ES3042346T3 - Battery system - Google Patents

Battery system

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ES3042346T3
ES3042346T3 ES17842488T ES17842488T ES3042346T3 ES 3042346 T3 ES3042346 T3 ES 3042346T3 ES 17842488 T ES17842488 T ES 17842488T ES 17842488 T ES17842488 T ES 17842488T ES 3042346 T3 ES3042346 T3 ES 3042346T3
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Jeremy Lindstrom
Shawn Hanna
Jerome Ronne
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Corvus Energy Holding AS
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Abstract

Se describe un sistema de baterías con una placa base que comprende uno o más conectores de alimentación de placa base. Uno o más módulos de baterías, cada uno con un conector de alimentación de módulo, están configurados para acoplarse a la placa base de manera que el conector de alimentación del módulo se acopla con un conector de alimentación de placa base correspondiente. Uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura se ubican dentro de una distancia de conducción térmica y están configurados para detectar un cambio de temperatura en cualquiera de los conectores de alimentación del módulo y/o en ambos, así como en el conector de alimentación de placa base correspondiente. También se describe un sistema de baterías que incluye una placa base con uno o más conectores de comunicación óptica de placa base. Uno o más módulos de baterías, cada uno con un conector de comunicación óptica de módulo, están configurados para acoplarse a la placa base de manera que el conector de comunicación óptica del módulo se acopla con un conector de comunicación óptica de placa base correspondiente en un acoplamiento ciego. El sistema de baterías también comprende una o más fibras ópticas que terminan en uno o más conectores de comunicación óptica de placa base. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0003] Sistema de batería
[0005] Campo de la divulgación
[0007] La presente divulgación se refiere a un sistema de batería tal y como se utiliza habitualmente en la industria marítima. Más particularmente, la divulgación se refiere a un sistema de batería que comprende uno o más módulos de batería y una placa posterior, a un conector de alimentación del módulo para un módulo de batería y a un conector de alimentación de la placa posterior para una placa posterior.
[0009] Antecedentes de la divulgación
[0011] Un tipo de batería recargable es la batería de iones de litio, que comprende varias celdas conectadas en serie. La batería suele estar alojada en un encerramiento para formar un módulo de batería. Durante las condición normales de operación, la energía eléctrica se convierte y se almacena como energía química durante la carga, y la energía química almacenada se convierte en energía eléctrica durante la descarga.
[0013] US 2016/093843 divulga, por ejemplo, ya módulos de batería conectados a una placa posterior común.
[0015] Existen varios problemas con los actuales soportes para módulos de batería. Los módulos de batería suelen incluir conectores positivos y negativos en su cara frontal, a los que se conectan conjuntos de cables de alimentación para formar una cadena de módulos que terminan en un conmutador (o controlador de paquete ). Las conexiones de entrada y salida del refrigerante también suelen estar en la cara frontal del módulo de la batería. Unas mangueras flexibles externas conectan estos accesorios de refrigeración a unos tubos rígidos externos montados en las superficies frontales del sistema de soporte. Estas conexiones suelen ser difíciles y requieren mucho trabajo para instalarlas y mantenerlas, están sujetas a una mala calidad de fabricación debido a problemas de engarce y, además, es fácil que el instalador o el técnico en mantenimiento las conecten incorrectamente, lo que puede provocar un cortocircuito. Además, como los cables suelen estar expuestos en la parte frontal del soporte, están sujetos a impactos o daños mecánicos de otros equipos o actividades. Con el cableado expuesto en la parte frontal de los módulos, los paquetes de baterías también corren el riesgo de sufrir fugas de refrigerante, que pueden derramarse en el piso en el área inmediata de la sala de baterías, lo que genera condiciones inseguras.
[0017] Con los paquetes de baterías actuales, la instalación y el mantenimiento de un módulo de batería también es un proceso relativamente complicado. Para instalar o quitar un módulo del paquete de baterías, generalmente se requiere la conexión/desmontaje de todas las interfaces individuales mencionadas anteriormente hasta que el módulo pueda instalarse/retirarse del soporte.
[0019] Aún más, a menudo se requieren múltiples longitudes de cable para adaptarse a las diversas disposiciones físicas de los módulos de batería. Esto puede dar lugar a circuitos de alimentación complejos y excesivamente largos. A menudo, el circuito de alimentación se cruza sobre sí mismo con las cubiertas de los cables en contacto entre sí, lo que provoca posibles puntos calientes. El área total del bucle formado como resultado del cableado puede ser grande, lo que puede causar problemas de interferencias electromagnéticas (EMI).
[0021] Además, debido a la elevada alimentación de salida de estos sistemas de baterías, los conectores principales de alimentación están a veces sujetos a sobrecalentamiento. Es una práctica común en la industria inspeccionar regularmente los conectores de alto voltaje para determinar si se están sobrecalentando. Esto suele hacerse visualmente, por ejemplo, tomando imágenes de los conectores con una cámara de infrarrojos disponible comercialmente. Este procedimiento puede llevar mucho tiempo y sería ventajoso disponer de métodos alternativos mejorados para inspeccionar los conectores de alto voltaje.
[0023] La presente divulgación pretende abordar estas y otras necesidades en la técnica.
[0025] Breve descripción de la divulgación
[0027] En un primer aspecto de la divulgación, se proporciona un sistema de batería que comprende una placa posterior para acoplar uno o más módulos de batería como se define en la reivindicación 1.
[0029] Cada módulo de batería puede comprender más de un conector de alimentación del módulo. Cada conector de alimentación del módulo y/o cada conector de alimentación de la placa posterior puede incluir uno o más de los componentes electrónicos sensibles a la temperatura. La placa posterior puede estar acoplada a una estructura de soporte que define una o más bahías de batería, y mover el módulo de batería para que se acople con la placa posterior puede comprender el deslizamiento del módulo de batería en una bahía de batería hasta que se acople con la placa posterior. Un componente electrónico sensible a la temperatura puede comprender cualquier componente capaz de medir la temperatura, como un sensor de temperatura, o puede comprender un componente que puede utilizarse para medir indirectamente la temperatura. Por ejemplo, el componente puede tener una propiedad medible que cambia en función de la temperatura, y la propiedad medible puede controlarse para derivar la temperatura.
[0031] Con el sistema de batería anterior, el monitoreo de la temperatura de los conectores de alimentación (ya sean de los módulos o de la placa posterior) puede llevarse a cabo sin necesidad de recurrir a cámaras de infrarrojos o similares, utilizando en su lugar componentes electrónicos sensibles a la temperatura dispuestos a una distancia de conducción térmica del conector de alimentación del módulo y/o del conector de alimentación de la placa posterior. Esto puede ser especialmente útil cuando se utiliza un acoplamiento de unión ciego, como se describe más adelante, que puede hacer que los conectores de alimentación del módulo y de la placa posterior sean inaccesibles cuando están acoplados entre sí.
[0033] El conector de alimentación del módulo puede estar configurado para acoplarse con el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente en un acoplamiento de unión ciego. El acoplamiento de unión ciego puede lograrse deslizando un módulo de batería hasta su acople operacional con la placa posterior. Las conexiones de alimentación pueden formarse cuando las clavijas de alimentación (que pueden estar comprendidas en el conector de alimentación del módulo) de la parte posterior del módulo de batería se acoplan con los clavijas de alimentación (que pueden estar comprendidas en el conector de alimentación de la placa posterior) aseguradas dentro de la placa posterior (o, en el caso inverso, las clavijas de alimentación de la placa posterior pueden acoplarse con los clavijas del módulo de batería). Cada una de las clavijas de alimentación puede estar conectado a barras colectoras de modo que, cuando todos los módulos de batería están acoplados a la placa posterior, se forma una cadena en serie completa, con ambos extremos de la cadena (positivo y negativo) terminando en un dispositivo de conmutación de alimentación, que puede denominarse controlador de paquete . Las barras conductoras de interconexión pueden ser flexibles para permitir un ligero desalineamiento del conector de alimentación del módulo con respecto al conector de alimentación de la placa posterior, al acoplar ambos, permitiendo por lo tanto un ajuste correcto con la mínima fuerza necesaria para asentar los conectores.
[0035] El conector de alimentación del módulo y/o el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente pueden incluir una o más características de alineación para guiar el acoplamiento del conector de alimentación del módulo con el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente de modo que, al mover el módulo de la batería para acoplarlo con la placa posterior, el uno o más características de alineación puedan corregir al menos parte del desalineamiento del conector de alimentación del módulo con respecto al conector de alimentación de la placa posterior correspondiente. La uno o más características de alineación pueden comprender una o más porciones cónicas proporcionadas en uno o más de los conectores de alimentación del módulo y del conector de alimentación de la placa posterior.
[0037] El uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden comprender uno o más termistores.
[0038] Al menos algunos de los uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden estar posicionados en el conector de alimentación del módulo.
[0040] Al menos algunos de los uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden posicionarse en el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente.
[0042] El conector de alimentación del módulo y el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente pueden ser inaccesibles cuando el módulo de batería está acoplado a la placa posterior. En particular, en algunas realizaciones puede no ser posible, durante el acoplamiento de los conectores de alimentación del módulo y de la placa posterior, localizar visualmente los conectores de alimentación para ayudar a su alineación.
[0044] Cada módulo de batería puede comprender además un conector de comunicación de módulo configurado para acoplarse con un conector de comunicación de placa posterior correspondiente en la placa posterior. El conector de comunicación del módulo puede estar incluido en el conector de alimentación del módulo, o puede ser un componente independiente del conector de alimentación del módulo. El conector de comunicación de la placa posterior puede estar incluido en el conector de alimentación de la placa posterior, o puede ser un componente independiente del conector de alimentación de la placa posterior.
[0046] El conector de comunicación del módulo y el conector de comunicación de la placa posterior correspondiente pueden comprender conectores de comunicación óptica. Cada módulo de batería puede estar configurado para acoplarse a la placa posterior en un acoplamiento de unión ciego en el que el conector de comunicación del módulo está posicionado a una distancia de comunicación óptica del conector de comunicación de la placa posterior correspondiente. En la posición de operación de un módulo batería (es decir, cuando está acoplado a la placa posterior), pueden formarse por lo tanto conexiones ópticas cuando los puertos ópticos del conector de comunicación óptica del módulo, en la parte posterior del módulo batería, se aproximan lo suficiente a los puertos ópticos del conector de comunicación óptica de la placa posterior correspondiente. En la posición de operación, puede formarse un espacio libre entre el conector de comunicación del módulo y el conector de comunicación de la placa posterior correspondiente.
[0047] El medio óptico es preferiblemente un material barato para tubos de luz de bajo ancho de banda. El espacio libre de la interfaz óptica es preferiblemente lo suficientemente pequeño como para tolerar un desalineamiento tal que, por lo general, no se requieren componentes de alta precisión ni procedimientos especiales de alineación/calibración para garantizar una alineación correcta del conector de comunicación óptica del módulo con el conector de comunicación óptica de la placa posterior.
[0049] El conector de alimentación del módulo y/o el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente pueden incluir uno o más características de alineación para guiar el acoplamiento del conector de alimentación del módulo con el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente de modo que, al mover el módulo de batería para acoplarlo con la placa posterior, la una o más características de alineación corrigen al menos cierto desalineamiento del conector de comunicación del módulo con respecto al conector de comunicación de la placa posterior correspondiente. Así, el acoplamiento físico de los conectores de alimentación del módulo con los conectores de alimentación de la placa posterior puede ser suficiente para que los conectores de comunicación del módulo se acoplen comunicativamente con los conectores de comunicación de la placa posterior. El acoplamiento comunicativo puede comprender un acoplamiento físico (por ejemplo, si se utiliza la comunicación eléctrica) o, alternativamente, puede comprender un acoplamiento no físico, por ejemplo, si se utiliza la comunicación óptica, como se ha descrito anteriormente.
[0051] El sistema de batería puede comprender además un dispositivo de conmutación de energía para interrumpir el flujo de alimentación entre la placa posterior y uno o más módulos de batería. El sistema de batería puede comprender además un controlador de paquete configurado, cuando el controlador de paquete determina que se cumple una condición de desconexión de seguridad, para operar el dispositivo de conmutación de alimentación con el fin de interrumpir el flujo de alimentación entre la placa posterior y uno o más módulos de batería. El controlador de paquete puede estar configurado para desconectar uno o más módulos de batería de un bus de alimentación de CC, interrumpiendo por lo mismo el flujo de alimentación entre la placa posterior y uno o más módulos de batería.
[0053] Cada módulo de batería puede comprender un controlador de módulo configurado para determinar una temperatura del conector de alimentación del módulo y/o del conector de alimentación de la placa posterior correspondiente, basándose en un cambio de temperatura detectado por uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura. El controlador del módulo puede comprender lógica programable, como uno o más microprocesadores, y una o más memorias que cooperen entre sí para ejecutar instrucciones programadas, como software. En algunas realizaciones, el controlador del módulo puede comprender circuitos de procesamiento configurados para llevar a cabo los métodos descritos en la presente.
[0055] El uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden comprender uno o más termistores. El controlador del módulo puede estar configurado además para determinar la temperatura del conector de alimentación basándose en una resistencia eléctrica de uno o más termistores. Por ejemplo, la temperatura del conector de alimentación puede determinarse a partir de la comparación de una resistencia eléctrica de referencia acoplada eléctricamente al controlador del módulo y una resistencia eléctrica de uno o más termistores. La resistencia eléctrica de referencia puede determinarse mediante una resistencia pull-down o pull-up acoplada eléctricamente al controlador del módulo.
[0057] El controlador de paquete puede estar en comunicación con el controlador del módulo y puede estar configurado además para determinar que se ha cumplido la condición de desconexión de seguridad si se determina que la temperatura del conector de alimentación excede un umbral de temperatura preestablecido.
[0059] El controlador del módulo puede estar configurado además para comunicarse con el controlador de paquete a través de un bucle de desconexión de seguridad. El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad si se determina que la temperatura del conector de alimentación excede el umbral de temperatura preestablecido, previniendo por lo mismo que el controlador del módulo se comunique con el controlador de paquete . La condición de desconexión de seguridad puede satisfacerse cuando el controlador del módulo deja de comunicarse con el controlador de paquete . El controlador del módulo puede estar configurado para operar un relé u otro dispositivo de tipo conmutador, como un relé óptico, con el fin de abrir/cerrar el bucle de desconexión de seguridad.
[0061] El controlador del módulo puede determinar que ya no se comunica con el controlador de paquete cuando el controlador de paquete determina que el controlador del módulo no se ha comunicado con el controlador de paquete a través del bucle de desconexión de seguridad durante una cantidad de tiempo predeterminada.
[0063] El bucle de desconexión de seguridad puede comprender un medio de comunicación óptico. El medio de comunicación óptico puede comprender una fibra óptica que termine en el conector de comunicación de la placa posterior. Las señales ópticas enviadas desde el controlador del módulo al controlador de paquete pueden transmitirse a través de un espacio libre de interfaz de aire entre el conector de comunicación del módulo y el conector de comunicación de la placa posterior, a través de una o más fibras ópticas, y pueden ser detectadas por un receptor óptico en el conector de comunicación de la placa posterior, o en alguna otra parte de la placa posterior.
[0064] El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad si: se determina que el voltaje de una o más celdas del módulo de la batería excede un umbral de voltaje preestablecido, siendo el voltaje medido por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo; se determina que la temperatura de una o más celdas del módulo de la batería excede un umbral de temperatura de celda preestablecido, siendo la temperatura de celda medida por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo; o se determina que la temperatura ambiente del módulo de la batería excede un umbral de temperatura ambiente preestablecido, siendo la temperatura ambiente medida por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo.
[0066] El conector de alimentación del módulo puede incluir contactos de módulo y contactos de enclavamiento. Los contactos de enclavamiento pueden estar acoplados eléctricamente al controlador del módulo y a los contactos de enclavamiento correspondientes en el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente cuando el módulo de batería está acoplado a la placa posterior. El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad en respuesta a la desconexión del módulo de batería de la placa posterior.
[0068] El conector de alimentación de la placa posterior puede incluir un puente colocado de tal modo que, cuando el módulo de batería esté acoplado a la placa posterior, el puente esté acoplado eléctricamente a los contactos de enclavamiento y, cuando el módulo de batería esté desacoplado de la placa posterior, el puente esté desconectado de los contactos de enclavamiento. El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad basándose en una resistencia eléctrica a través de los contactos de enclavamiento. Por ejemplo, el controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad mediante la comparación de una resistencia eléctrica de referencia acoplada eléctricamente al controlador del módulo con una resistencia eléctrica a través de los contactos de enclavamiento
[0069] El uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden estar: comprendidos en el conector de alimentación del módulo y acoplados eléctricamente a los contactos de enclavamiento; comprendidos en el conector de alimentación del módulo y acoplados eléctricamente a los contactos del módulo; o comprendidos en el conector de alimentación de la placa posterior y acoplados eléctricamente al puente.
[0071] El uno o más conectores de alimentación de la placa posterior pueden estar acoplados de forma móvil a la placa posterior. Los uno o más conectores de la placa posterior pueden estar acoplados de forma móvil a la placa posterior, de modo que los uno o más conectores de la placa posterior pueden estar dispuestos para moverse lateralmente dentro de un plano paralelo a un plano definido por la placa posterior.
[0073] La placa posterior puede comprender además una pluralidad de barras colectoras flexibles que interconectan conectores de alimentación de la placa posterior adyacentes.
[0075] La placa posterior puede incluir un soporte para recibir uno o más módulos de batería. Durante el acoplamiento del uno o más módulos de batería con el soporte, el soporte puede cooperar con el uno o más módulos de batería de modo que el movimiento del uno o más módulos de batería se limite a una dirección perpendicular a la placa posterior.
[0077] El controlador de paquete puede estar configurado además para: enviar a través del bucle de desconexión de seguridad una instrucción de reposo al controlador del módulo si se determina que un flujo de alimentación necesario hacia/desde el módulo de batería está por debajo de un umbral de alimentación preestablecido; y enviar a través del bucle de desconexión de seguridad una instrucción de activación al controlador del módulo si se determina que un flujo de alimentación necesario hacia/desde el módulo de batería está por encima de un umbral de alimentación preestablecido. El controlador del módulo puede estar configurado además para: operar en un modo de baja alimentación en respuesta a la recepción de la instrucción de reposo; y operar en un modo normal en respuesta a la recepción de la instrucción de activación.
[0079] En otro aspecto de la divulgación, se proporciona un conector de alimentación para un módulo de batería. El conector de alimentación del módulo está configurado para acoplarse con un conector de alimentación de la placa posterior correspondiente en una placa posterior, formando por lo mismo una vía para el flujo de alimentación entre el módulo de batería y la placa posterior. El conector de alimentación del módulo comprende uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura configurados para detectar un cambio en la temperatura del conector de alimentación del módulo. El conector de alimentación del módulo del presente aspecto de la divulgación puede ser el conector de alimentación del módulo descrito anteriormente en relación con el primer aspecto de la divulgación. En consecuencia, el conector de alimentación del módulo del presente aspecto de la divulgación puede comprender cualquiera de las características del conector de alimentación del módulo descritos anteriormente en relación con el primer aspecto de la divulgación.
[0081] En otro aspecto de la divulgación, se proporciona un conector de alimentación de la placa posterior para una placa posterior. El conector de alimentación de la placa posterior está configurado para acoplarse con un conector de alimentación del módulo correspondiente en un módulo de batería, formando por lo mismo una ruta para el flujo de alimentación entre el módulo de batería y la placa posterior. El conector de alimentación de la placa posterior comprende uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura configurados para detectar un cambio en la temperatura del conector de alimentación de la placa posterior. El conector de alimentación de la placa posterior del presente aspecto de la divulgación puede ser el conector de alimentación de la placa posterior descrito anteriormente en relación con el primer aspecto de la divulgación. En consecuencia, el conector de alimentación de la placa posterior del presente aspecto de la divulgación puede comprender cualquiera de las características del conector de alimentación de la placa posterior descritos anteriormente en relación con el primer aspecto de la divulgación.
[0083] En otro aspecto de la divulgación, se proporciona un método de utilización de un sistema de batería. El método comprende proporcionar una placa posterior que comprende uno o más conectores de alimentación de la placa posterior. El método comprende además proporcionar uno o más módulos de batería que comprenden cada uno un conector de alimentación del módulo configurado para acoplarse con un conector de alimentación de la placa posterior correspondiente. El método comprende además proporcionar uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura posicionados a una distancia de conducción térmica de, y configurados para detectar un cambio de temperatura de, uno, o ambos, el conector de alimentación del módulo y el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente. El método comprende además mover uno o más módulos de batería para acoplarlos a la placa posterior de modo que cada conector de alimentación del módulo se acople a un conector de alimentación de la placa posterior correspondiente, formando por lo mismo una vía para el flujo de alimentación entre uno o más módulos de batería y la placa posterior.
[0085] El acoplamiento de cada conector de alimentación del módulo con un conector de alimentación de la placa posterior correspondiente puede comprender un acoplamiento de unión ciego. Cada conector de alimentación del módulo y/o cada conector de alimentación de la placa posterior correspondiente puede incluir una o más características de alineación para guiar el acoplamiento del conector de alimentación del módulo con el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente de modo que, al mover el módulo de la batería para acoplarlo con la placa posterior, la uno o más características de alineación corrijan al menos cierto desalineamiento del conector de alimentación del módulo con respecto al conector de alimentación de la placa posterior correspondiente.
[0087] De acuerdo con la invención, se proporciona un sistema de batería que comprende: una placa posterior para acoplarse con uno o más módulos de batería, la placa posterior que comprende uno o más conectores de comunicación óptica de placa posterior. El sistema de batería comprende además uno o más módulos de batería, cada uno de los cuales incluye un conector de comunicación óptica y está configurado para acoplarse a la placa posterior moviendo el módulo de batería para acoplarlo a la placa posterior de modo que el conector de comunicación óptica del módulo se acople al conector de comunicación óptica de la placa posterior correspondiente en un acoplamiento de unión ciego. El sistema de batería comprende además una o más fibras ópticas que terminan en uno o más conectores de comunicación óptica de placa posterior.
[0089] Cada conector de comunicación óptica del módulo puede incluir una o más características de alineación para guiar el acoplamiento del conector de comunicación óptica del módulo con el conector de comunicación óptica de la placa posterior correspondiente de modo que, al mover el módulo de la batería para acoplarlo con la placa posterior, las características de alineación corrijan al menos parte del desalineamiento del conector de comunicación óptica del módulo con respecto al conector de comunicación óptica de la placa posterior correspondiente.
[0091] El acoplamiento de uno o más módulos de batería con la placa posterior puede comprender que los uno o más módulos de batería se posicionen con respecto a la placa posterior de modo que uno o más puertos ópticos del módulo en cada conector de comunicación óptica del módulo estén ubicados dentro de la distancia de comunicación óptica de los puertos ópticos de la placa posterior correspondientes en el conector de comunicación óptica de la placa posterior correspondiente. Puede formarse un espacio libre entre uno o más puertos ópticos del módulo y el correspondiente uno o más puertos ópticos de la placa posterior.
[0093] Cada módulo de batería puede comprender además un conector de alimentación del módulo configurado para acoplarse a la placa posterior moviendo el módulo de batería hasta acoplarse a la placa posterior de modo que el conector de alimentación del módulo se acople a un conector de alimentación correspondiente de la placa posterior. Cada módulo de batería puede comprender además uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura posicionados a una distancia termoconductora de, y configurados para detectar un cambio de temperatura de, uno o ambos, el conector de alimentación del módulo y el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente.
[0095] El uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden comprender uno o más termistores.
[0096] Al menos algunos de los uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden estar posicionados en el conector de alimentación del módulo.
[0098] Al menos algunos de los uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden posicionarse en el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente.
[0099] El conector de alimentación del módulo y el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente pueden ser inaccesibles cuando el módulo de batería está acoplado a la placa posterior.
[0101] El sistema de batería puede comprender además un dispositivo de conmutación de alimentación para interrumpir el flujo de alimentación entre la placa posterior y uno o más módulos de batería, el sistema de batería comprende además un controlador de paquete configurado, cuando el controlador de paquete determina que se cumple una condición de desconexión de seguridad, para operar el dispositivo de conmutación de modo que se interrumpa el flujo de alimentación entre la placa posterior y el uno o más módulos de batería.
[0103] Cada módulo de batería puede comprender además un controlador de módulo configurado para determinar una temperatura del conector de alimentación del módulo y/o del conector de alimentación de la placa posterior, basándose en un cambio de temperatura detectado por el uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura.
[0105] El uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura pueden comprender uno o más termistores. El controlador del módulo puede estar configurado además para determinar la temperatura del conector de alimentación basándose en una resistencia eléctrica de uno o más termistores. Por ejemplo, la temperatura del conector de alimentación puede determinarse basándose en una resistencia eléctrica de referencia acoplada eléctricamente al controlador del módulo, y en una resistencia eléctrica del uno o más termistores.
[0107] El controlador de paquete puede estar en comunicación con el controlador del módulo y puede estar configurado además para determinar que se ha cumplido la condición de desconexión de seguridad si se determina que la temperatura del conector de alimentación supera un umbral de temperatura preestablecido.
[0109] El controlador del módulo puede estar configurado para comunicarse con el controlador de paquete a través de un bucle de desconexión de seguridad. El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad si se determina que la temperatura del conector de alimentación supera el umbral de temperatura preestablecido, previniendo por lo mismo que el controlador del módulo se comunique con el controlador de paquete . La condición de desconexión de seguridad puede satisfacerse cuando el controlador del módulo deja de comunicarse con el controlador de paquete .
[0111] Se puede determinar que el controlador del módulo ya no se comunica con el controlador de paquete cuando el controlador de paquete determina que el controlador del módulo no se ha comunicado con el controlador de paquete a través del bucle de desconexión de seguridad durante un tiempo predeterminado.
[0113] El bucle de desconexión de seguridad puede comprender la una o más fibras ópticas.
[0115] El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad si: se determina que el voltaje de una o más celdas del módulo de la batería supera un umbral de tensión preestablecido, siendo el voltaje medido por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo; se determina que la temperatura de una o más celdas del módulo de la batería supera un umbral de temperatura de celda preestablecido, siendo la temperatura de celda medida por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo; o se determina que la temperatura ambiente del módulo de la batería supera un umbral de temperatura ambiente preestablecido, siendo la temperatura ambiente medida por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo.
[0117] El conector de alimentación del módulo puede incluir contactos de módulo y contactos de enclavamiento. Los contactos de enclavamiento pueden estar acoplados eléctricamente al controlador del módulo y a los contactos de enclavamiento correspondientes en el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente cuando el módulo de batería está acoplado a la placa posterior. El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad en respuesta a la desconexión del módulo de batería de la placa posterior.
[0119] El conector de alimentación de la placa posterior correspondiente puede incluir un puente colocado de tal modo que, cuando el módulo de batería esté acoplado a la placa posterior, el puente esté acoplado eléctricamente a los contactos de enclavamiento y, cuando el módulo de batería esté desacoplado de la placa posterior, el puente esté desconectado de los contactos de enclavamiento. El controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad basándose en una resistencia eléctrica a través de los contactos de enclavamiento. Por ejemplo, el controlador del módulo puede estar configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad comparando una resistencia eléctrica de referencia acoplada eléctricamente al controlador del módulo con una resistencia eléctrica a través de los contactos de enclavamiento.
[0121] El uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura están: comprendidos en el conector de alimentación del módulo y acoplados eléctricamente a los contactos de enclavamiento; comprendidos en el conector de alimentación del módulo y acoplados eléctricamente a los contactos del módulo; o comprendidos en el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente y acoplados eléctricamente al puente.
[0122] El uno o más conectores de alimentación de la placa posterior pueden estar acoplados de forma móvil a la placa posterior. La placa posterior puede comprender además una pluralidad de barras colectoras flexibles que interconectan conectores de alimentación de la placa posterior adyacentes.
[0124] El controlador de paquete puede estar configurado además para: enviar a través del bucle de desconexión de seguridad una instrucción de reposo al controlador del módulo si se determina que un flujo de alimentación necesario hacia/desde el módulo de batería está por debajo de un umbral de alimentación preestablecido; y enviar a través del bucle de desconexión de seguridad una instrucción de activación al controlador del módulo si se determina que un flujo de alimentación necesario hacia/desde el módulo de batería está por encima de un umbral de alimentación preestablecido. El controlador del módulo puede estar configurado además para: operar en un modo de baja alimentación en respuesta a la recepción de la instrucción de reposo; y operar en un modo normal en respuesta a la recepción de la instrucción de despertar.
[0126] Breve descripción de los dibujos
[0128] A continuación se describirán realizaciones específicas de la divulgación junto con los dibujos que las acompañan: La Figura 1 es una vista en perspectiva de un conjunto de soporte de acuerdo con una realización de la divulgación; La Figura 2 es una vista en perspectiva del conjunto de soportes de la Figura 1, completamente cargado con módulos de batería;
[0129] La Figura 3A es una vista en perspectiva de la cara frontal de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la divulgación;
[0130] La Figura 3B es una vista en perspectiva de una cara posterior del módulo de batería de la Figura 3A;
[0131] La Figura 4A es una vista en perspectiva de un conector de alimentación del módulo de acuerdo con una realización de la divulgación;
[0132] La Figura 4B es una vista en perspectiva de un lado opuesto del conector de alimentación del módulo de la Figura 4A;
[0133] Las Figuras 5A-5D son vistas en sección transversal de un conector de alimentación del módulo acoplado a un conector de alimentación de la placa posterior, de acuerdo con una realización de la divulgación;
[0134] La Figura 6 es una vista en sección transversal de una conexión óptica que se forma cuando un conector de alimentación del módulo se acopla con un conector de alimentación de la placa posterior, de acuerdo con una realización de la divulgación;
[0135] La figura 7A es un diagrama de circuito de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la divulgación; La Figura 7B es un diagrama de circuito de un paquete de baterías de acuerdo con una realización de la divulgación; y
[0136] La Figura 8 es un diagrama de circuito de un módulo de batería de acuerdo con una realización de la divulgación.
[0137] Descripción detallada de las realizaciones específicas
[0139] La presente divulgación pretende proporcionar un sistema de batería mejorado. Aunque a continuación se describen diversas realizaciones de la divulgación, la divulgación no se limita a dichas realizaciones, y las variaciones de las mismas pueden entrar dentro del alcance de la divulgación, que ha de limitarse únicamente por las reivindicaciones adjuntas.
[0141] Los términos direccionales como "arriba", "abajo", "hacia arriba", "hacia abajo", "verticalmente" y "lateralmente" se utilizan en esta divulgación únicamente con el fin de proporcionar una referencia relativa, y no pretenden sugerir ninguna limitación sobre cómo debe colocarse cualquier artículo durante su uso, ni sobre cómo debe montarse en un conjunto o en relación con un entorno.
[0143] Además, el término "acoplar" y sus variantes, como "acoplado", "acopla" y "acoplamiento", tal como se utilizan en esta divulgación, pretenden incluir conexiones indirectas y directas, a menos que se indique lo contrario. Por ejemplo, si un primer artículo está acoplado a un segundo artículo, ese acoplamiento puede ser a través de una conexión directa o a través de una conexión indirecta a través de otro u otros artículos.
[0145] Además, las formas singulares "un", "una" y "el" tal como se utilizan en esta divulgación pretenden incluir también las formas plurales, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
[0147] Volviendo a la figura 1, se muestra un conjunto de soporte 100 de acuerdo con una realización de la presente divulgación. El conjunto de soporte 100 comprende paredes laterales 10 y 12 que unen una base 14 y una parte superior 16. Una pared divisoria 18 se extiende desde la base 14 hasta la parte superior 16 y separa el conjunto de soporte 100 en una columna izquierda y una columna derecha. Cada columna comprende varias bahías de batería 20 para recibir módulos de batería. Cada bahía de batería 20 está configurada para recibir o aceptar un único módulo de batería, aunque en otras realizaciones una bahía de batería puede estar configurada para recibir más de un módulo de batería. Las paredes laterales 10, 12 y la pared divisoria 18 comprenden cada una miembros de guía 22 para asistir a la alineación adecuada de los módulos de batería durante la inserción de los módulos de batería en el conjunto de soporte 100. La base 14 aloja una cámara de flujo de aire debajo de las bahías de batería 20. La parte frontal de la base 14 está proporcionada de un conducto de ventilación 26 para permitir el paso del aire.
[0149] El conjunto de soporte 100 comprende además una placa posterior 28 que define una pared trasera del conjunto de soporte 100. Se dice que la pared trasera del conjunto de soporte 100 está en un lado receptor de módulos de batería de la placa posterior 28. La placa posterior 28 forma una pared posterior de cada bahía de batería 20 y comprende una serie de conectores de alimentación de la placa posterior 32 que comprenden conectores ópticos de placa posterior 33, dispuestos para disponerse o acoplarse con los correspondientes puertos/conectores de alimentación de módulo y puertos/conectores ópticos de módulo en un módulo de batería. Por lo tanto, cada bahía de batería 20 está proporcionada de un conector de alimentación 32 de la placa posterior y un conector óptico de placa posterior 33 para acoplarse con un módulo de batería insertado dentro de la bahía de batería. Los conectores de alimentación de la placa posterior 32 y los conectores ópticos de la placa posterior 33 están acoplados de forma móvil a la placa posterior 28, de modo que los conectores de alimentación de la placa posterior 32 y los conectores ópticos de la placa posterior 33 pueden moverse lateralmente ligeramente en el plano definido por la placa posterior 28.
[0151] Se proporcionan barras colectoras flexibles 24 para interconectar dos conectores de alimentación de la placa posterior 32 adyacentes de modo que la energía eléctrica pueda fluir de un conector de alimentación 32 de la placa posterior a otro. Debido a su flexibilidad, durante el acoplamiento de un módulo de batería 38 con la placa posterior 28, un ligero desalineamiento del módulo de batería 38 será corregido por las barras conductoras flexibles y el acoplamiento móvil de los conectores de alimentación de la placa posterior 32 y los conectores ópticos de la placa posterior 33 con la placa posterior 28, permitiendo un ligero movimiento de los conectores de alimentación de la placa posterior 32 con respecto al módulo de batería 38. El conector de alimentación 32 de la placa posterior en la parte inferior izquierda se utiliza para conectarse al bus de CC de un barco. Los conectores de alimentación de la placa posterior 32 y los conectores ópticos de la placa posterior 33 están posicionados cerca de la pared divisoria 18.
[0153] La Figura 1 muestra el conjunto de soporte 100 en una configuración vacía. Es decir, en la Figura 1 se muestra el conjunto de soporte 100 sin ningún módulo de batería instalado. El módulo de batería 38, como el que se muestra en las Figuras 3<a>y 3B, puede utilizarse con el conjunto de soporte 100. Volviendo a las Figuras 3A y 3<b>, se muestra una realización de un módulo de batería 38 que puede instalarse en el conjunto de soporte 100. La Figura 3A muestra una vista frontal del módulo de batería 38 y la Figura 3B muestra una vista posterior del módulo de batería 38. El módulo de batería 38 aloja (aunque no se muestra) un número de celdas dispuestas en una disposición apilada dentro de un encerramiento 40. En la cara posterior del módulo de batería 38 se muestran los puertos de comunicación óptica del módulo 42, los puertos de alimentación del módulo 44 y el sello de escape 46. Los puertos de comunicación óptica del módulo 42 y los puertos de alimentación del módulo 44 están incluidos en un conector de alimentación del módulo 200 (descrito con más detalle a continuación). Los puertos de comunicación óptica del módulo 42 están colocados en una alineación vertical, al igual que los puertos de alimentación del módulo 44. Los puertos de comunicación óptica del módulo 42 y los puertos de alimentación del módulo 44 forman parte de un conector de alimentación/comunicación del módulo, que se describe con más detalle a continuación. En la parte inferior del módulo de batería 38 hay un disipador de calor 48 con aletas para facilitar la disipación del calor fuera del módulo de batería 38.
[0155] En uso, los módulos de batería (como el módulo de batería 38) se instalan en un conjunto de soporte deslizando un módulo de batería en una bahía de batería vacía del conjunto de soporte. En la Figura 2 se muestra un conjunto de soporte 100 completamente lleno. Cada bahía de batería 20 contiene un módulo de batería 38 insertado en el mismo, estando cada módulo de batería acoplado a la placa posterior 28. Para montar un módulo de batería 38 en el conjunto de soporte 100, el módulo de batería 38 se inserta primero por la cara posterior en una bahía de batería 20 vacía. El módulo de batería 38 se inserta completamente en la bahía de batería 20 hasta alcanzar una posición de acoplamiento, en donde los puertos ópticos 42 y los puertos de alimentación 44 (del módulo de batería 38) se acoplan ciegamente con los puertos correspondientes de un conector óptico 33 y un conector de alimentación 32 (de la placa posterior 28), y el sello de escape 46 (del módulo de batería 38) se acopla ciegamente con un puerto de escape 34 (de la placa posterior 28). Los miembros de guía 22 ayudan a alinear correctamente los puertos del módulo de batería 38 con respecto a los puertos correspondientes de la placa posterior 28.
[0157] Como se describirá con más detalle a continuación, las características de alineación proporcionados en el conector de alimentación/comunicación del módulo también ayudan a alinear los puertos del módulo de batería 38 con respecto a los puertos correspondientes de la placa posterior 28.
[0159] Como se ha mencionado anteriormente, el acoplamiento de los puertos ópticos del módulo 42 con un conector óptico de placa posterior 33, el acoplamiento de los puertos de alimentación del módulo 44 con un conector de alimentación 32 de la placa posterior y el acoplamiento del sello de escape 46 con un puerto de escape 34 comprenden un acoplamiento de unión ciego. Como se sabe en la técnica, un acoplamiento de unión ciego puede ser cualquier acoplamiento donde las características de autoalineación de los conectores permitan un ligero desalineamiento durante el enganche/acoplamiento de un conector con otro. Las características de autoalineación ayudan a alinear correctamente los conectores para garantizar un acople adecuado de los conectores. El acoplamiento de los puertos ópticos del módulo 42 con un conector óptico de placa posterior 33 correspondiente significa que los puertos ópticos del módulo 42 se ponen en proximidad de comunicación óptica con los puertos correspondientes del conector óptico de placa posterior 33. Con el acoplamiento de unión ciego descrito anteriormente, no es necesario que un usuario conecte manualmente cada módulo de batería 38 a la placa posterior 28. El acoplamiento óptico y eléctrico de cada módulo de batería 38 con la placa posterior 28 está asegurado por la correcta alineación de los conectores ópticos/de alimentación 42/44 con los conectores ópticos/de alimentación 33/32, y la correcta alineación del sello de escape 46 y el puerto de escape 34, tanto en la cara posterior del módulo de batería 38 como en la placa posterior 28.
[0161] Volviendo a las Figuras 4A y 4B, se muestra con más detalle una porción del conector de alimentación/comunicación del módulo 200 de acuerdo con una realización de la divulgación. Para mayor claridad, se hará referencia al conector de alimentación/comunicación del módulo 200 simplemente como conector de alimentación del módulo 200. El conector de alimentación del módulo 200 se utiliza con el módulo de batería 38, tal y como se describe en relación con las Figuras 3A y 3B, y está dispuesto en la parte trasera del módulo de batería 38 (es decir, el lado que se acopla con la placa posterior 28).
[0163] El conector de alimentación del módulo 200 comprende puertos de comunicación óptica 42 para la comunicación óptica con los puertos correspondientes de un conector de alimentación de la placa posterior 28, a la que se va a acoplar el conector de alimentación del módulo 200. El conector de alimentación del módulo 200 comprende termistores 204 cuya operación se describe con más detalle a continuación. Las conexiones 206 del bucle de enclavamiento de alto voltaje (HVIL) se extienden desde los puertos de alimentación HVIL 208 y, cuando el conector de alimentación del módulo 200 está acoplado a la placa posterior 28, a un puente HVIL local (no mostrado). La operación del HVIL se trata con más detalle a continuación. Junto a los puertos de alimentación HVIL 208 hay una conexión de unión/tierra 212 conectada al puerto de unión/tierra 210. Los puertos HVIL y de unión/tierra adyacentes 208, 210 son pasamuros de conexión de batería 214 que permiten que los contactos del módulo de batería principal se enganchen con los contactos correspondientes del conector de alimentación 32 de la placa posterior correspondiente. Los pasamuros de conexión de la batería 214 forman el exterior de los puertos de alimentación 44 que se ven en la Figura 3B. En la realización mostrada en las Figuras 4A y 4B, se incluye una PCB 218 de interfaz de acoplamiento de unión ciego. La placa de circuito impreso de interfaz 218 proporciona un medio para agregar una serie de señales, incluidas las procedentes de las conexiones HVIL 206 y los termistores 204, y dirigir dichas señales a un conector de placa de circuito impreso de interfaz.
[0165] La cara que mira hacia atrás del conector de alimentación del módulo 200 se muestra en la Figura 4B. Rodeando los pasamuros de conexión de la batería 214 hay un cono de entrada de acoplamiento de unión ciego 216 que permite la alineación de acoplamiento de unión ciego del conector de alimentación del módulo 200 con un conector de placa posterior 32 correspondiente.
[0167] Pasando ahora a las Figuras 5A-5D, se muestra el conector de alimentación del módulo 200 siendo puesto en contacto con el conector de alimentación 32 de la placa posterior correspondiente. La Figura 5A muestra el conector de alimentación del módulo 200 y el conector de alimentación 32 de la placa posterior en una posición no acoplada, la Figura 5B muestra el conector de alimentación del módulo 200 y el conector de alimentación 32 de la placa posterior en una posición alineada, la Figura 5C muestra el conector de alimentación del módulo 200 y el conector de alimentación 32 de la placa posterior en una posición acoplada, y la Figura 5D muestra el conector de alimentación del módulo 200 y el conector de alimentación 32 de la placa posterior en una posición totalmente acoplada.
[0169] El conector de alimentación del módulo 200 incluye clavijas de alimentación 250, una clavija HVIL 252 y un cono de entrada de acoplamiento de unión ciego 216. El conector de alimentación 32 de la placa posterior incluye clavijas de alimentación 254 para su inserción en las clavijas de alimentación 250, y la clavija de puente HVIL 256 para su inserción en la clavija HVIL 252. Durante el acoplamiento del conector de alimentación del módulo 200 con el conector de alimentación 32 de la placa posterior, las clavijas de alimentación 254 se autoalinean con las clavijas de alimentación 250 en virtud del cono de entrada de acoplamiento de unión ciego 216 que interactúa con el conector de alimentación 32 de la placa posterior. Las barras colectoras flexibles 258 acopladas al conector de alimentación 32 de la placa posterior pueden flexionarse de forma móvil durante el acoplamiento del conector de alimentación del módulo 200 con el conector de alimentación 32 de la placa posterior, por lo mismo haciendo que el conector de alimentación 32 de la placa posterior se mueva con respecto a la placa posterior 28 y ayudando a la alineación del conector de alimentación 32 de la placa posterior con el conector de alimentación del módulo 200.
[0170] En la Figura 5C, las clavijas de alimentación 254 se muestran en contacto eléctrico con las clavijas de alimentación 250, y en la Figura 5D el conector de alimentación del módulo 200 y el conector de alimentación 32 de la placa posterior se muestran totalmente acoplados o unidos, con el puente HVIL 256 acoplado eléctricamente con la clavija HVIL 252. Durante el desacoplamiento del conector de alimentación del módulo 200 del conector de alimentación 32 de la placa posterior, el puente HVIL 256 se desacopla del puente HVIL 252 antes de que las clavijas de alimentación 254 se desacoplen de las clavijas de alimentación 250.
[0172] Volviendo a la Figura 6, se muestra un acoplamiento óptico del conector de alimentación del módulo 200 con el conector de alimentación 32 de la placa posterior. El conector de alimentación 32 de la placa posterior incluye fibras ópticas 260 que terminan en lentes ópticos 262. El conector de alimentación del módulo 200 incluye puertos ópticos 42, así como componentes optoelectrónicos 264 en comunicación óptica con fibras ópticas 260. Las señales electrónicas generadas por un controlador de módulo en el módulo de batería pueden recibirse en los componentes optoelectrónicos 264, convertirse en señales ópticas y transmitirse al controlador de paquete a través de fibras ópticas 260. Una junta de espuma 266 separa el conector de alimentación del módulo 200 del conector de alimentación 32 de la placa posterior.
[0174] A continuación se describirá el sistema de batería de la presente divulgación en uso. En un sistema de batería de alto voltaje (como el descrito en relación con las figuras 1-6), los conectores de alimentación del módulo y de la placa posterior están a veces sujetos a sobrecalentamiento. Como los conectores del módulo y de la placa posterior se acoplan en un acoplamiento de unión ciego, los conectores son generalmente inaccesibles y la inspección visual de los mismos no suele ser posible. En consecuencia, la presente divulgación proporciona un sistema y un método para determinar si los conectores del módulo y/o de la placa posterior se están sobrecalentando, como se describirá a continuación. Otros riesgos para las baterías de iones de litio son la sobrecarga, la sobredescarga y las altas temperaturas en general. Para protegerse de tales peligros, es típico implementar una serie de características de desconexión de seguridad, de nuevo como se describirá ahora con más detalle a continuación.
[0176] La Figura 7A es un diagrama de circuito del módulo de batería 38, de acuerdo con una realización de la divulgación. El módulo de batería 38 incluye una serie de celdas 52 conectadas en serie. El módulo de batería 38 incluye además varios sensores de voltaje 54 conectados a las celdas 52 y configurados para leer el voltaje de cada celda 52. Las salidas de los sensores de voltaje 54 se dirigen a los comparadores 56. Las salidas de los comparadores 56 están conectadas a un bloque lógico 58 que afirma su salida si se afirma alguna de las salidas de los comparadores 56. Por ejemplo, el bloque lógico 58 puede comprender una o más puertas lógicas OR y/o puertas lógicas AND. El módulo de batería 38 incluye además un sensor de temperatura 60 utilizado para medir una temperatura ambiente del módulo de batería 38. Por ejemplo, el sensor de temperatura 60 puede colocarse de modo que controle la temperatura de una o más de las celdas 52. El módulo de batería 38 puede incluir uno o más sensores de temperatura adicionales (no mostrados) para medir la temperatura en diferentes ubicaciones dentro del módulo de batería 38. La salida del sensor de temperatura 60 se dirige al comparador 62, cuya salida a su vez se suministra al bloque lógico 58.
[0178] Un termistor 66 (por ejemplo uno de los termistores 204 de la figura 4A) está integrado dentro del conector de alimentación del módulo 64 (mostrado con líneas discontinuas), que incluye los terminales 64a del módulo y los terminales 64b del bucle de enclavamiento de alto voltaje (HVIL). El conector de alimentación del módulo 64 puede ser el mismo que el conector de alimentación del módulo 200 descrito anteriormente, pero a efectos de las Figuras 7A-8 está etiquetado de forma diferente. Físicamente, el termistor 66 está acoplado eléctricamente a los terminales 64b del HVIL. El termistor 66 está colocado para detectar cambios en la temperatura del conector de alimentación del módulo 64. Como es sabido en la técnica, la resistencia del termistor 66 variará con la temperatura detectada del conector de alimentación del módulo 64. Por lo tanto, a medida que varía la temperatura del conector de alimentación del módulo 64, también lo hace la resistencia eléctrica del termistor 66.
[0180] El termistor 66 está conectado a la resistencia de pull-down 68, formando juntos un circuito divisor de voltaje. Un convertidor analógico-digital (ADC) 70 mide el voltaje en el circuito divisor de voltaje. El voltaje medido por el ADC 70 variará en función de la resistencia en el termistor 66, dando lugar a un cambio de voltaje medido por el ADC 70. Un dispositivo lógico programable 72, como un microcontrolador, se utiliza para convertir el voltaje medido por el ADC 70 en una temperatura. La salida del dispositivo lógico programable 72 está configurada para comunicarse directamente con un controlador de paquete 81 (véase la figura 7B) a través de un enlace de comunicación del sistema de gestión de baterías (no mostrado). En una realización alternativa (como se muestra en la figura 7A), la salida del dispositivo lógico programable 72 puede estar configurada para comunicarse con el bloque lógico 81. El bloque lógico 58 está configurado para controlar un dispositivo de conmutación 76, como un relé, un transistor o una compuerta AND, operable para abrir o cerrar alternativamente un bucle de desconexión de seguridad 78.
[0181] La Figura 7B es un diagrama de circuito de varios módulos de batería 38 conectados en serie al controlador de paquete 81 y al dispositivo de conmutación 82. El bucle de desconexión de seguridad 78 comprende una ruta de señal continua que pasa a través de todos los módulos de batería 38 que están conectados al controlador de paquete 81. Si el dispositivo de conmutación 76 de cualquier módulo de batería 38 interrumpe (es decir, abre) el bucle de desconexión de seguridad 78, el controlador de paquete 81 está configurado para abrir el dispositivo de conmutación 82 y prevenir así que se sigan cargando o descargando los módulos de batería 38. El bucle de desconexión de seguridad 78 comprende un medio de comunicación óptico como las fibras ópticas (por ejemplo, las fibras ópticas 260 descritas anteriormente) que terminan en un conector de comunicación óptica 80 del módulo. La señal óptica transportada por el bucle de desconexión de seguridad 78 se convierte en una señal electrónica en un receptor optoelectrónico 90. La salida del receptor optoelectrónico 90 pasa a través del dispositivo de conmutación 76 y al transmisor optoelectrónico 91 que es operacionable para convertir la señal eléctrica en una señal óptica. El receptor optoelectrónico 90 puede ser, por ejemplo, un fototransistor o un fotodiodo. El transmisor optoelectrónico 91 puede ser, por ejemplo, un diodo emisor de luz o un láser.
[0183] En conjunto, los componentes descritos anteriormente incorporan una serie de características de desconexión de seguridad que pueden utilizarse para interrumpir el flujo de alimentación hacia/desde el módulo de batería 38 en caso de que no se cumpla alguno de una serie de parámetros de seguridad. En particular, durante la operación, el voltaje a través de los terminales del paquete de baterías 100, 101 puede ser típicamente de hasta 1200 voltios. Con un voltaje tan alto, sería peligroso desconectar el módulo de batería 38 del paquete de baterías mientras la cadena de baterías (es decir, los módulos de batería restantes del paquete) permanece conectada al bus de CC principal, porque el voltaje del bus quedaría expuesto en los conectores de la placa posterior. Aún más, como se ha mencionado anteriormente, el sobrecalentamiento de los conectores del módulo/plano posterior, la sobrecarga/sobredescarga del módulo de batería y las altas temperaturas de operación son condiciones en las que no es seguro operar el módulo de batería. Para prevenir tal ocurrencia insegura, el bucle de desconexión de seguridad 78 se utiliza para desconectar automáticamente el sistema de batería del bus de CC tan pronto como se detecta una condición insegura.
[0185] Para evitar el sobrecalentamiento del módulo de batería 38 (por ejemplo, en el caso de un evento de descontrol térmico, como se conoce en la técnica), la salida del sensor de temperatura 60 se compara con un umbral de temperatura preestablecido en el comparador 62. El comparador 62 emitirá una señal digital al bloque lógico 58 si la temperatura medida es superior al umbral de temperatura preestablecido. La señal digital recibida en el bloque lógico 58 hará que el bloque lógico 58 active el dispositivo de conmutación 76, abriendo por lo mismo el bucle de desconexión de seguridad 78.
[0187] La abertura del bucle de desconexión de seguridad 78 hará que el controlador de paquete 81 determine que se ha cumplido una condición de desconexión de seguridad, y hará que el controlador de paquete 81 opere el dispositivo de conmutación 82 para desconectar el módulo de batería 38 del bus de CC. De este modo, se puede prevenir un mayor sobrecalentamiento del módulo de batería 38.
[0189] Del mismo modo, para evitar la sobrecarga/sobredescarga del módulo de batería 38, las salidas de los sensores de voltaje 54 se comparan con umbrales de voltaje preestablecidos en los comparadores 56. Un comparador 56 emitirá una señal digital al bloque lógico 58 si el voltaje medido por su respectivo sensor de voltaje 54 es superior al umbral de voltaje preestablecido. La señal digital recibida en el bloque lógico 58 hará que el bloque lógico 58 active el dispositivo de conmutación 76, abriendo por lo mismo el bucle de desconexión de seguridad 78. Como se ha descrito anteriormente, la abertura del bucle de desconexión de seguridad 78 hará que el controlador de paquete 81 determine que se ha cumplido una condición de desconexión de seguridad. En respuesta, el controlador de paquete 81 operará el dispositivo de conmutación 82 para interrumpir el flujo de alimentación hacia/desde el módulo de batería 50, previniendo por lo mismo una mayor sobrecarga/sobredescarga. Los comparadores 56 están configurados de modo que si el voltaje de una célula 52 excede un umbral superior admisible (por ejemplo, 4,20 V para las células NMC de iones de litio), se afirma su señal de salida. Los comparadores 56 también pueden estar configurados de modo que si el voltaje de una célula 52 cae por debajo de un umbral inferior admisible (por ejemplo 2,70 V para las células NMC de iones de litio), se active su señal de salida.
[0191] El bucle de desconexión de seguridad 78 también se utiliza para interrumpir el flujo de alimentación hacia/desde el módulo de batería 50 en el evento de que el módulo de batería 50 se desconecte de la placa posterior. Para implementar este atributo, una fuente de voltaje 67 proporciona un voltaje a los terminales 64b del bucle de enclavamiento de alto voltaje (HVIL). Cuando el módulo de batería 38 está acoplado a la placa posterior, los terminales HVIL 64b están conectados al suministro de voltaje 67 y el voltaje se devuelve mediante un puente HVIL 65. La corriente pasa entonces desde la fuente de voltaje 67, a través del puente HVIL 65 y a través del termistor 66 y la resistencia de pull-down 68. El termistor 66 y la resistencia de pull-down 68 forman un divisor de voltaje. El valor de resistencia de la resistencia de pull-down 68 se selecciona de modo que la entrada de voltaje en un comparador 74 sea mediblemente superior a cero. Cuando el módulo de batería 38 se desacopla de la placa posterior, los terminales HVIL 64b se desconectan del puente HVIL 65 de modo que no hay corriente a través del divisor de voltaje, y la resistencia de pull-down 68 mantiene el voltaje en el comparador 74 a cero. El comparador 74 está diseñado para que un voltaje bajo active la salida al bloque lógico 58 mientras que un voltaje alto desactive la salida. Así, cuando el módulo de batería 38 se desacopla de la placa posterior, el voltaje en el comparador 74 disminuye (representando un "estado inseguro") y se envía una señal digital al bloque lógico 58, activando el dispositivo de conmutación 76 que provoca la interrupción de la alimentación hacia/desde el módulo de batería 38, tal como se ha descrito anteriormente. A la inversa, cuando el módulo de batería 38 se acopla con la placa posterior, la entrada de voltaje en el comparador 74 se eleva (lo que representa un "estado seguro"), y el comparador 74 ya no afirma una salida al bloque lógico 58.
[0193] Para detectar el sobrecalentamiento del conector de alimentación del módulo 64, también puede abrirse el bucle de desconexión de seguridad 78 mediante el termistor 66. En particular, como se ha descrito anteriormente, el ADC 70 mide el voltaje en el circuito divisor de voltaje creado por el termistor 66 y la resistencia de pull-down 68. El dispositivo lógico programable 72 convierte el voltaje medido por el ADC 70 en una temperatura que se compara con un umbral de temperatura preestablecido almacenado en el dispositivo lógico programable 72. Se afirma una salida digital al bloque lógico 58 si la temperatura medida excede el umbral de temperatura preestablecido. El umbral de temperatura puede fijarse de modo que se garantice que la operación del conector de alimentación del módulo 64 se mantenga dentro de un rango de temperatura de operación seguro para los materiales de los que está compuesto (y otras partes del paquete de baterías que están en contacto térmico con él). Como ejemplo no limitativo, un conector de módulo compuesto en parte de plástico puede tener una temperatura de operación segura por debajo de 100 grados C, y el umbral de temperatura preestablecido puede por lo tanto fijarse en 90 grados C. Cualquier otro umbral de temperatura adecuado se contempla dentro del alcance de esta divulgación.
[0195] La señal digital recibida en el bloque lógico 58 hará que el bloque lógico 58 active el dispositivo de conmutación 76, abriendo por lo mismo el bucle de desconexión de seguridad 78. Como se ha descrito anteriormente, la abertura del bucle de desconexión de seguridad 78 hará que el controlador del paquete 81 determine que se ha cumplido una condición de desconexión de seguridad. En respuesta, el controlador de paquete 81 opera el dispositivo de conmutación 82 para desconectar la cadena de módulos de batería 38 del bus de CC. En particular, al operar el dispositivo de conmutación 82, se previene el flujo de alimentación hacia/desde los módulos de batería 38 a través de los terminales de módulo 64a. De este modo, se puede prevenir el sobrecalentamiento del conector de alimentación del módulo 64.
[0197] En una realización alternativa, el dispositivo lógico programable 72 transmite el valor de la temperatura a través de un enlace de comunicaciones del sistema de gestión de la batería (no mostrado) directamente al controlador de paquete 81, sin pasar por el bucle de desconexión de seguridad 78. La comunicación hará que el controlador de paquete 81 determine que se ha cumplido una condición de desconexión de seguridad, y hará que el controlador de paquete 81 opere el dispositivo de conmutación 82 para desconectar el módulo de batería 38 del bus de CC. De este modo, se puede prevenir un mayor sobrecalentamiento del módulo de batería 38. En esta realización, no es necesario depender del dispositivo lógico programable 72 para determinar si la temperatura medida excede el umbral de temperatura preestablecido (el dispositivo lógico programable 72 puede comprender software que, por lo general, es más propenso a fallos que el hardware incluido en el controlador de paquete 81). Más bien, la funcionalidad del dispositivo lógico programable 72 puede llevarse a cabo en el controlador de paquetes 81.
[0198] En la Figura 8 se muestra una realización alternativa del módulo de batería 38. En esta realización, un par de termistores 66a y 66b están acoplados eléctricamente a los terminales 64a del módulo, a diferencia de los terminales 64b del HVIL. Por lo demás, la operación del circuito de la Figura 8 es idéntica a la de la Figura 7A. Sin embargo, en lugar de comunicarse directamente con el bloque lógico 58, como se ha descrito anteriormente la lógica del dispositivo programable 72 transmite el valor de temperatura recibido de cualquiera de los ADC 70a, 70b a través de un enlace de comunicaciones del sistema de gestión de la batería (no mostrado) directamente al controlador de paquete 81, sin pasar por el bucle de desconexión de seguridad 78. El controlador de paquetes 81 determina entonces si se ha cumplido una condición de desconexión de seguridad.
[0200] En otra realización alternativa (no mostrada), el termistor 66 puede integrarse con el puente HVIL 65 incluido en el conector de alimentación de la placa posterior. En otras palabras, el termistor 66 puede estar ubicado sobre, dentro o a cualquier otra distancia de conducción térmica del conector de alimentación de la placa posterior, y puede estar acoplado eléctricamente al puente HVIL 65. El termistor 66 responderá por lo tanto a los cambios de temperatura del conector de alimentación de la placa posterior, y hará que se opere el dispositivo de conmutación 76 en caso de que la temperatura del conector de alimentación de la placa posterior aumente por encima de un umbral preestablecido, como se ha descrito anteriormente.
[0202] Cabe señalar que el módulo de batería 38 de la figura 8 forma parte de una conexión en serie de varios módulos de batería 38 (como el que se muestra en la Figura 7B). Además, la operación del dispositivo de conmutador 82 provocará que otros módulos de batería 38 de la cadena en serie se desconecten del bus de CC. Es decir, si un módulo de batería experimenta un problema crítico de seguridad (es decir, sobrecalentamiento/sobrevoltaje, etc.), todos los módulos de batería de la cadena en serie se desconectarán del bus de CC.
[0204] Se contempla que cualquier parte de cualquier aspecto o realización discutido en esta memoria descriptiva puede ser implementado o combinado con cualquier parte de cualquier otro aspecto o realización discutido en esta memoria descriptiva. Por ejemplo, en lugar de un único termistor, pueden utilizarse varios termistores en serie.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES
1. Un sistema de batería que comprende:
una placa posterior (28) para acoplarse con uno o más módulos de batería (38), donde la placa posterior comprende uno o más conectores de comunicación óptica de placa posterior;
uno o más módulos de batería (38), cada uno comprende un conector de comunicación óptica del módulo (42), y cada uno está configurado para acoplarse con la placa posterior moviendo el módulo de batería para acoplarse con la placa posterior de modo que el conector de comunicación óptica del módulo se acople con un conector de comunicación óptica de la placa posterior (33) correspondiente en un acoplamiento de unión ciego; y una o más fibras ópticas (260) que terminan en el uno o más conectores de comunicación óptica de la placa posterior.
2. El sistema de batería de la reivindicación 1, en donde
el módulo de batería (38) comprende un controlador de módulo configurado para comunicarse con un controlador de paquete (81) a través de un bucle de desconexión de seguridad (78) que comprende la una o más fibras ópticas (260).
3. El sistema de batería de la reivindicación 1 o 2, en donde el acoplamiento del uno o más módulos de batería (38) con la placa posterior (28) comprende que el uno o más módulos de batería se posicionen con respecto a la placa posterior de modo que uno o más puertos ópticos del módulo en cada conector de comunicación óptica del módulo (33) están ubicados dentro de la distancia de comunicación óptica de los puertos ópticos de la placa posterior correspondientes en el conector de comunicación óptica de la placa posterior (33) correspondiente.
4. El sistema de batería de cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde cada módulo de batería (38) comprende además un conector de alimentación del módulo (200) configurado para acoplarse con la placa posterior (28) moviendo el módulo de batería para acoplarse con la placa posterior de modo que el conector de alimentación del módulo se acople con un conector de alimentación (32) de la placa posterior correspondiente en la placa posterior, cada módulo de batería comprende además uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura posicionados dentro de una distancia de conducción térmica de, y configurados para detectar un cambio de temperatura de, uno o ambos, el conector de alimentación del módulo y el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente, y opcionalmente en donde el uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura comprenden uno o más termistores.
5. El sistema de batería de la reivindicación 4, en donde:
al menos algunos de los uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura (66) están posicionados en el conector de alimentación del módulo (200), o
al menos algunos de los uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura se posicionan en el conector de alimentación (32) de la placa posterior correspondiente.
6. El sistema de batería de cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, en donde el conector de alimentación del módulo (200) y el conector de alimentación (32) de la placa posterior correspondiente son inaccesibles cuando el módulo de batería (38) está acoplado a la placa posterior (28).
7. El sistema de batería de la reivindicación 4 cuando depende de la reivindicación 2, comprende además un dispositivo de conmutación de alimentación para interrumpir el flujo de alimentación entre la placa posterior (28) y el uno o más módulos de batería (38), el controlador de paquete (81) está configurado, cuando el controlador del paquete determina que se cumple una condición de desconexión de seguridad, para operar el dispositivo de conmutación para interrumpir el flujo de alimentación entre la placa posterior y el uno o más módulos de batería.
8. El sistema de batería de la reivindicación 7, en donde el controlador del módulo está configurado para determinar una temperatura del conector de alimentación del conector de alimentación del módulo (200) y/o del conector de alimentación (32) de la placa posterior, basándose en un cambio de temperatura detectado por el uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura, y opcionalmente en donde el uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura comprenden uno o más termistores, y el controlador del módulo está configurado además para determinar la temperatura del conector de alimentación basándose en una resistencia eléctrica del uno o más termistores.
9. El sistema de batería de la reivindicación 7 u 8, en donde el controlador de paquete (81) está configurado para determinar que se ha satisfecho la condición de desconexión de seguridad si se determina que la temperatura del conector de alimentación excede un umbral de temperatura preestablecido.
10. El sistema de batería de cualquiera de las reivindicaciones 8 o 9, en donde el controlador del módulo está configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad (78) si se determina que la temperatura del conector de alimentación excede el umbral de temperatura preestablecido, previniendo así que el controlador del módulo se comunique con el controlador de paquete (81), la condición de desconexión de seguridad se satisface cuando el controlador de módulo ya no se comunica con el controlador de paquete, y opcionalmente en donde se
determina que el controlador de módulo ya no se comunica con el controlador de paquete (81) cuando el controlador de paquete determina que el controlador del módulo no se ha comunicado con el controlador de paquete a través del bucle de desconexión de seguridad (78) durante una cantidad de tiempo predeterminada.
11. El sistema de batería de la reivindicación 10, en donde el controlador del módulo está configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad (78) si:
se determina que el voltaje de una o más celdas del módulo de batería (38) excede un umbral de voltaje preestablecido, el voltaje es medido por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo;
se determina que la temperatura de celda de una o más celdas del módulo de batería (38) excede un umbral de temperatura de celda preestablecido, la temperatura de celda es medida por un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo; o
se determina que una temperatura ambiente del módulo de batería (38) excede un umbral de temperatura ambiente preestablecido, la temperatura ambiente se mide mediante un sensor acoplado eléctricamente al controlador del módulo.
12. El sistema de batería de cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, en donde el conector de alimentación del módulo (200) comprende contactos del módulo y contactos de enclavamiento, los contactos de enclavamiento están acoplados eléctricamente al controlador del módulo y a los correspondientes contactos de enclavamiento en el conector de alimentación (32) de la placa posterior correspondiente cuando el módulo de batería (38) está acoplado a la placa posterior (28), el controlador del módulo está configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad (78) en respuesta a que el módulo de batería se desacopla de la placa posterior, y opcionalmente
en donde el conector de alimentación (32) de la placa posterior correspondiente comprende un puente colocado de modo que, cuando el módulo de batería (38) está acoplado a la placa posterior, el puente está eléctricamente acoplado a los contactos de enclavamiento, y, cuando el módulo de batería está desacoplado de la placa posterior (28), el puente está desconectado de los contactos de enclavamiento, el controlador del módulo está configurado además para abrir el bucle de desconexión de seguridad basándose en una resistencia eléctrica a través de los contactos de enclavamiento, y opcionalmente en donde el uno o más componentes electrónicos sensibles a la temperatura están:
comprendidos en el conector de alimentación del módulo y acoplados eléctricamente a los contactos de enclavamiento;
comprendidos en el conector de alimentación del módulo y acoplados eléctricamente a los contactos del módulo; o
comprendidos en el conector de alimentación de la placa posterior correspondiente y acoplados eléctricamente al puente.
13. El sistema de batería de cualquiera de las reivindicaciones 4-12, en donde el uno o más conectores de alimentación (32) de la placa posterior están acoplados de forma móvil a la placa posterior (28), y opcionalmente en donde la placa posterior comprende además una pluralidad de barras colectoras flexibles que interconectan conectores de alimentación de la placa posterior adyacentes.
14. El sistema de batería de cualquiera de las reivindicaciones 10-13, en donde el controlador de paquete (81) está configurado además para:
enviar a través del bucle de desconexión de seguridad (78) una instrucción de reposo al controlador del módulo si se determina que un flujo de alimentación necesario hacia/desde el módulo de batería (38) está por debajo de un umbral de flujo de alimentación preestablecido; y
enviar a través del bucle de desconexión de seguridad (78) una instrucción de activación al controlador del módulo si se determina que un flujo de alimentación necesario hacia/desde el módulo de batería (38) está por encima de un umbral de flujo de alimentación preestablecido,
el controlador del módulo está configurado además para:
operar en un modo de baja alimentación en respuesta a la recepción de la instrucción de reposo; y operar en un modo normal en respuesta a la recepción de la instrucción de activación.
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