ES3070546T3

ES3070546T3 - Energy storage system

Info

Publication number: ES3070546T3
Application number: ES22843815T
Authority: ES
Inventors: Andreas Junglewitz; Matthias Wiese
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-01-20
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2026-06-16
Anticipated expiration: 2042-12-23
Also published as: EP4466157A1; WO2023138881A1; US20250100421A1; EP4466157C0; EP4466157B1; KR20240136398A; DE102022200640A1

Abstract

La invención se refiere a un sistema de almacenamiento de energía (1) para un vehículo (2) que circula por una ruta con varios tramos (3, 3') de distinta longitud y se carga en paradas (4) entre dos tramos sucesivos (3), que comprende una primera batería (5) con una primera tasa C y una segunda batería (6) con una segunda tasa C, siendo esta última superior a la primera. El sistema de almacenamiento de energía (1) se caracteriza porque incluye un sistema de control (7) configurado de forma que ambas baterías (5, 6) se cargan en las paradas (4), se descargan al menos parcialmente en tramos (3) de la ruta de mayor longitud que la media, y la primera batería (5) se carga mediante la segunda batería (6) en al menos algunos de los demás tramos (3'). La invención también se refiere a un vehículo (2) que incluye dicho sistema de almacenamiento de energía (1) y a un método para operar dicho vehículo (2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema de almacenamiento de energía

[0003] La presente invención hace referencia a un sistema de almacenamiento de energía para un vehículo, a un vehículo con un sistema de almacenamiento de energía y a un procedimiento para operar un vehículo con sistema de almacenamiento de energía. En este caso, varias células forman una batería y varias baterías, cuyas tasas C son diferentes al menos parcialmente, forman un módulo.

[0004] El objeto de la presente invención consiste en proporcionar un sistema de almacenamiento de energía mejorado para vehículos, que pueda fabricarse del modo más sencillo posible y de forma conveniente en cuanto a los costes. Otro objeto de la invención consiste en proporcionar un vehículo con un sistema de suministro de energía de esa clase. Por último, un objeto de la invención consiste en proporcionar un procedimiento correspondiente para operar un vehículo con sistema de almacenamiento de energía.

[0005] El documento US 2002/145404 A1 describe un dispositivo, un aparato y un procedimiento para el almacenamiento de energía eléctrica y para la puesta a disposición de esa energía para un consumidor eléctrico con distintas tasas de rendimiento. En particular, ese documento hace referencia a un dispositivo, un aparato y un procedimiento mediante la utilización de una batería híbrida, para proporcionar tasas de rendimiento variables para un consumidor eléctrico, como por ejemplo un motor eléctrico o un motor de combustión interna, para el accionamiento de un vehículo.

[0006] Esencialmente existen dos tipos de baterías diferentes: Las baterías con tasas C comparativamente reducidas se cargan con energía comparativamente reducida durante un tiempo comparativamente más prolongado. Las baterías con tasas C comparativamente elevadas se cargan con energía comparativamente elevada en un tiempo comparativamente corto. Las baterías con una tasa C comparativamente más reducida tienen una capacidad más elevada, son más económicas y serían más ventajosas para los clientes. La elección de la tasa C se realiza según el perfil de utilización, el tiempo de carga disponible más corto y el ciclo de funcionamiento subsiguiente. Si el perfil de marcha se compone de un segmento largo y a continuación de varios segmentos cortos, el segmento largo determina la capacidad total de la batería (tamaño) y la permanencia corta en los segmentos cortos determina el nivel de la tasa C. En caso de utilizarse sólo una tasa C, toda la capacidad necesaria tendría que implementarse con baterías de tasa C elevada, en correspondencia con el segmento corto.

[0007] La invención soluciona el objeto orientado a un sistema de almacenamiento de energía en donde se prevé que en un sistema de almacenamiento de energía de esa clase para un vehículo que es operado a lo largo de una ruta con una pluralidad de secciones de diferente longitud y que se carga en puntos de detención entre dos secciones consecutivas, el cual comprende una primera batería con una primera tasa C y una segunda batería con una segunda tasa C, donde la segunda tasa C es más elevada que la primera tasa C, el sistema de almacenamiento de energía comprenda un sistema de control que está configurado de manera que la primera y la segunda batería se cargan en los puntos de detención, la primera y la segunda batería se descargan, al menos parcialmente, en secciones de la ruta que son más largas que la media, y que en al menos algunas de las secciones restantes la primera batería se carga mediante la segunda batería.

[0008] Por tanto, la invención soluciona el problema de manera que el sistema de almacenamiento de energía comprende una combinación de baterías con tasa C elevada y reducida. En este caso, los dos tipos de batería se descargan en un segmento largo. En el caso de una carga breve, se cargan las baterías con una tasa C elevada, mientras que las otras sólo reciben una carga parcial reducida. Durante la operación en un primer segmento reducido, se utiliza la energía proveniente de las baterías con tasa C elevada. Al mismo tiempo, una parte de la energía que proveniente de las baterías completamente cargadas se utiliza para cargar posteriormente las baterías con tasa C reducida, también durante el funcionamiento. Mediante esa combinación de baterías y gestión de energía, después de completarse varios procesos de carga cortos y segmentos de operación cortos, puede completarse otro segmento largo que requiera las capacidades de todas las baterías, sin necesitar una fase de carga larga para las baterías con tasa C reducida. Aquí, en el caso de una velocidad constante, "longitud" es un sinónimo de la energía requerida. Las diferentes demandas de energía también pueden surgir a partir de distintas velocidades, resistencias (viento) o diferencias de altitud (ascenso, descenso) en secciones de la misma longitud.

[0009] En una forma de ejecución ventajosa de la invención, la primera capacidad de almacenamiento de energía de la primera batería es de dos a nueves veces tan grande como la segunda capacidad de almacenamiento de energía de la segunda batería. Esa relación depende de las longitudes o las velocidades de las rutas (energía requerida) y de las tasas C seleccionadas.

[0010] En otra forma de ejecución ventajosa de la invención, la primera batería y la segunda batería están dispuestas de manera que a la segunda batería se puede acceder con mayor facilidad que a la primera batería. La invención se basa aquí en el conocimiento de que el número de los ciclos de carga, en el caso de baterías con tasa C elevada durante el funcionamiento, es marcadamente más elevado que en las baterías con una tasa C reducida y, con ello, la vida útil es correspondientemente menor, lo que implica una adquisición de repuestos más temprana (OPEX más elevado). En una combinación de dos tasas C muy diferentes, de manera correspondiente, también es diferente la vida útil, lo que puede aprovecharse para una disposición diferente a bordo del vehículo, por ejemplo de un buque. De este modo, las baterías con una tasa C reducida y una vida útil correspondientemente mayor pueden disponerse en espacios de difícil acceso, por ejemplo, espacios cercanos a la quilla, mientras que las baterías con una vida útil más corta deberían ubicarse en espacios más accesibles.

[0011] El objeto orientado a un vehículo se soluciona mediante un vehículo con un sistema de almacenamiento de energía según la invención.

[0012] El objeto orientado a un procedimiento se soluciona mediante un procedimiento para operar un vehículo con sistema de almacenamiento de energía; el sistema de almacenamiento de energía comprende una primera batería con una primera tasa C y una segunda batería con una segunda tasa C, donde la segunda tasa C es más elevada que la primera tasa C, donde el vehículo es operado a lo largo de una ruta con una pluralidad de secciones de diferente longitud y el sistema de almacenamiento de energía se carga en puntos de detención entre dos secciones consecutivas, donde la primera y la segunda batería se cargan en los puntos de detención, la primera y la segunda batería se descargan, al menos parcialmente, en secciones de la ruta que son más largas que la media, y en al menos una parte de las secciones restantes la primera batería se carga mediante la segunda batería.

[0013] De manera ventajosa, la segunda batería se carga por completo en los puntos de detención.

[0014] En la técnica, las baterías con una tasa C elevada se utilizan para ciclos cortos y las baterías con tasa C reducida se utilizan para ciclos largos. La particularidad de la presente invención reside en la gestión de energía que utiliza energía proveniente de las baterías que se cargan rápido, para garantizar un ciclo de carga largo para las baterías con tasa C reducida. Gracias a esto se posibilita un funcionamiento con ciclos de carga y descarga de diferente longitud, tal como pueden presentarse por ejemplo en ferris con varios puntos de detención diferentes, también con una mayor parte de baterías con una tasa C reducida. Esto conduce a una reducción de los costes en el equipamiento de batería (CAPEX) y a un volumen/peso menor de las baterías, puesto que las baterías con una tasa C más reducida presentan una capacidad por volumen/peso más elevada que las baterías con tasa C elevada.

[0015] También se reduce la capacidad de refrigeración necesaria para la capacidad de la batería en su totalidad, cuando debe operarse sólo una parte más reducida de la capacidad de la batería con tasa C elevada y, por consiguiente, con un mayor calor residual. También los requisitos de seguridad en baterías con tasa C elevada generalmente son mayores que para aquellas con tasa C reducida.

[0016] La invención, a modo de ejemplo, se explica con mayor detalle mediante los dibujos. De manera esquemática y no realizados a escala, muestran:

[0017] Figura 1 un posible ejemplo de la marcha de un ferri, y

[0018] Figura 2 una evolución, a modo de ejemplo, del estado de carga de la primera y de la segunda batería, así como del estado de carga en su totalidad, a lo largo del tiempo.

[0019] La Figura 1 muestra esquemáticamente y a modo de ejemplo la ruta de un ferri 2 con un sistema de almacenamiento de energía 1 según la invención. La ruta contiene varias secciones 3, 3’ de diferente longitud con puntos de detención 4 entre dos secciones 3, 3’ consecutivas, en las que puede cargarse el sistema de almacenamiento de energía 1. El sistema de almacenamiento de energía 1 comprende una primera batería 5 con una primera tasa C y una segunda batería 6 con una segunda tasa C, donde la segunda tasa C es más elevada que la primera tasa. Además, el sistema de almacenamiento de energía 1 comprende un sistema de control 7 que está configurado de manera que la primera batería 5 y la segunda batería 6 se cargan en los puntos de detención 4, la primera batería 5 y la segunda batería 6 se descargan, al menos parcialmente, en secciones 3 de la ruta que son más largas que la media, y que en al menos algunas de las secciones 3’ restantes la primera batería 5 se carga mediante la segunda batería 6.

[0020] En el ejemplo de la Figura 1, la primera batería 5 y la segunda batería 6 se cargan por completo en el punto de inicio S. En el primer segmento largo 3 entre el punto de inicio S y el punto de detención A se cargan por completo la primera batería 5 y la segunda batería 6. En el caso de una carga corta en el punto de detención A, la segunda batería 6, por tanto, aquella con tasa C elevada, se carga por completo, mientras que la primera batería 5, al final del proceso de carga, sólo contiene una carga parcial reducida. Para el funcionamiento del ferri 2, en la primera sección 3’ reducida entre el punto de detención A y el punto de detención B, se utiliza la energía proveniente de la segunda batería 6, por tanto, de la batería con tasa C elevada. Al mismo tiempo, una parte de la energía de esa segunda batería 6 cargada por completo al partir desde el punto de detención A, se utiliza para cargar posteriormente la primera batería 5 con tasa C reducida, también durante el funcionamiento del ferri 2. Al llegar al punto de detención B, en el ejemplo de la Figura 1, la segunda batería 6 está vacía y la primera batería 5 se encuentra cargada parcialmente en un nivel comparativamente reducido, pero más elevado que al partir del punto de detención A. En el tiempo en el que el ferri se encuentra en el punto de detención B, en el ejemplo de ejecución de la Figura 1, como en el punto de detención A, se cargan las dos baterías 5 y 6. La primera batería 5 se carga más partiendo de un nivel comparativamente reducido; la segunda batería 6 se carga por completo, desde cero.

[0022] El procedimiento descrito se repite en las siguientes secciones cortas 3’ y en los puntos de detención 4, de manera que en la partida en el punto de detención E, están cargadas por completo tanto la primera batería 5, como también la segunda batería 6, y puede recorrerse la sección larga 3 entre el punto de detención E y el destino S.

[0024] La Figura 2 muestra una evolución a modo de ejemplo del estado de carga de la primera batería 5 (-◆‑) y de la segunda batería 6 (-■‑), así como la evolución correspondiente del estado de carga total (-▲‑) a lo largo del tiempo. Allí puede apreciarse claramente cómo la primera batería 5 se carga tanto en los puntos de detención 4 (S, A, B, C, D, E), como también en los tramos cortos 3’ entre esos puntos de detención 4, mientras que una carga de la segunda batería 6 sólo se realiza en los propios puntos de detención 4. La siguiente tabla muestra procesos de carga y descarga correspondientes de las baterías en las secciones 3, así como 3’, y en los puntos de detención 4 (S, A, B, C, D, E):

[0027]

[0031]

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Sistema de almacenamiento de energía (1) para un vehículo (2) que es operado a lo largo de una ruta con una pluralidad de secciones (3, 3’) de diferente longitud y que se carga en puntos de detención (4) entre dos secciones (3, 3’) consecutivas, el cual comprende una primera batería (5) con una primera tasa C y una segunda batería (6) con una segunda tasa C, donde la segunda tasa C es más elevada que la primera tasa C, caracterizado porque el sistema de almacenamiento de energía (1) comprende un sistema de control (7) que está configurado de manera que la primera y la segunda batería (5, 6) se cargan en los puntos de detención (4), porque la primera y la segunda batería (5, 6) se descargan, al menos parcialmente, en secciones (3) de la ruta que son más largas que la media, y porque en al menos algunas de las secciones (3’) restantes la primera batería (5) se carga mediante la segunda batería (6).

2. Sistema de almacenamiento de energía (1) según la reivindicación 1, donde la primera capacidad de almacenamiento de energía de la primera batería (5) es de dos a nueve veces tan grande como la segunda capacidad de almacenamiento de energía de la segunda batería (6).

3. Sistema de almacenamiento de energía (1) según una de las reivindicaciones precedentes, donde la primera batería (5) y la segunda batería (6) están dispuestas de manera que a la segunda batería (6) se puede acceder con mayor facilidad que a la primera batería (5).

4. Vehículo (2) con un sistema de almacenamiento de energía (1) según una de las reivindicaciones precedentes.

5. Procedimiento para operar un vehículo (2) con sistema de almacenamiento de energía (1), el sistema de almacenamiento de energía (1) comprende una primera batería (5) con una primera tasa C y una segunda batería (6) con una segunda tasa C, donde la segunda tasa C es más elevada que la primera tasa C, donde el vehículo (2) es operado a lo largo de una ruta con una pluralidad de secciones (3, 3’) de diferente longitud y el sistema de almacenamiento de energía (1) se carga en puntos de detención (4) entre dos secciones (3,3’) consecutivas, caracterizado porque la primera y la segunda batería (5, 6) se cargan en los puntos de detención (4), la primera y la segunda batería (5, 6) se descargan, al menos parcialmente, en secciones (3) de la ruta que son más largas que la media, y porque en al menos una parte de las secciones (3’) restantes la primera batería (5) se carga mediante la segunda batería (6).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, donde la segunda batería (6) se carga por completo en puntos de detención (4).