes internos del dispositivo de conmutación de ejemplo;

FIG. 5 muestra una vista superior esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en paralelo;

FIG. 6 muestra una vista inferior esquemática de una disposición de contactos de ejemplo del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en paralelo;

FIG. 7 muestra una vista superior esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en serie;

FIG. 8 muestra una vista inferior esquemática de una disposición de contactos de ejemplo del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en serie;

FIG. 9 muestra otra vista superior esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en serie;

FIG. 10 muestra una vista en perspectiva esquemática de un miembro accionado de ejemplo de la unidad de transmisión de ejemplo;

FIG. 11 muestra una vista en perspectiva esquemática de un miembro de salida de ejemplo de la unidad de transmisión de ejemplo;

FIG. 12 muestra otra vista superior esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en serie;

FIG. 13 muestra una vista en perspectiva esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en serie;

FIG. 14 muestra una vista en perspectiva esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en una primera posición del proceso de conmutación desde el estado de conexión en serie al estado de conexión en paralelo;

FIG. 15 muestra una vista en perspectiva esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en una segunda posición del proceso de conmutación desde el estado de conexión en serie al estado de conexión en paralelo;

FIG. 16 muestra una vista en perspectiva esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en una tercera posición del proceso de conmutación desde el estado de conexión en serie al estado de conexión en paralelo;

FIG. 17 muestra una vista en perspectiva esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo en el estado de conexión en paralelo;

FIG. 18 muestra una sección transversal esquemática del dispositivo de conmutación de ejemplo.

La presente divulgación se explicará ahora con más detalle haciendo referencia a las Figuras, y en primer lugar haciendo referencia a la Fig. 1. La Fig. 1 muestra un diagrama esquemático de un sistema de almacenamiento de energía de alta tensión 10 de ejemplo que puede beneficiarse de las ideas de la presente divulgación. El sistema de almacenamiento de energía 10 comprende dos baterías de AT 500(1) y 500(2), que, por ejemplo, forman la batería de accionamiento de un vehículo accionado por batería, y un dispositivo de conmutación 100. Aquí y más adelante, se supondrá que cada una de las baterías 500(1) y 500(2) tiene una tensión de salida de 400 V, pero también son concebibles otras tensiones de salida. Cada una de las baterías 500(1) y 500(2) suele estar formada por varios módulos de baterías o paquetes de baterías, que a su vez están formadas por una pluralidad de elementos de batería conectados en serie y/o en paralelo. En general, el número de baterías de AT 500 incluidas en el sistema de almacenamiento de energía 10 no se limita a dos, pero también se pueden usar más baterías.

El dispositivo de conmutación 100 comprende terminales de entrada 102 y 104. El terminal de entrada 102 está configurado para conectarse eléctricamente a un terminal 502 en el lado de alto potencial (+) de la batería 500(2). El terminal de entrada 104 está configurado para conectarse eléctricamente a un terminal 504 en el lado de bajo potencial (-) de la batería 500(1). Asimismo, el dispositivo de conmutación 100 comprende los terminales de salida 106 y 108, que están configurados para conectarse eléctricamente a una barra de alta tensión 506, que, por ejemplo, está conectada eléctricamente al tren de accionamiento de un vehículo impulsado por baterías o a un cargador (o estación de carga) para cargar las baterías de alto voltaje 500(1) y 500(2). El terminal de salida 106 está conectado eléctricamente al lado de alto potencial (+) de la barra de AT. Dado que el lado de alto potencial (+) de la barra de AT está conectado eléctricamente mediante un nodo 512 a un terminal 508 en el lado de alto potencial (+) de la batería 500(1), el terminal de salida 106 también está conectado eléctricamente al terminal 508 en el lado de alto potencial (+) de la batería 500(1). El terminal de salida 108 está conectado eléctricamente al lado de bajo potencial (-) de la barra de alta tensión. Dado que el lado de bajo potencial (-) de la barra de AT está conectado eléctricamente mediante un nodo 514 a un terminal 510 del lado de bajo potencial (-) de la batería 500(2), el terminal de salida 108 también está conectado eléctricamente al terminal 510 del lado de bajo potencial (-) de la batería 500(2).

El dispositivo de conmutación 100 está configurado para conmutar la primera batería 500(1) y la segunda batería 500(2) entre un estado de conexión en serie, en el que la primera batería 500(1) y la segunda batería 500(2) están conectadas eléctricamente por el dispositivo de conmutación 100 en serie, y un estado de conexión en paralelo, en el que la primera batería 500(1) y la segunda batería 500(2) están conectadas eléctricamente por el dispositivo de conmutación 100 en paralelo. Por consiguiente, en el estado de conexión en serie, una diferencia de tensión entre el lado de alto potencial (+) y el lado de bajo potencial (-) de la barra de AT 506 es sustancialmente igual a la suma de las tensiones proporcionadas por la primera batería 500(1) y la segunda batería 500(2) (por ejemplo, 400 V 400 V = 800 V). Por otra parte, en el estado de conexión en paralelo, una diferencia de tensión entre el lado de alto potencial (+) y el lado de bajo potencial (-) de la barra de AT 506 es sustancialmente igual a las tensiones individuales proporcionadas por la primera batería 500(1) y la segunda batería 500(2) (por ejemplo, 400 V). Por consiguiente, el dispositivo de conmutación 100 permite cambiar la tensión aplicada a la barra de a T 506 para que cambie entre un primer nivel de tensión inferior, que puede ser igual a una tensión de carga suministrada a las baterías 500(1) y 500(2), y un segundo nivel de tensión superior, que puede ser igual a una tensión de accionamiento para accionar un vehículo accionado por batería.

La Fig. 2 muestra una vista en perspectiva esquemática de un dispositivo de conmutación 100 de ejemplo. El dispositivo de conmutación 100 comprende un alojamiento 110, del que sobresalen los terminales de entrada 102 y 104 y los terminales de salida 106 y 108. A modo de ejemplo, el alojamiento comprende dos partes, una porción de base de alojamiento 112 y una tapa de alojamiento 114. En una configuración de ejemplo, el alojamiento 110 puede ser un alojamiento sellado, que permitiría proporcionar un vacío o un gas electronegativo en el espacio abarcado por el alojamiento 110, para impedir la creación de chispas o arcos eléctricos al conmutar el dispositivo de conmutación 100. Se forman los terminales de entrada 102 y 104 y los terminales de salida 106 y 108, en el ejemplo ilustrado, como recortables, que pueden atornillarse a un componente eléctrico externo respectivo, tal como una pinza terminal de una de las baterías 500(1) o 500(2) o una barra colectora, que también se conecta eléctricamente al dispositivo de conmutación 100. Como alternativa, los terminales de entrada 102 y 104 y los terminales de salida 106 y 108 pueden, por ejemplo, estar formados por uniones soldadas, que permiten soldar el dispositivo de conmutación a los componentes eléctricos externos.

En el ejemplo ilustrado, el alojamiento 110 aloja un motor eléctrico 117 como elemento de accionamiento, que genera la fuerza de transmisión para conmutar entre los estados del dispositivo de conmutación 100. Para conectar el motor eléctrico 117 a un controlador del dispositivo de conmutación 100, el motor eléctrico 117 puede conectarse con los pasadores de conexión de motor 115, que sobresalen del alojamiento 110 del dispositivo de conmutación. En configuraciones alternativas, el motor eléctrico 117 puede sustituirse por otro elemento de actuación conocido en el campo de los dispositivos de conmutación de alta tensión, por ejemplo, mediante un actuador electromagnético.

Las Figs. 3 y 4 muestran vistas en perspectiva esquemáticas de una parte de los componentes internos del dispositivo de conmutación 100. Como se ilustra, el alojamiento 110 del dispositivo de conmutación aloja una disposición de contactos fijos y una disposición de barras colectoras móviles. La disposición de barras colectoras fijas incluye, en la configuración ilustrada, una primera barra colectora de entrada 140 y una segunda barra colectora de entrada 142 como par de barras colectoras de entrada, y una primera barra colectora de salida 144 y una segunda barra colectora de salida 146 como par de barras colectoras de salida. Las barras colectoras de entrada 140 y 142 están conectadas eléctricamente a uno de los terminales de entrada 102 y 104, respectivamente, en el ejemplo mostrado formando integralmente las barras colectoras de entrada 140 y 142 con el terminal de entrada respectivo. Las barras colectoras de salida 144 y 146 están conectadas eléctricamente respectivamente a uno de los terminales de salida 106 y 108, en el ejemplo mostrado formando integralmente las barras colectoras de salida 144 y 146 con el terminal de salida respectivo. La disposición de barras colectoras móviles, que se mueve para cambiar el estado del dispositivo de conmutación 100, incluye en la configuración ilustrada una primera barra colectora de conexión 130 y una segunda barra colectora de conexión 132 (véase la Fig. 4). Como se explicará más adelante, la primera barra colectora de conexión 130 y la segunda barra colectora de conexión 132 están configuradas para conectar eléctricamente barras colectoras respectivas de la disposición de barras colectoras fijas en función del estado de conexión previsto del dispositivo de conmutación 100.

Cabe señalar aquí que, en función de los escenarios de aplicación, el número de barras de conexión fijas y el número de barras de conexión móviles puede variar desde los números mostrados en el ejemplo ilustrado, por ejemplo, si el dispositivo de conmutación 100 está configurado para conectarse eléctricamente a más de dos baterías (o cadenas de baterías) 500.

En el ejemplo ilustrado, al cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles, una fuerza generada por el motor eléctrico 117 es transmitida por una unidad de transmisión 116 a la barra colectora móvil. La unidad de transmisión 116 comprende un árbol 118 que tiene un engranaje de accionamiento 120 montado de forma fija. El engranaje de accionamiento 120 está engranado con un tornillo sin fin 122, para formar un engranaje de tornillo sin fin, que es accionado por el motor eléctrico 117. La provisión del engranaje de tornillo sin fin no es esencial para el dispositivo de conmutación 100, pero tiene la ventaja de que el par generado por el motor eléctrico 117 puede transmitirse con una relación de transmisión optimizada al árbol 118 en comparación con un acoplamiento mecánico directo entre el motor eléctrico 117 y el árbol 118 sin tener una transmisión de engranaje entre ambos. Asimismo, la disposición del engranaje de tomillo sin fin puede impedir la transmisión reversible de la fuerza a través del engranaje de tornillo sin fin, con el fin de impedir que la rotación se transmita de nuevo desde el árbol 118 al motor eléctrico 117 cuando el motor eléctrico 117 no está alimentado. Por consiguiente, implementando la transmisión de fuerza a través del engranaje de tornillo sin fin, el dispositivo de conmutación 100 tiene una función de autobloqueo, donde sólo es necesario alimentar el motor eléctrico 117, al cambiar la posición de conmutación del dispositivo de conmutación 100.

Para traducir selectivamente la fuerza generada por el motor eléctrico 117 en un movimiento lineal de la barra colectora móvil o en un movimiento de rotación de la barra colectora móvil, la unidad de transmisión 116 comprende un miembro accionado 124 y un miembro de salida 128, que transporta la disposición de barra colectora móvil. De este modo, la interacción mecánica específica entre el miembro accionado 124 y el miembro de salida 128, que se describirá en lo siguiente, permite el accionamiento selectivo ventajoso de un movimiento lineal o de un movimiento de rotación de la disposición de barras colectoras móviles del dispositivo de conmutación 100.

El miembro accionado 124 está montado fijamente en el árbol 118, por ejemplo, formando integralmente el miembro accionado 124 en el árbol 188, de modo que el miembro accionado esté acoplado mecánicamente al engranaje de accionamiento 120 mediante el árbol 118. Por consiguiente, el árbol 118 transmite un par desde el engranaje de accionamiento 120 al miembro accionado 124 cuando se alimenta el motor eléctrico 117 para cambiar la posición del dispositivo de conmutación 100. En el ejemplo ilustrado, el miembro accionado 124 está conformado como un miembro en forma de disco circular con brazos salientes 126, cuya función se describirá posteriormente. Como alternativa, también es posible que el miembro accionado 124 tenga una forma externa diferente o que haya más de un miembro accionado montado en el árbol 118 e interactuando con el miembro de salida 128 (o más de un miembro de salida).

El miembro de salida 128 está montado de forma giratoria en el árbol 118, adyacente al miembro accionado 124. Por consiguiente, el árbol define un eje de rotación para el miembro accionado 124 y para el miembro de salida 128. En el ejemplo ilustrado, el miembro de salida 128 está conformado como un miembro en forma de disco circular. Como alternativa, también es posible que el miembro de salida 128 tenga una forma externa diferente o que haya más de un miembro de salida acoplado al árbol 118 e interactuando con el miembro accionado 124 (o más de un miembro accionado). El miembro de salida 128 se fija axialmente al árbol 118 mediante un resorte de retorno 129, que se atornilla preferentemente al árbol 118 y permite al miembro de salida 128 realizar un movimiento lineal en una dirección paralela a la dirección de extensión del árbol 118 (significada también como dirección axial), tal como se explicará más adelante.

Como se muestra en el ejemplo de la Fig. 4, el miembro de salida 128 comprende dos semicubiertas acopladas, una semicubierta inferior 134, que transporta la disposición de barra colectora móvil y una semicubierta superior 136, que se impone sobre la semicubierta inferior 134 para formar el alojamiento del miembro de salida 128. Como alternativa, también es posible formar el alojamiento del miembro de salida 128 de una sola pieza y montar las barras colectoras de conexión al miembro de salida 128, por ejemplo, en un proceso de moldeo. A efectos ilustrativos, la semicubierta superior 136 del miembro de salida 128 sólo se indica en la Fig. 3 mediante líneas discontinuas. Por consiguiente, se hace visible que la primera barra colectora de conexión 130 y la segunda barra colectora de conexión 132 se proporcionan en porciones de acomodación de barra colectora 139 del miembro de salida 128. Asimismo, los elementos de resorte 138 precargados están dispuestos en el interior del miembro de salida 128 para soportar elásticamente las barras colectoras de conexión 130 y 132 dentro del miembro de salida 128. Esto permite controlar mejor las fuerzas de contacto entre las barras colectoras de conexión 130 y 132 y las barras colectoras fijas del dispositivo de conmutación 100 cuando el miembro de salida 128 aplica una fuerza sobre la disposición de barras colectoras móviles para presionar la disposición de barras colectoras móviles sobre la disposición de barras colectoras fijas. Asimismo, los elementos de resorte precargados 138 contribuyen a absorber pequeñas dislocaciones o desequilibrios entre las barras colectoras de conexión 130 y 132 de la disposición de barras colectoras móviles.

Las Figs. 5 y 6 muestran esquemáticamente el dispositivo de conmutación 100 en un estado de conexión en paralelo. Por el presente, la Fig. 5 muestra una vista superior esquemática del dispositivo de conmutación 100 sin la tapa de alojamiento 114 para ilustrar la posición de los componentes individuales de la unidad de transmisión 116 en el estado de conexión en paralelo. La Fig. 6 muestra una vista inferior esquemática de la disposición de contacto fijo y de la disposición de contacto móvil para ilustrar las posiciones de la disposición de barras colectoras móviles en el estado de conexión en paralelo. Como se ilustra, en el estado de conexión en paralelo, la barra colectora móvil se encuentra en una primera posición de conmutación, donde la primera barra colectora de entrada 140 está conectada eléctricamente por la primera barra colectora de conexión 130 a la primera barra colectora de salida 144. De forma adicional, en la primera posición de conmutación, la segunda barra colectora de entrada 142 está conectada eléctricamente por la segunda barra colectora de conexión 132 a la segunda barra colectora de salida 146. Por consiguiente, en el estado de conexión en paralelo, el dispositivo de conmutación 100 conecta eléctricamente dos baterías, que están conectadas a los terminales de entrada 102 y 104, en paralelo (por ejemplo, en el sistema de almacenamiento de energía de AT 10 de la Fig. 1).

Las Figs. 7 y 8 muestran esquemáticamente el dispositivo de conmutación 100 en un estado de conexión en serie. Por el presente, la Fig. 7 muestra una vista superior esquemática del dispositivo de conmutación 100 sin la tapa de alojamiento 114 para ilustrar la posición de los componentes individuales de la unidad de transmisión 116 en el estado de conexión en serie. La Fig. 8 muestra una vista inferior esquemática de la disposición de contacto fijo y de la disposición de contacto móvil del dispositivo de conmutación 100 en el estado de conexión en serie para ilustrar las posiciones de las barras colectoras de conexión 130 y 132 en el estado de conexión en serie. Como se ilustra, en el estado de conexión en serie, la barra colectora móvil se encuentra en una segunda posición de conmutación, donde la primera barra colectora de entrada 140 y la segunda barra colectora de entrada 142 están conectadas eléctricamente entre sí por la primera barra colectora de conexión 130. Por consiguiente, en el estado de conexión en serie, el dispositivo de conmutación 100 conecta eléctricamente dos baterías, que están conectadas a los terminales de entrada 102 y 104, en serie.

Mientras está en el estado de conexión en serie, la primera barra colectora de conexión 130 está en contacto eléctrico con ambas barras colectoras de entrada 140 y 142, la segunda barra colectora de conexión 132 está en contacto eléctrico como máximo con una de las barras colectoras fijas restantes. En particular, en la configuración de ejemplo mostrada, la segunda barra colectora de conexión 132 está en contacto eléctrico con la segunda barra colectora de salida 146. El punto de contacto libre 148 de la segunda barra colectora de conexión 132 está aislado eléctricamente de las restantes barras colectoras fijas. En particular, en la configuración de ejemplo mostrada, la segunda barra colectora de conexión 132 está aislada eléctricamente de las barras colectoras de entrada 140 y 142 y de la primera barra colectora de salida 144 por una distancia, que sea lo suficientemente grande como para impedir cualquier arco eléctrico u otro cortocircuito. Aquí, hay que mencionar que la separación necesaria entre el punto de contacto libre 148 de la segunda barra colectora de conexión 132 y las restantes barras colectoras fijas es especialmente fácil de conseguir gracias al montaje de las barras colectoras de conexión 130 y 132 en el miembro de salida pivotante. Elementos aislantes adicionales, que garantizan el aislamiento entre el punto de contacto libre 148 de la segunda barra colectora de conexión 132 y las restantes barras colectoras fijas, pero puede proporcionarse adicionalmente para aumentar la seguridad y fiabilidad del dispositivo de conmutación 100.

Para desplazar la disposición de barra colectora móvil entre la primera y la segunda posición de conmutación, la disposición de barra colectora móvil gira en un plano, que es paralelo a las direcciones de extensión de las barras colectoras de conexión 130 y 132 de la disposición de barras colectoras móviles, aquí con el árbol 118 como eje de rotación. Esto significa que la rotación de la barra colectora móvil no modifica la alineación de las barras colectoras de conexión 130 y 132 entre sí, sino sólo la orientación de la disposición de barras colectoras móviles como un todo. Por consiguiente, no se produce la rotación de la disposición de barras colectoras móviles, por ejemplo, en una inclinación o retorcedura de las barras colectoras de conexión 130 y 132 en comparación unas con las otras.

Para hacer girar la disposición de barra colectora móvil, el miembro de salida 128, en el que están montadas la primera barra colectora de conexión 130 y la segunda barra colectora de conexión 132, está acoplado al miembro accionado 124 de forma rotacionalmente accionadora en un primer intervalo angular. Por consiguiente, el miembro de salida 128 gira alrededor de su eje de rotación, que corresponde al eje de rotación del miembro accionado 124 y está definido por el árbol 118.

Como se ilustra en la Fig. 9, la libertad de movimiento de rotación del miembro de salida 128 está restringida al primer intervalo angular por orejetas salientes 158, que sobresalen de la base circular del miembro de salida 128, que interactúan con una estructura de pared 156 del dispositivo de conmutación, que funciona como un elemento de bloqueo de miembro de salida. La estructura de pared 156 se extiende hacia arriba desde la base del alojamiento 110, en particular desde la porción de base del alojamiento 112, y abarca el miembro de salida 128 en dirección circunferencial. Por el presente, un radio interno de la estructura de pared 156 está diseñado para ser menor que un radio del miembro de salida 128 en la posición de las orejetas salientes 158. Cuando las orejetas salientes 158 alcanzan los bordes del primer intervalo angular, las orejetas salientes 158 se enganchan a la estructura de pared 156 haciendo tope contra la estructura de pared 156 para detener el movimiento de rotación del miembro de salida 128 en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario. La Fig. 9 muestra una indicación esquemática de los bordes del primer intervalo angular mediante las líneas discontinuas 150 y 152, donde las orejetas salientes 158 se enganchan con la estructura de pared 156 (a efectos ilustrativos sólo se indica para una de las orejetas 158). Las líneas discontinuas 150 y 152 abarcan el primer intervalo angular como una región de movimiento I del miembro de salida 128, o más específicamente como una región de movimiento en la que los salientes 158 permiten un movimiento de rotación del miembro de salida 128. La posible dirección de movimiento del miembro de salida 128 en el primer intervalo angular está indicada esquemáticamente por la flecha 154. Para permitir la rotación del miembro de salida 128, y especialmente de las orejetas salientes 158 dentro del primer intervalo angular, una altura de una parte intermedia 157 de la estructura de pared 156 está más abajo en el primer intervalo angular en comparación con una altura de la parte restante de la estructura de pared 156.

En el ejemplo mostrado, la estructura de pared 156 se proporciona como una sola parte, formada integralmente con la porción de base del alojamiento 110. Sin embargo, esto es sólo un ejemplo, y la estructura de pared 156 podría estar también formada por varias partes separadas, y/o dispuesta dentro del dispositivo de conmutación 100 separadamente del alojamiento 110. Asimismo, en el ejemplo mostrado, se proporcionan dos orejetas 158 para el miembro de salida 128. Sin embargo, dependiendo de los escenarios de aplicación también es posible otro número de orejetas 158, y el diseño de la estructura de la pared 156 (o de otro elemento de bloqueo de miembro de salida) puede adaptarse en consecuencia.

Como se ha comentado anteriormente, para ser girado, el miembro de salida 128 se acopla de forma rotacionalmente accionadora al miembro accionado 124, al menos cuando el miembro accionado 124 acciona el movimiento de rotación del miembro de salida 128 entre los bordes del primer intervalo angular. Esto permite al miembro accionado 124 transferir el par generado por el motor eléctrico 117 al miembro de salida 128 y girar el miembro de salida 128 en el primer intervalo angular. Para acoplar el miembro de salida 128 al miembro accionado 124 en el primer intervalo angular, el miembro accionado puede comprender en su parte inferior una pluralidad de muescas 160 (véase la Fig. 10), pero al menos una muesca 160, para formar un perfil de muesca. El miembro de salida 128 puede comprender en su lado superior, es decir, en el lado opuesto a las barras colectoras de conexión 130 y 132, una pluralidad de conectores 162 (véase la Fig. 11), pero al menos un conector 162, para formar un perfil de conector de enclavamiento, que puede conjugarse con el perfil de muesca del miembro accionado. Para lograr una transmisión de par óptima, el número de conectores 162 corresponde preferentemente al número de muescas 160, y los conectores 162 se conjugan preferentemente con las muescas 160 de manera que se ajusta a la forma, cuando el miembro accionado 124. Sin embargo, también son posibles otras configuraciones, en función de los escenarios de aplicación.

Aunque el movimiento de rotación de la barra colectora móvil entre la primera posición de conmutación y la segunda posición de conmutación tiene muchas ventajas, como la de permitir reducir el peso total del dispositivo de conmutación 100, un movimiento puramente rotacional de la disposición de barra colectora móvil aumenta la fricción en los elementos de contacto, que están dispuestos en los puntos de contacto de la disposición de barra colectora, por lo que los elementos de contacto podrían dañarse fácilmente. Los elementos de contacto, que están hechos, por ejemplo, de plata o de cualquier aleación de plata para formar botones de plata, o de otros materiales adecuados conductores de la electricidad suelen ser estructuras sensibles, son, sin embargo, ventajosos, ya que permiten reducir una resistencia de contacto en el estado de conexión en serie y en el estado de conexión en paralelo. Por ende, el daño de los elementos de contacto podría provocar una grave degradación del rendimiento del dispositivo de conmutación 100.

Por consiguiente, para reducir la fricción en los elementos de contacto, al abrir los contactos entre la disposición de contacto móvil y la disposición de contacto fijo, ventajosamente, la disposición de barras colectoras móviles está separada de las barras colectoras fijas de la disposición de barras colectoras fijas mediante un movimiento lineal, antes de realizar la rotación de la disposición de contacto móvil. Por ejemplo, al abrir los contactos del dispositivo de conmutación 100, la disposición de barras colectoras móviles se levanta en una dirección paralela al eje de rotación del miembro de salida 128 (o del miembro accionado 124) antes de realizar la rotación de la disposición de contacto móvil. De manera similar, al cerrar los contactos entre la disposición de contacto móvil y la disposición de contacto fijo, ventajosamente, la disposición de barras colectoras móviles se pone en contacto con las barras colectoras fijas de la disposición de barras colectoras fijas mediante un movimiento lineal, una vez realizada la rotación de la disposición de contacto móvil una vez realizada la rotación de la disposición de contacto móvil. Por ejemplo, al abrir los contactos del dispositivo de conmutación 100, la disposición de barras colectoras móviles es bajada en una dirección paralela al eje de rotación del miembro de salida 128 (o del miembro accionado 124) después de realizar la rotación de la disposición de contacto móvil.

En general, para desplazar linealmente la disposición de barra colectora móvil, podría proporcionarse un segundo elemento de accionamiento específico en el dispositivo de conmutación 100, en donde el segundo elemento de accionamiento genera una fuerza para mover linealmente la barra colectora móvil, por ejemplo, subiendo y bajando el elemento de salida 128. Sin embargo, para simplificar la configuración del dispositivo de conmutación 100, ventajosamente, el movimiento lineal de la barra colectora móvil también es accionado por el motor eléctrico 117 y la unidad de transmisión 116 está diseñada de tal manera que, para desplazar linealmente la disposición de barra colectora móvil, el par generado por el motor eléctrico 117 se traduce en una fuerza lineal.

Para este fin, la unidad de transmisión 116 convierte el par aplicado al miembro accionado 124 en una fuerza axial, que actúa sobre el miembro de salida 128 en una dirección paralela a la dirección de extensión del árbol 118, cuando el miembro accionado 124 gira fuera del primer intervalo angular, al que se limita el movimiento de rotación del miembro de salida 128. Por la fuerza axial aplicada, el miembro de salida 128 se ve obligado a desplazarse hacia la disposición de contacto fijo. En particular, cuando el miembro accionado 124 es accionado fuera del primer intervalo angular, las muescas 160 del miembro accionado 124 se desenganchan de los conectores 162 del miembro de salida 128 y comienzan a deslizarse a través de los conectores 162. Para permitir un desacoplamiento suave cuando los conectores 162 se desenganchan de las muescas 160, en una configuración preferida, los conectores 162 del perfil de conector dentado están formados como cuñas biseladas y las muescas 160 tienen un perfil de acoplamiento correspondiente.

Mediante el desenganche, el miembro de salida 128 es desplazado por los conectores 162 en la dirección paralela a la dirección de extensión del árbol 118 debido a la interacción entre los conectores 162 y las regiones intermedias 168 del miembro accionado 124, que se encuentran entre cada una de las muescas adyacentes 160 y se extienden a una altura elevada en comparación con las muescas 160. En consecuencia, el desplazamiento máximo del miembro de salida 128 (y de las barras colectoras de conexión 130 y 132 transportadas por el miembro de salida 128) en la dirección axial viene dado por la altura máxima de los conectores 162 y por la elevación de las regiones intermedias 168 (en comparación con las muescas 160). Para usar el desplazamiento máximo para posicionar las barras colectoras de conexión 130 y 132 en la disposición de contacto fijo y para impedir un reacoplamiento no deseado del miembro accionado 124 con el miembro de salida 128 cuando el miembro accionado 124 es accionado fuera del primer intervalo angular, el movimiento de rotación del miembro accionado 124 se limita a un segundo intervalo angular.

Para este fin, como se muestra en la Fig. 12, la libertad de movimiento de rotación del miembro accionado 124 está restringida al segundo intervalo angular, que es el primer intervalo angular por orejetas salientes 172, que sobresalen de los brazos 126 del miembro accionado 124. Las orejetas salientes 172 interactúan con una estructura de pared 170, que funciona como elemento de bloqueo del miembro accionado. La estructura de pared 170 se extiende hacia arriba desde la base de la porción de base del alojamiento 112 al menos hasta una altura, donde puede interactuar con las orejetas salientes 172. Por el presente, un radio interno de la estructura de pared 170 está diseñado para ser menor que un radio del miembro accionado 124 en la posición de las orejetas salientes 172. Cuando las orejetas salientes 172 alcanzan los bordes del segundo intervalo angular, las orejetas salientes 172 se enganchan a la estructura de pared 170 haciendo tope contra la estructura de pared 170 para detener el movimiento de rotación del miembro accionado 124 en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario. La Fig. 12 muestra una indicación esquemática de los bordes del segundo intervalo angular mediante las líneas continuas 164 y 166, donde las orejetas salientes 172 enganchan con la estructura de pared 170 (a efectos ilustrativos sólo se indica una de las orejetas 172) además de la indicación de los bordes del primer intervalo angular mediante las líneas discontinuas 150 y 152. En el ejemplo mostrado, en cada brazo 126 del miembro accionado 124 hay una orejeta 172. Sin embargo, dependiendo de los escenarios de aplicación también es posible otro número de orejetas 172 por brazo 126 u otro número de brazos 126, y el diseño de la estructura de pared 170 puede adaptarse en consecuencia.

Como se ilustra en la Fig. 12, la libertad de movimiento radial del miembro accionado 124 o más específicamente el movimiento radial de las lengüetas 172 del miembro accionado 124 está menos restringida que la libertad de movimiento radial del miembro de salida 128 o más específicamente el movimiento radial de las lengüetas 158 del miembro de salida 128. En particular, el segundo intervalo angular abarca la región de movimiento I, donde el miembro accionado 124 está acoplado rotacionalmente al miembro de salida 128, y además comprende la región de movimiento II (entre la línea continua 164 y la línea discontinua 150) y la región de movimiento III (entre la línea continua 166 y la línea discontinua 152), donde el miembro accionado 124 aplica una fuerza axial sobre el miembro de salida 128 para cambiar la elevación del miembro de salida. La posible dirección de movimiento del miembro accionado 124 en el primer intervalo angular está indicada esquemáticamente por la flecha 154.

Las Figs. 13 a 17 muestran vistas en perspectiva esquemáticas del dispositivo de conmutación 100 en diversos puntos del proceso de conmutación al conmutar el dispositivo de conmutación 100 desde el estado de conexión en serie (Fig. 13) al estado de conexión en paralelo (Fig. 17). Para ilustrar el funcionamiento de los componentes internos del dispositivo de conmutación 100, especialmente de la unidad de transmisión 116, durante el proceso de conmutación, el alojamiento 110 del dispositivo de conmutación 100 sólo se muestra parcialmente en las Figs. 13 a 17.

En el estado de conexión en serie mostrado en la Fig. 13, el miembro accionado 124 experimenta su máximo desplazamiento en el sentido de las agujas del reloj (visto desde la parte superior del dispositivo de conmutación 100), de modo que las orejetas 172 del miembro accionado 124 se apoyen contra las estructuras de pared 170 en el sentido de las agujas del reloj. También el miembro de salida 128 experimenta su máximo desplazamiento en el sentido de las agujas del reloj, de modo que las orejetas 158 del miembro de salida 128 se apoyen en la estructura de pared 156 en el sentido de las agujas del reloj. De este modo, las orejetas 158 son guiadas por una primera ranura de guía 174. La primera ranura de guía 174 restringe el movimiento del miembro de salida 128 a un movimiento axial por enganche con las orejetas 158 cuando la disposición de barras colectoras móviles está abriendo o cerrando los contactos con la disposición de barras colectoras fijas en la segunda posición de conmutación. Dado que la primera ranura de guía 174 está definida, por un lado, por una parte de la estructura de pared 156 que se extiende en toda su altura y, por otro, por la parte intermedia rebajada 157 de la estructura de pared 156, las paredes laterales de la primera ranura de guía 174 tienen alturas asimétricas.

En el estado de conexión en serie, los conectores 162 del miembro de salida 128 se desenganchan de las muescas 160 del miembro accionado y por la interacción entre los conectores 162 y las regiones intermedias 168 del miembro accionado 124, el miembro de salida 128 se desplaza al máximo en la dirección axial (indicada por la flecha 176) alejándose del miembro accionado 124. Por consiguiente, el miembro de salida 128 presiona la primera barra colectora de conexión 130 y la segunda barra colectora de conexión 132 en la disposición de barras colectoras fijas, de modo que la primera barra colectora de entrada 140 y la segunda barra colectora de entrada 142 están conectadas eléctricamente entre sí por la primera barra colectora de conexión 130 (véase la Fig. 8).

La Fig. 14 muestra el dispositivo de conmutación en una primera posición después de que el miembro accionado 124 es girado por el motor 117 en la dirección contraria a las agujas del reloj (visto desde la parte superior del dispositivo de conmutación 100) alejándose del estado de conexión en serie. En esta posición, que corresponde a una posición en la región de movimiento II de la Fig. 12, se reduce el desplazamiento del miembro accionado 124, pero el miembro accionado 124 sigue siendo accionado fuera del primer intervalo angular, de modo que el miembro de salida 128 siga experimentando su desplazamiento máximo en el sentido de las agujas del reloj. Por consiguiente, el miembro de salida 128 no se gira en comparación con el estado de conexión en serie, de modo que la disposición de barras colectoras móviles siga teniendo la misma orientación que en la segunda posición de conmutación, pero ya está elevada por encima de la disposición de barras colectoras fijas. Sin embargo, los conectores 162 del miembro de salida 128 ya enganchan parcialmente con las muescas 160 del miembro accionado 124, debido a la fuerza de retorno aplicada por el resorte de retorno 129 sobre el miembro de salida 128 en la dirección axial, opuesta a la dirección de la flecha. Por consiguiente, las barras colectoras de conexión 130 y 132 de la disposición de barras colectoras móviles se elevan en un movimiento lineal en comparación con el estado de conexión en serie de la Fig. 13. En esta posición, el movimiento del miembro de salida 128 sigue estando limitado a un movimiento lineal en la dirección axial por las partes intermedias 157 de la estructura de pared 156, que enganchan con las orejetas 158 del miembro de salida 128 hasta que el perfil del cubo del miembro de salida 128 se engancha totalmente con el perfil de muesca del miembro accionado 124.

La Fig. 15 muestra el dispositivo de conmutación 100 en una segunda posición después de que el miembro accionado 124 es girado por el motor 117 en la dirección contraria a las agujas del reloj, alejándose del estado de conexión en serie.

En esta posición, que corresponde a una posición en la región de movimiento I de la Fig. 12, el miembro de salida 128 está acoplado al miembro accionado de manera que se ajusta a la forma y se acciona rotacionalmente mediante un enganche que se ajusta a la forma del perfil de conector con el perfil de muesca (véase también la sección transversal de la Fig. 18). Por consiguiente, en esta posición, la disposición de barras colectoras móviles está totalmente elevada y en una posición, donde se puede girar. El par aplicado al miembro accionado 124 se transfiere al miembro de salida 128 y acciona el miembro de salida 128 en la dirección contraria a las agujas del reloj, de modo que la disposición de barra colectora móvil gire en la dirección contraria a las agujas del reloj hacia la primera posición de conmutación. Dado que el miembro de salida 128 está suficientemente elevado, las orejetas 158 del miembro de salida 128 no están inhibidas por las partes intermedias 157 de la estructura de pared 156.

La Fig. 16 muestra el dispositivo de conmutación 100 en una tercera posición después de que el miembro accionado 124 es girado por el motor 117 en la dirección contraria a las agujas del reloj, alejándose del estado de conexión en serie. En esta posición, que corresponde al borde de la región de movimiento I indicada por la línea discontinua 152 en la Fig. 12, el miembro de salida alcanza su desplazamiento máximo en la dirección contraria a las agujas del reloj. En esta posición, las orejetas 158 del miembro de salida se apoyan contra la estructura de pared 156 por encima de las segundas ranuras de guía 178, que restringen el movimiento del miembro de salida 128 a un movimiento axial mediante el enganche de las orejetas 158. La disposición de barras colectoras móviles ya tiene la misma orientación que en la primera posición de conmutación (véase la Fig. 6), pero sigue estando por encima de la disposición de barras colectoras fijas. Debido a la restricción del movimiento de rotación del miembro de salida 128, las muescas 160 empiezan a desengancharse de los elementos de conexión 162 cuando el miembro accionado 124 se gira desde la tercera posición aún más en la dirección contraria a las agujas del reloj, es decir, hacia la región de movimiento III de la Fig. 12. Por consiguiente, cuando el miembro accionado 124 se gira desde la tercera posición aún más en la dirección contraria a las agujas del reloj, el miembro accionado actúa una fuerza de rotación sobre el miembro de salida 128 en la dirección axial por la interacción entre el entre los conectores 162 del miembro de salida 128 y las regiones intermedias 168 del miembro accionado 124, de modo que el miembro de salida 128 se desplace en dirección axial a lo largo de la dirección 176.

La Fig. 17 muestra el dispositivo de conmutación 100 en el estado de conexión en serie, donde el miembro accionado 124 experimenta su máximo desplazamiento en la dirección contraria a las agujas del reloj, de modo que las orejetas 172 del miembro accionado 124 se apoyen contra la estructura de pared 170 en la dirección contraria a las agujas del reloj. También el miembro de salida 128 experimenta su máximo desplazamiento en la dirección contraria a las agujas del reloj, de modo que las orejetas 158 del miembro de salida 128 se apoyen contra la estructura de pared 156 en la dirección contraria a las agujas del reloj. De este modo, las orejetas 158 son guiadas por una segunda ranura guía 178, que restringe el movimiento del miembro de salida 128 al movimiento axial cuando la disposición de barras colectoras móviles está abriendo o cerrando los contactos con la disposición de barras colectoras fijas en la primera posición de conmutación. Dado que la segunda ranura de guía 178 está definida, por un lado, por una parte de la estructura de pared 156 que se extiende en toda su altura y, por otro, por la parte intermedia rebajada 157 de la estructura de pared 156, las paredes laterales de la segunda ranura de guía 178 tienen alturas asimétricas.

En el estado de conexión en serie, los conectores 162 del miembro de salida 128 se desenganchan de las muescas 160 del miembro accionado y por la interacción entre los conectores 162 y las regiones intermedias 168 del miembro accionado 124, el miembro de salida 128 se desplaza al máximo en la dirección axial (indicada por la flecha 176) alejándose del miembro accionado 124. Por consiguiente, en esta posición el miembro de salida 128 presiona la primera barra colectora de conexión 130 y la segunda barra colectora de conexión 132 en la disposición de barras colectoras fijas, de modo que la primera barra colectora de entrada 140 esté conectada eléctricamente por la primera barra colectora de conexión 130 a la primera barra colectora de salida 144 y la segunda barra colectora de entrada 142 esté conectada eléctricamente por la segunda barra colectora de conexión 132 a la segunda barra colectora de salida 146 (véase la Fig. 6).

El proceso de conmutación entre el estado de conexión en serie (Fig. 13) y el estado de conexión en paralelo (Fig. 17) del dispositivo de conmutación 100 es reversible, de modo que el proceso de conmutación del estado de conexión en paralelo al estado de conexión en serie proceda de forma análoga a la descripción anterior cuando el miembro accionado 124 es accionado por el motor eléctrico 117 en la dirección de las agujas del reloj.

Números de referencia

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de conmutación (100) que comprende:

una disposición de barras colectoras fijas, que comprende al menos un par de barras colectoras de entrada fijas (140, 142) y un par de barras colectoras de salida fijas (144, 146);

una disposición de barras colectoras móviles, que comprende al menos una primera barra colectora de conexión (130) y una segunda barra colectora de conexión (132); y

al menos un elemento de actuación (117), que está configurado para cambiar una posición de la disposición de barras colectoras móviles al menos hacia y desde una primera posición de conmutación y hacia y desde una segunda posición de conmutación;

en donde en la primera posición de conmutación, cada una de las barras colectoras de entrada fijas (140, 142) está conectada eléctricamente respectivamente a una de las barras colectoras de salida fijas (144, 146), y en la segunda posición de conmutación, el par de barras colectoras de entrada fijas (140, 142) está conectado eléctricamente entre sí, y

caracterizado por que

el dispositivo de conmutación (100) comprende además una unidad de transmisión (116) que tiene al menos un miembro accionado (124) y al menos un miembro de salida (128), que están acoplados entre sí de forma rotacionalmente accionadora en un primer intervalo angular, en donde la disposición de barras colectoras móviles se apoya en el al menos un miembro de salida (128), y

en donde el al menos un miembro accionado (124) aplica una fuerza axial sobre el al menos un miembro de salida (128), cuando el al menos un miembro accionado (124) es accionado fuera del primer intervalo angular, de tal manera que el al menos un miembro de salida (128) mueve la disposición de barras colectoras móviles a lo largo de una dirección al menos sustancialmente paralela al eje de rotación del miembro accionado (124), y

en donde el al menos un elemento de actuación (117) está configurado para girar el miembro accionado (124) para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles hacia y desde la primera posición de conmutación y hacia y desde la segunda posición de conmutación.

2. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde un movimiento de rotación del al menos un miembro de salida (128) está restringido al primer intervalo angular.

3. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 o 2, en donde el al menos un miembro de salida (128) comprende un perfil de conector dentado, que se conjuga con un perfil de muesca de enclavamiento del al menos un miembro accionado (124) de manera que se ajusta a la forma y se acciona rotacionalmente en el primer intervalo angular, y que se desengancha del perfil de conector dentado, cuando el al menos un miembro accionado (124) es accionado fuera del primer intervalo angular.

4. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con la reivindicación 3, en donde los conectores (160) del perfil de conector dentado están formados como cuñas biseladas.

5. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el al menos un miembro accionado (124) está conectado mecánicamente a una estructura de árbol (118), que transfiere un par generado por el al menos un elemento de actuación (117) para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles al el al menos un miembro accionado (124).

6. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde un alojamiento (110) del dispositivo de conmutación (100) comprende al menos un elemento de bloqueo de miembro de salida (156), que está configurado para enganchar con al menos una orejeta (158) del al menos un miembro de salida (128) para restringir el movimiento rotacional del al menos un miembro de salida (128) al primer intervalo angular, y/o en donde el alojamiento (110) del dispositivo de conmutación (100) comprende al menos un elemento de bloqueo del miembro accionado (170), que está configurado para engancharse con al menos una orejeta (172) del al menos un miembro accionado (124) para restringir el movimiento de rotación del al menos un miembro accionado (124) a un segundo intervalo angular, siendo el segundo intervalo angular mayor que el primer intervalo angular.

7. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el al menos un elemento de bloqueo de miembro de salida (156) comprende al menos una ranura de guía (174, 178) formada asimétricamente, que está diseñada para restringir un movimiento del al menos un miembro de salida (128) a un movimiento axial, cuando el al menos un miembro accionado (124) es accionado fuera del primer intervalo angular.

8. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la al menos una barra colectora de conexión (130, 132) de la disposición de barras colectoras móviles se apoya elásticamente en el al menos un miembro de salida mediante al menos un elemento de resorte inclinado (138).

9. El dispositivo de conmutación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde en la primera posición de conmutación, la primera barra colectora de conexión (130) y la segunda barra colectora de conexión (132) conectan eléctricamente respectivamente una de las barras colectoras de entrada fijas (140, 142) a una de las barras colectoras de salida fijas (144, 146).

10. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde en la segunda posición de conmutación, la primera barra colectora de conexión (130) conecta eléctricamente el par de barras colectoras de entrada (140, 142) entre sí, y la segunda barra colectora (132) está conectada eléctricamente como máximo a una de las barras colectoras de entrada (140, 142) o a una de las barras colectoras de salida fijas (144, 146), y al menos un punto de contacto (148) de la segunda barra colectora de conexión (132) está aislado eléctricamente de las restantes barras colectoras de la disposición de barras colectoras fijas.

11. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, que comprende además un primer terminal de entrada (102), que está conectado eléctricamente a una de las barras colectoras de entrada fijas (140), y un segundo terminal de entrada (104), que está conectado eléctricamente a otra de las barras colectoras de entrada fijas (142), en donde el primer terminal de entrada (102) está configurado para conectarse eléctricamente a un terminal (502) de una primera batería y el segundo terminal de entrada (104) está configurado para conectarse eléctricamente a un terminal (504) de una segunda batería.

12. El dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el al menos un elemento de actuación (117) comprende un motor eléctrico, que está configurado para hacer girar el al menos un miembro accionado (124) de la unidad de transmisión (116) para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles, y/o en donde una fuerza generada por el al menos un elemento de actuación (117) para cambiar la posición de la disposición de barras colectoras móviles es transmitida por un engranaje de tornillo sin fin (120, 122).

13. Un sistema de almacenamiento de energía (10) que comprende al menos una primera batería (500(1)) y una segunda batería (500(2)) y el dispositivo de conmutación (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la primera batería (500(1)) y la segunda batería (500(2)) están conectadas eléctricamente al dispositivo de conmutación (100) de tal manera, que la primera batería (500(1)) y la segunda batería (500(2)) sean conmutables por el dispositivo de conmutación (100) entre un estado en serie, en el que la primera batería (500(1)) y la segunda batería (500(2)) están conectadas eléctricamente por el dispositivo de conmutación (100) en serie, y un estado en paralelo, en el que la primera batería (500(1)) y la segunda batería (500(2)) están conectadas eléctricamente por el dispositivo de conmutación (100) en paralelo.