WO2020091586A1 - Lithium-ion smart battery - Google Patents

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WO2020091586A1
WO2020091586A1 PCT/MX2018/000118 MX2018000118W WO2020091586A1 WO 2020091586 A1 WO2020091586 A1 WO 2020091586A1 MX 2018000118 W MX2018000118 W MX 2018000118W WO 2020091586 A1 WO2020091586 A1 WO 2020091586A1
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battery
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gps
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PCT/MX2018/000118
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Ernesto SÁNCHEZ PROAL
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Seerauber Automotive De México, S.A.P.I. De C.V.
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Definitions

  • the present invention is related to the field of electronics, specifically to a lithium ion battery that is intended to be used in electric vehicles, which incorporates functions within a control card in the same battery as It gives you the ability to connect to the cloud, as well as hardware and software for vehicle steering and traction control, a charge and discharge management system, measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery.
  • IBS Intelligent Battery Sensor
  • An I BS is a total measurement system for managing the lead-acid battery. These components measure the charge or discharge current flowing through the battery, the voltage across the battery terminals, as well as the temperature of the battery through thermal conduction between the battery post and the unit. I BS. All three measurements are taken almost simultaneously to ensure accurate measurements, even in times of rapidly changing conditions. An IBS can use a communication protocol to send the results of these measurements to the vehicle's electronic control unit or other control system.
  • I BS units must be built to handle the full range of automobile operating conditions. For example, a temperature rating of - 40 ° C to 1 1 5 ° C would allow the device to survive conditions that would damage even the newest and most advanced lead-acid batteries. Additionally, a high voltage range allows the unit to continue recovering data under battery overcharged and under load conditions. The device should be able to monitor the entire current band at both extremes of voltage and extreme temperatures with minimal loss of precision.
  • Battery packs in electric vehicles are made up of multiple cellular modules arranged in series and in parallel.
  • the Battery Management System is comprised of various components, including monitoring components near the battery cells, one or more dictated power conversion stages for vehicle needs, and smart drivers or integrated processors located in strategic places in the architecture to manage various aspects of the energy subsystem.
  • a battery monitoring integrated circuit (BM IC) or cell balancing device is assigned to monitor the voltage of each battery cell in a module, the temperature of various points in the module and other conditions.
  • This data is sent to a Cell Management Controller (CMC) and, depending on the complexity of the system, to higher order processing elements such as one or more Battery Management Controllers (BMC).
  • CMC Cell Management Controller
  • BMC Battery Management Controllers
  • the accuracy of these measurements and the frequency of communications from the BM IC to the CMC and the BMC is key to detecting a condition of concern early on and taking corrective action before it becomes dangerous.
  • the BMC could stop regenerative charging or reduce the energy consumption of a package to return individual cell temperatures to an acceptable range, or the vehicle driver may be alerted to such a condition through a "check" light. engine "on the dashboard.
  • a vehicle Electrical is really quite challenging in terms of designing an effective communication network due to the abundance of electrical noise in the environment.
  • smart microcontrollers monitor and manage various critical tasks related to the battery and the power subsystem.
  • these smart microcontrollers contain multiple processing cores. Some may be comprised solely of instructional-oriented computer processors, such as ARM® microcontrollers, while others, which are responsible for mathematically intensive tasks, generally have one or more digital signal processing cores such as TI (Texas Instruments) C28x DSP microcontrollers.
  • TI Texas Instruments
  • Charging and discharging the battery efficiently is important as it prevents thermal leakage or other conditions that could reduce the battery's capacity or life.
  • a certain amount of intelligence is required in smart control microcontrollers, as the battery parameters will change over time.
  • the intelligent microcontroller responsible for the actual charge of the battery must be able to quickly adjust and adapt in real time to the changing properties of the battery, such as oxidation at the terminals, cell voltages and others.
  • the smart microcontroller must be able to respond quickly to overvoltage conditions. Otherwise, the battery could overheat and catch fire.
  • DSP cores Digital Signal Processor
  • coprocessors or hardware-based accelerators to meet specific real-time operational needs for closed-loop control of board load input current, DC bus intermediate voltage, load current battery voltage and battery terminal voltage.
  • PI D controller Proportional-Integral-Derivative Controller
  • a smart microcontroller with a DSP core that executes special instruction sets that support special mathematical trigonometric operations can significantly reduce the number of processor cycles required by these algorithms.
  • a RISC core might take 60 cycles to complete a sine or cosine operation with a high level of math
  • a DSP core could achieve the same result in two or three cycles.
  • Such microcontrollers could also support multiple power topologies and multiple control loops for voltage, current, and other system parameters with such high performance that it minimizes "missing" changes in battery characteristics.
  • lithium batteries also called Li-lon battery, which are a device designed for the storage of electrical energy that uses a lithium salt as an electrolyte that achieves the necessary ions for the reversible electrochemical reaction that takes place between the cathode and anode.
  • Li-ion batteries such as the lightness of their components, their high energy capacity and resistance to discharge, together with the low memory effect they suffer or their ability to function with a high number of regeneration cycles, have allowed to design light accumulators, small in size and varied in shape, with high performance, specially adapted to the applications of the consumer electronics industry. Since the first commercialization of a battery based on Li-ion technology in the early 1990s, its use has become popular in devices such as mobile phones, PDAs, laptops, and music players.
  • the electric car has advantages and disadvantages, among the advantages are:
  • the electricity used to recharge batteries is produced by polluting raw materials such as coal.
  • the vehicle includes a battery to power a vehicle electric motor, in addition a vehicle controller is provided to interact with a battery and to allow control of the battery charge.
  • the vehicle includes a communication interface to enable wireless communication with a server, and the server is configured to manage a plurality of user accounts for users.
  • the server is one of a plurality of servers and servers that provide access to cloud services with respect to vehicle usage and metrics.
  • the developed system does not perform these functions, but rather that it monitors the system to make a change of battery once it is exhausted and select the optimal distance to make the change based on the charging the same battery.
  • the invention disclosed in EP3180832 describes a battery charging system comprising a battery charger configured to supply power to a rechargeable battery, wherein the battery charger comprises a wireless data transceiver; and a remote server communicatively connected to the battery charger via a network through said wireless data transceiver and configured to communicate one or more battery charge parameters or battery charger control commands between the battery charger and a Remotely located portable user device.
  • the developed invention does not carry out these functions, but monitors the system to make a change of battery once it is going to run out of energy and select the optimal distance to make the change based on the charging the same battery.
  • US20170144560 describes a battery management system that includes a location information receiver configured to obtain location information of a battery, and an estimation model changer configured to change an estimation model to estimate a state. internal battery according to a change in the Location Information. It differs from the developed invention object of this document, since the system is monitored to make a change of battery once it is going to run out of energy and select the optimal distance to make the change based on the charge of the same battery, with the consequent adaptation to the engine parameters of the same vehicle.
  • the invention developed object of this document consists of a lithium ion battery that aims to be used in electric vehicles which incorporates functions within a control card in the same battery that gives it the ability to connect to the cloud, thus as hardware and software for vehicle traction and steering control, charge and discharge management system, measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery.
  • the object of this invention is to make available a lithium ion battery that is intended to be used in electric vehicles, which incorporates functions within a control card in the same battery that gives it the ability to connect to the cloud, as well as hardware and software for vehicle traction and steering control, charge and discharge management system, measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery.
  • Figure 1 shows a schematic diagram of the smart battery and connection elements.
  • Figure 2 shows the integration scheme of the components and the battery developed in this invention.
  • Figure 3 shows examples of a valid and invalid geo-fence with the same number of vertices.
  • Figure 4 shows the outline of the general geo-fence process.
  • Figure 5 shows the outline of the triangular weight characterization process to find a point on a polygon within the geo-fence.
  • Figure 6 shows a y-monotonous polygon.
  • Figure 7 shows the hardware block diagram of the geo-fence system.
  • Figure 8 shows the firmware process for ecti vid ad with platform cloud service and engine control.
  • Figure 9 shows the schematic diagram of the energized system.
  • Figure 10 shows the energy and temperature monitoring and measurement system.
  • the smart battery (110) was technically developed for short-distance public mobility using 3-passenger electric vehicles (driver + 2 passengers), where most of the functions and the total cost of purchasing the vehicle reside in the smart battery ( 110), allowing the manufacture of a vehicle without a battery (202) at a competitive cost with the current value offers based on internal combustion engines (example: motorcycle taxis).
  • the model is based on the sale of energy combined with the rent of smart batteries (110), both included in the same price of "charge” (replacement) of the battery (202), where the discharged battery is replaced by a charged one. at full charge, for a “power charge price” that includes both the cost of electricity in the battery (202), as well as the rent thereof, at a competitive price against the charge of fossil fuel.
  • the intelligent lithium ion battery (110) is incorporated into electric vehicles, which includes the following functions "embedded" in its control card and in the complete system for data management of the themselves:
  • the relationship between the components, that is, the data they exchange and the actions they perform are shown in figure 2
  • the operation of the smart battery (110) according to figure 2 is carried out by means of the system of charge and discharge management (109) which obtains the data of the battery variables that are obtained from the temperature, voltage, current and acceleration sensors (106).
  • the lithium battery (202) powers the engines (203), which are connected to the vehicle's steering and traction control software and hardware (104).
  • the device for the GPS global position system (108) generates location data that feeds the position control algorithm (201) where the geo-fence control (105) can be carried out and which affects the software and vehicle steering and traction control hardware (104) for engine control (203).
  • the measurement and reporting system to the cloud of available energy and temperature in the battery receives data information on the physical variables obtained from the temperature, voltage, current and acceleration sensors (106), from the Engine data obtained from vehicle steering and traction control software and hardware (104) and position data from the position control algorithm (201), information that is transmitted to the cloud (103).
  • Geo-fence is a technology based on global positioning systems (GPS) that establishes a limit around a geographical location.
  • GPS global positioning systems
  • the functionalities of a geo-fence are really basic, but with enormous potential for security issues, driving cycle studies that is of high statistical value to automotive manufacturing companies and for location-based services connected to the cloud (103) .
  • the intelligent lithium ion battery (1 10) for electric vehicles incorporates in its embedded system the combination of GSM / GPRS and GPS technologies for satellite navigation.
  • the embedded system has the ability to disable the vehicle's traction and steering control software and hardware (104) when the vehicle exceeds the geographic limit defined in a geofence that is valid as shown in Figure 3.a) by means of a triangulation that determines if a position or a point is inside a polygon or the geo-fence in your case, at the same time figure 3.b) shows the definition of an invalid geo-fence, because the sections they cut each other.
  • the geo-fence algorithm is based on a mathematical method to determine if a point is inside or outside a polygon, which is called triangular weight characterization.
  • the algorithm that shows the geo-fence solution is shown in figure 4. In this algorithm the relevant variables are:
  • the geo-fence violation action and response is carried out (406), which corresponds to the shutdown of the vehicle's traction and steering control software and hardware system (104).
  • the triangle weight or triangular weight characterization method subdivides the geo-fence domain into a finite number of triangles, then iterates over each triangle to determine if the given position of interest is within the geo-fence.
  • the initialization step subdivides each of the original geo-fences from simple polygons to valid y-monotone polygons, and then to triangles as shown in the algorithm in Figure 5. In this algorithm the relevant variables are:
  • step 4 is fulfilled, (r) is within p (507),
  • step 4 is not fulfilled, it is verified if it is the last triangle
  • step 6 In case step 6 is not fulfilled, the following triangle of (p) is verified,
  • step 6 it is established that (r) is outside P ⁇
  • a y-monotonous polygon is one in which any line perpendicular to the axis intersects the polygon only twice as shown in figure 6.
  • FIG. 7 shows the hardware that allows the smart battery (110) to obtain the data on the geolocation of the system is based on a SIMCOM module (701), which is a SIM808 that corresponds to a complete module of quad-band GSM / GPRS that combines GPS technology for satellite.
  • This module comprises a GSM antenna (704), a GPS antenna (703), a SIM card interface (708) and an RS 232 communication interface (702), which does not necessarily it is subject to being the only protocol to use, any wireless communication protocol such as Bluetooth, LoRA, Zigbee or also any wired serial protocol such as RS-485, LIN, CAN-J 1939 can be used.
  • any wireless communication protocol such as Bluetooth, LoRA, Zigbee or also any wired serial protocol such as RS-485, LIN, CAN-J 1939 can be used.
  • the SIMCOM module (701) is connected to an ATSAM3X8E (705) microcontroller, which has an RS 232 (702) communication interface, which is not necessarily subject to being the only protocol to use, any wireless communication protocol such as Bluetooth, LoRA, Zigbee can be used or also any wired serial protocol such as RS-485, UN, CAN-J 1939.
  • the module in the smart battery (110) requires a 3.4v ⁇ 4.4v power supply, works at a GSM frequency of 850MHz, has an antenna for GPS ( 703) another for GSM (704) and lastly it uses a SIM card (706) with its interface (707) which is the one that provides the mobile phone data service in a 2G network.
  • the use of the SIM card (706) is essential in GSM networks or for devices that use mobile phone protocols.
  • the SIMCOM module (701) that is in charge of connecting to the cloud (103) is enabled to communicate with the main processing block that is responsible for processing the information through serial communication.
  • the main firmware that will manage the connection to the cloud (103) and the obtaining of coordinates will be embedded in the ATSAM3X8E microcontroller (705).
  • the firmware is in charge of sending the data frames to the cloud service platform (103) and engine control (203) where the algorithm is shown in figure 8.
  • the algorithm of figure 8 comprises the following steps:
  • Timeout Time out which must be a minimum delay of 200 ms (802). Waiting time: Time out all the electronic devices that integrate, hardware, firmware or software inside need a minimum time to finish with a specific task or process that is currently running and to continue with the next action or process. . These times are determined by consulting the manufacturer's data sheets or by previously characterizing the system,
  • FIG 9 shows the energized system.
  • the lithium battery bank (202) is an acquired system which has the ability to measure the temperature of the batteries, monitor the current of the entire module to take actions in protection against current, as well as voltage consumption.
  • the battery bank (202) is capable of delivering 96v and 40Ah.
  • the 96V delivered by the bank is regulated to 12V by means of a reducer (901), 12V is regulated to two voltages, one of 5V by means of a reducer (902) that regulates the energy to deliver voltage that feeds the system circuitry main embedded (905); and another 24V voltage by means of an incrementor (903) that supplies the motor controllers (904).
  • FIG 10 shows the energy and temperature monitoring and measurement system.
  • the battery management system (1002) or Battery Management System (BMS) in English is a very common energy system in lithium batteries that consists of an electronic system with a control for charging and discharging energy, control of battery protection so that it does not operate outside its safe operating range (Safe Operating Area) both in terms of voltage and current, state of charge, and finally temperature.
  • BMS battery management system

Abstract

The current social agenda in Latin America is, in essence, that of urban development. Almost 80% of the population in the region lives in urban centres and this number will reach close to 90% in the coming decades. Urban mobility is therefore a significant factor for the economic productivity of a city and for the quality of life of its inhabitants, as well as access to basic health and education services. This invention provides a lithium-ion battery to be used in electric vehicles, which includes functions within a control card in the battery itself and which provides connection to the cloud, as well as hardware and software for controlling the traction and steering of the vehicle, a system for managing charging and discharging, and measuring and reporting to the cloud about available energy and the temperature in the battery. The integration of the components according to the invention has resulted in the following characteristics: 1) personal security, preventing the vehicle from travelling in areas that are restricted to small and low-speed vehicles; 2) property security, discouraging the stealing of a vehicle or battery that can only be used within a defined perimeter or certain streets; 3) intelligent vehicle-charging management, sending data relating to the position and state of the battery and calculating when said vehicle should go to the charging station for the battery to be replaced with a charged battery.

Description

BATERIA INTELIGENTE DE IONES DE LITIO.  INTELLIGENT LITHIUM ION BATTERY.
CAMPO DE LA I NVE NCIÓN La presente invención está relacionada al campo de la electrónica, específicamente a una batería de iones de litio que tiene como objetivo ser utilizada en vehículos eléctricos, la cual incorpora funciones dentro de una tarjeta de control en la misma batería que le da capacidad de conexión a la nube, así como hardware y software para el control de tracción y dirección del vehículo, sistema de gestión de carga y descarga, medición y reporte hacia la nube de energía disponible y temperatura en la batería.  FIELD OF THE I NVE NTION The present invention is related to the field of electronics, specifically to a lithium ion battery that is intended to be used in electric vehicles, which incorporates functions within a control card in the same battery as It gives you the ability to connect to the cloud, as well as hardware and software for vehicle steering and traction control, a charge and discharge management system, measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery.
ANTECE DENTES DE LA INVE N CIÓN BACKGROUND TO THE INVENTION
En la actualidad la agenda social latinoamericana es en esencia una agenda de desarrollo urbano. Casi el 80% de la población de la región vive en centros urbanos y se llegará a cerca del 90% en las próximas décadas. Por ello, los esfuerzos para afrontar una mayor inclusión social y luchar contra la pobreza se concentran en atender las poblaciones residentes en las grandes ciudades. Currently, the Latin American social agenda is essentially an urban development agenda. Almost 80% of the region's population lives in urban centers and it will reach close to 90% in the coming decades. For this reason, efforts to face greater social inclusion and fight poverty are focused on serving the populations residing in large cities.
La movilidad urbana es entonces un factor determinante tanto para la productividad económica de la ciudad como para la calidad de vida de sus ciudadanos y el acceso a servicios básicos de salud y educación . Pero la gestión del desarrollo urbano es una tarea compleja que involucra múltiples niveles de gobierno, así como diversas instituciones públicas y privadas. Para lograr resultados óptimos en esta materia, los expertos sugieren: • Establecer una sinergia entre el transporte, la accesibilidad , la movilidad y la gestión urbana. Urban mobility is therefore a determining factor both for the economic productivity of the city and for the quality of life of its citizens and access to basic health and education services. But urban development management is a complex task that involves multiple levels of government, as well as various public and private institutions. To achieve optimal results in this matter, experts suggest: • Establish a synergy between transport, accessibility, mobility and urban management.
• Promover el intercambio de información y buenas prácticas entre sistemas de transporte y sus ciudades.  • Promote the exchange of information and good practices between transport systems and their cities.
• Establecer redes de cooperación regionales, entre profesionales, autoridades, asociaciones y usuarios.  • Establish regional cooperation networks, between professionals, authorities, associations and users.
Los automóviles modernos requieren ser más eficientes para cumplir con las futuras normas de ahorro de combustible. Gran parte de la eficiencia energética se puede, y se ha ganado, con innovaciones que dependen del sistema eléctrico del vehículo. Modern cars need to be more efficient to meet future fuel economy standards. Much of energy efficiency can be - and has been - gained with innovations that depend on the vehicle's electrical system.
A medida que el movimiento verde aumenta en popularidad , más y más vehículos eléctricos de todo tipo, desde scooters eléctricos hasta automóviles, autobuses y camiones de carga, han aparecido en el mercado. Los diseñadores de energía tienen el reto de proporcionar sistemas que puedan adaptarse a una amplia variedad de diferentes tipos de baterías y vehículos con requisitos de rendimiento muy diversos. As the green movement increases in popularity, more and more electric vehicles of all kinds, from electric scooters to cars, buses, and cargo trucks, have appeared on the market. Power designers are challenged to provide systems that can accommodate a wide variety of different types of batteries and vehicles with widely varying performance requirements.
Las nuevas tecnologías automotrices tienen un gran inconveniente, ya que dependen del componente del sistema eléctrico que no ha visto mucha innovación desde la década de 1950, la batería de plomo-ácido. New automotive technologies have a big downside, depending on the electrical system component that hasn't seen much innovation since the 1950s, the lead-acid battery.
La gestión adecuada de la batería será la clave para permitir que la innovación continúe en los diseños futuros, y se puede lograr con un sensor inteligente de la batería ( IBS: Intelligent Battery Sensor). Una unidad IBS proporciona mediciones precisas y bajo demanda de corriente, voltaje y temperatura desde la batería. Esta información permite realizar cálculos precisos de "estado de carga" y " estado de salud", asegurando que el sistema eléctrico funcione al más alto nivel de eficiencia. Proper battery management will be the key to allowing innovation to continue in future designs, and can be accomplished with an Intelligent Battery Sensor (IBS). An IBS unit provides accurate, on-demand measurements of current, voltage, and temperature from the battery. This information allows accurate calculations of load "and" state of health ", ensuring that the electrical system operates at the highest level of efficiency.
Un I BS es un sistema de medición total para la gestión de la batería de plomo- ácido. Estos componentes miden la corriente de carga o descarga que fluye a través de la batería, el voltaje a través de los terminales de la batería, así como la temperatura de la batería a través de la conducción térmica entre el poste de la batería y la unidad I BS. Las tres medidas se toman casi simultáneamente para garantizar mediciones precisas, incluso en tiempos de condiciones de cambio rápido. Un IBS puede usar un protocolo de comunicación para enviar los resultados de estas mediciones a la unidad de control electrónico del vehículo u otro sistema de control. An I BS is a total measurement system for managing the lead-acid battery. These components measure the charge or discharge current flowing through the battery, the voltage across the battery terminals, as well as the temperature of the battery through thermal conduction between the battery post and the unit. I BS. All three measurements are taken almost simultaneously to ensure accurate measurements, even in times of rapidly changing conditions. An IBS can use a communication protocol to send the results of these measurements to the vehicle's electronic control unit or other control system.
Las unidades I BS deben construirse para manejar toda la gama de condiciones operativas del automóvil . Por ejemplo, una clasificación de temperatura de - 40°C a 1 1 5°C permitiría al dispositivo sobrevivir a condiciones que dañarían incluso las baterías de plomo-ácido más nuevas y más avanzadas. Además, un rango de alto voltaje permite que la unidad continúe recuperando datos en condiciones de sobrecarga de la batería y bajo carga. El dispositivo debería poder monitorear la banda de corriente completa en ambos extremos del voltaje y las temperaturas extremas con una pérdida mínima de precisión . I BS units must be built to handle the full range of automobile operating conditions. For example, a temperature rating of - 40 ° C to 1 1 5 ° C would allow the device to survive conditions that would damage even the newest and most advanced lead-acid batteries. Additionally, a high voltage range allows the unit to continue recovering data under battery overcharged and under load conditions. The device should be able to monitor the entire current band at both extremes of voltage and extreme temperatures with minimal loss of precision.
Los paquetes de baterías en los vehículos eléctricos se encuentran formados por múltiples módulos celulares dispuestos en serie y en paralelo. Dispuesto alrededor de la batería y en todo el vehículo, el sistema de gestión de la batería (BMS) se compone de varios componentes, incluidos los componentes de monitoreo cerca de las celdas de la batería, una o más etapas de conversión de energ ía dictadas por las necesidades del vehículo, y controladores inteligentes o procesadores integrados ubicados en lugares estratégicos de la arquitectura para administrar diversos aspectos del subsistema de energ ía. Battery packs in electric vehicles are made up of multiple cellular modules arranged in series and in parallel. Arranged around the battery and throughout the vehicle, the Battery Management System (BMS) is comprised of various components, including monitoring components near the battery cells, one or more dictated power conversion stages for vehicle needs, and smart drivers or integrated processors located in strategic places in the architecture to manage various aspects of the energy subsystem.
Durante la carga y descarga de una batería en un vehículo eléctrico, es imperativo que cada celda dentro del paquete de baterías se supervise de cerca y con precisión porque cualquier cantidad de condiciones fuera de especificaciones puede, como mínimo, causar un daño interno de la batería y del vehículo y con esto podría amenazar la seguridad de los ocupantes del vehículo. Las baterías en los vehículos eléctricos contienen la energía equivalente a un pequeño explosivo. Las condiciones de sobretensión o de baja tensión pueden provocar fugas térmicas que pueden provocar un fallo de la batería. When charging and discharging a battery in an electric vehicle, it is imperative that each cell within the battery pack is closely and accurately monitored because any number of out-of-spec conditions can, at a minimum, cause internal battery damage and the vehicle and this could threaten the safety of the occupants of the vehicle. Batteries in electric vehicles contain energy equivalent to a small explosive. Overvoltage or undervoltage conditions can cause thermal leakage that can lead to battery failure.
Por lo general, se asigna un circuito integrado de monitoreo de batería (BM IC, por sus siglas en inglés) o un dispositivo de equilibrado celular para monitorear el voltaje de cada celda de batería en un módulo, la temperatura de varios puntos en el módulo y otras condiciones. Estos datos se envían a un controlador de administración de celda (CMC) y, según la complejidad del sistema, a los elementos de procesamiento de orden superior, como uno o más controladores de administración de batería (BMC). La precisión de estas mediciones y la frecuencia de las comunicaciones desde el BM IC al CMC y al BMC es clave para detectar una condición de preocupación desde el principio y tomar medidas correctivas antes de que se convierta en algo peligroso. Por ejemplo, el BMC podría detener la carga regenerativa o reducir el consumo de energía de un paquete para devolver las temperaturas de las celdas individuales a un rango aceptable o el conductor del vehículo puede ser alertado de tal condición a través de una luz de "revisar motor" en el tablero de instrumentos . Un vehículo eléctrico es realmente muy desafiante en términos de diseño de una red de comunicación efectiva debido a la abundancia de ruido eléctrico en el ambiente . Typically, a battery monitoring integrated circuit (BM IC) or cell balancing device is assigned to monitor the voltage of each battery cell in a module, the temperature of various points in the module and other conditions. This data is sent to a Cell Management Controller (CMC) and, depending on the complexity of the system, to higher order processing elements such as one or more Battery Management Controllers (BMC). The accuracy of these measurements and the frequency of communications from the BM IC to the CMC and the BMC is key to detecting a condition of concern early on and taking corrective action before it becomes dangerous. For example, the BMC could stop regenerative charging or reduce the energy consumption of a package to return individual cell temperatures to an acceptable range, or the vehicle driver may be alerted to such a condition through a "check" light. engine "on the dashboard. A vehicle Electrical is really quite challenging in terms of designing an effective communication network due to the abundance of electrical noise in the environment.
Dependiendo de la complejidad del vehículo eléctrico, varios microcontroladores inteligentes supervisan y administran varias tareas críticas relacionadas con la batería y el subsistema de energía. Generalmente, estos microcontroladores inteligentes contienen múltiples núcleos de procesamiento. Algunos pueden estar compuestos únicamente por procesadores de computación con conjuntos de instrucciones, tales como los microcontroladores ARM®, mientras que otros, que son responsables de las tareas que son matemáticamente intensas, generalmente cuentan con uno o más núcleos de procesamiento de señales digitales como los microcontroladores de TI (Texas Instruments) C28x DSP. Depending on the complexity of the electric vehicle, several smart microcontrollers monitor and manage various critical tasks related to the battery and the power subsystem. Generally, these smart microcontrollers contain multiple processing cores. Some may be comprised solely of instructional-oriented computer processors, such as ARM® microcontrollers, while others, which are responsible for mathematically intensive tasks, generally have one or more digital signal processing cores such as TI (Texas Instruments) C28x DSP microcontrollers.
La carga y descarga de la batería de manera eficiente es importante, ya que evita las fugas térmicas u otras condiciones que podrían reducir la capacidad de la batería o su vida útil. Para hacer esto, se requiere cierta cantidad de inteligencia en los microcontroladores inteligentes de control, ya que los parámetros de la batería cambiarán con el tiempo. El microcontrolador inteligente responsable de la carga real de la batería debe poder ajustar rápidamente y adaptarse en tiempo real a las propiedades cambiantes de la batería, como la oxidación en los terminales, voltajes de celda y otros. En particular, durante la carga, el microcontrolador inteligente debe poder responder rápidamente a condiciones de sobretensión . De lo contrario, podría sobrecalentarse la batería e incendiarse. Charging and discharging the battery efficiently is important as it prevents thermal leakage or other conditions that could reduce the battery's capacity or life. To do this, a certain amount of intelligence is required in smart control microcontrollers, as the battery parameters will change over time. The intelligent microcontroller responsible for the actual charge of the battery must be able to quickly adjust and adapt in real time to the changing properties of the battery, such as oxidation at the terminals, cell voltages and others. In particular, during charging, the smart microcontroller must be able to respond quickly to overvoltage conditions. Otherwise, the battery could overheat and catch fire.
Al diseñar módulos de carga de batería, como un cargador incorporado, se pueden implementar microcontroladores de orden superior con núcleos DSP (Digital Signal Processor) y coprocesadores especializados o aceleradores basados en hardware para satisfacer las necesidades operativas especificas en tiempo real para el control de circu ito cerrado de corriente de entrada de carga de la placa, voltaje intermedio del bus de corriente continua, corriente de carga de la batería y voltaje del terminal de la batería. Estos ciclos de control requieren el uso de algoritmos de computación intensiva, como un controlador PI D (Controlador Proporcional-Integral-Derivativo) o compensadores de dos polos. U n microcontrolador inteligente con un núcleo DSP que ejecuta conjuntos de instrucciones especiales que admiten operaciones trigonométricas matemáticas especiales puede reducir significativamente la cantidad de ciclos de procesador necesarios para estos algoritmos. Por ejemplo, mientras que un núcleo RISC podría necesitar 60 ciclos para completar una operación de seno o coseno con un nivel de matemáticas intenso, un núcleo DSP podría lograr el mismo resultado en dos o tres ciclos. Dichos microcontroladores también podrían admitir múltiples topologías de alimentación y múltiples bucles de control para voltaje, corriente y otros parámetros del sistema con un rendimiento tan alto que minimiza los cambios "faltantes" en las características de la batería. Por otro lado, existen las baterías de litio, también denominada batería Li-lon, las cuales son un dispositivo diseñado para almacenamiento de energía eléctrica que emplea como electrolito una sal de litio que consigue los iones necesarios para la reacción electroquímica reversible que tiene lugar entre el cátodo y el ánodo. By designing battery charging modules, such as a built-in charger, higher-order microcontrollers can be implemented with DSP cores (Digital Signal Processor) and specialized coprocessors or hardware-based accelerators to meet specific real-time operational needs for closed-loop control of board load input current, DC bus intermediate voltage, load current battery voltage and battery terminal voltage. These control cycles require the use of computationally intensive algorithms, such as a PI D controller (Proportional-Integral-Derivative Controller) or two-pole compensators. A smart microcontroller with a DSP core that executes special instruction sets that support special mathematical trigonometric operations can significantly reduce the number of processor cycles required by these algorithms. For example, while a RISC core might take 60 cycles to complete a sine or cosine operation with a high level of math, a DSP core could achieve the same result in two or three cycles. Such microcontrollers could also support multiple power topologies and multiple control loops for voltage, current, and other system parameters with such high performance that it minimizes "missing" changes in battery characteristics. On the other hand, there are lithium batteries, also called Li-lon battery, which are a device designed for the storage of electrical energy that uses a lithium salt as an electrolyte that achieves the necessary ions for the reversible electrochemical reaction that takes place between the cathode and anode.
Las propiedades de las baterías de Li-ion, como la ligereza de sus componentes, su elevada capacidad energética y resistencia a la descarga, junto con el poco efecto memoria que sufren o su capacidad para funcionar con un elevado número de ciclos de regeneración, han permitido diseñar acumuladores ligeros, de pequeño tamaño y variadas formas, con un alto rendimiento, especialmente adaptados a las aplicaciones de la industria electrónica de gran consumo. Desde la primera comercialización de un acumulador basado en la tecnología Li-ion a principios de los años 1990, su uso se ha popularizado en aparatos como teléfonos móviles, agendas electrónicas, ordenadores portátiles y lectores de música. The properties of Li-ion batteries, such as the lightness of their components, their high energy capacity and resistance to discharge, together with the low memory effect they suffer or their ability to function with a high number of regeneration cycles, have allowed to design light accumulators, small in size and varied in shape, with high performance, specially adapted to the applications of the consumer electronics industry. Since the first commercialization of a battery based on Li-ion technology in the early 1990s, its use has become popular in devices such as mobile phones, PDAs, laptops, and music players.
Sin embargo, su rápida degradación y sensibilidad a las elevadas temperaturas, que pueden resultar en su destrucción por inflamación o incluso explosión, requieren, en su configuración como producto de consumo, la inclusión de dispositivos adicionales de seguridad, resultando en un coste superior que ha limitado la extensión de su uso a otras aplicaciones. However, its rapid degradation and sensitivity to high temperatures, which can result in its destruction by inflammation or even explosion, require, in its configuration as a consumer product, the inclusion of additional safety devices, resulting in a higher cost that has Limited the extension of its use to other applications.
A principios del siglo XXI , en el contexto de la creciente carestía de combustibles derivados del petróleo, la industria del automóvil anunció el desarrollo, proliferación y comercialización de vehículos con motores eléctricos basados en la tecnología de las baterías de iones de litio, con los que se pueda disminuir la dependencia energética de estas fuentes a la vez que se mantiene baja la emisión de gases contaminantes. At the beginning of the 21st century, in the context of the increasing shortage of petroleum-based fuels, the automotive industry announced the development, proliferation and commercialization of vehicles with electric motors based on the technology of lithium-ion batteries, with which the energy dependence of these sources can be reduced while the emission of polluting gases is kept low.
A su vez, el automóvil eléctrico tiene ventajas y desventajas, entre las ventajas se encuentra: In turn, the electric car has advantages and disadvantages, among the advantages are:
• No producen contaminación atmosférica in situ .  • They do not produce air pollution in situ.
• No producen contaminación sonora.  • They do not produce noise pollution.
• Su uso permite prescindir de combustible y así ahorra petróleo, una materia prima limitada y se puede dedicar a otras materias también necesarias. • Su mantenimiento y costo del "combustible" es mucho menor al de uno convencional . • Its use makes it possible to dispense with fuel and thus saves oil, a limited raw material and can be used for other materials that are also necessary. • Its maintenance and cost of "fuel" is much less than that of a conventional one.
• Mayor eficiencia y para el motor a partir de 0 revoluciones y la total ausencia de marchas (en caso de tener transmisión la misma puede aprovechar la potencia de manera más eficiente sin retardo alguno), lo que se traduce en mejor respuesta en aceleración .  • Greater efficiency and for the engine from 0 revolutions and the total absence of gears (in case of having transmission it can take advantage of the power more efficiently without any delay), which translates into a better response in acceleration.
• En los autos deportivos, el uso de potencia distribuida en las ruedas y control del par motor de cada uno proporciona una mayor estabilidad en las curvas, y, por tanto, en seguridad .  • In sports cars, the use of distributed power in the wheels and control of the torque of each one provides greater stability when cornering, and therefore in safety.
• Pueden recargar su batería mediante el frenado regenerativo, prolongando así la vida útil de las balatas del sistema de frenado (lo cual aumenta su autonomía de cierta forma, aunque la misma solo presente un aumento insignificante) .  • They can recharge their battery by regenerative braking, thus prolonging the life of the brake system bullets (which increases their autonomy in a certain way, although it only presents a negligible increase).
• Con el pasar de los años la tecnología de las baterías ha mejorado para ofrecer una autonomía casi similar a algunos vehículos de combustión interna de reducida cilindrada.  • Over the years the battery technology has improved to offer a range almost similar to that of some small displacement internal combustion vehicles.
• Se prevé también que en un futuro los mismos vehículos puedan suministrar energía suplementaria a la red eléctrica en caso necesario o también proveer suministro para un hogar promedio durante ciertos periodos de tiempo como contingencias eléctricas.  • It is also envisaged that in the future the same vehicles will be able to supply supplementary energy to the electrical network if necessary or also provide supply for an average home during certain periods of time as electrical contingencies.
Entre las desventajas se encuentran : Among the disadvantages are:
• Carga de las baterías y precio. Las baterías de más de 400 km de autonomía son muy costosas y se recargan en unas 9 horas sin mermar su capacidad . Para evitar este problema sería necesario cambiar las baterías descargadas por otras con carga de manera inmediata, de forma tal que al hacer una parada en una estación de servicio el vehículo ingresará casi sin energ ía eléctrica y saldrá de allí total o parcialmente cargado pocos minutos más tarde. Para ello las baterías deberían adaptarse perfectamente de manera de poder cambiarse rápidamente y que esto pudiese hacerse tanto de forma total como fraccionada. • Battery charge and price. Batteries with more than 400 km of autonomy are very expensive and recharge in about 9 hours without diminishing their capacity. To avoid this problem, it would be necessary to change the discharged batteries for others with charge immediately, so that when stopping at a service station, the vehicle it will enter almost without electrical energy and will leave there fully or partially charged a few minutes later. For this, the batteries should be perfectly adapted so that they can be changed quickly and this could be done both in total and fractional.
• En ciertos casos, la electricidad utilizada para recargar las baterías se produce mediante materias primas contaminantes como el carbón .  • In certain cases, the electricity used to recharge batteries is produced by polluting raw materials such as coal.
• Menor autonomía que un coche convencional dado que necesita recargas frecuentes.  • Less autonomy than a conventional car since it needs frequent recharges.
• El fuerte costo de compra inicial .  • The strong initial purchase cost.
• La poca accesibilidad que existe en cuanto a las recargas . Problema que se irá solucionando poco a poco, al suministrar los puntos de recarga "electrolineras" por parte del país. Pero para ello quizás sea imprescindible que las estaciones de servicio puedan cambiar las baterías descargadas (total o parcialmente) por otras con carga de manera inmediata. De esta forma la empresa se interesaría por el nuevo negocio y el usuario se vería compensado al pagar por un servicio que le ahorraría mucho tiempo de espera.  • The poor accessibility that exists in terms of top-ups. Problem that will be solved little by little, when supplying the "electrolineras" recharging points by the country. But for this, it may be essential that the service stations can change the discharged batteries (totally or partially) for others with charge immediately. In this way the company would be interested in the new business and the user would be compensated by paying for a service that would save him a lot of waiting time.
En base al análisis de arte previo, existen invenciones que tratan de resolver problemas con respecto a las baterías de litio, como es el caso de la invención US9718370 en la cual la invención divulgada difiere de la invención desarrollada en este documento ya que menciona sistemas y métodos para cargar la batería eléctrica de un vehículo. El vehículo incluye una batería para alimentar un motor eléctrico del vehículo, adicionalmente se proporciona un controlador del vehículo para interactuar con una batería y para permitir el control de la carga de la batería. El vehículo incluye una interfaz de comun icaciones para habilitar la comunicación inalámbrica con un servidor, y el servidor está configurado para administrar una plu ralidad de cuentas de usuario para los usuarios. El servidor es uno de una pluralidad de servidores y los servidores que proporcionan acceso a los servicios en la nube con respecto al uso y las métricas del vehículo. A diferencia de la invención divulgada, el sistema desarrollado no lleva a cabo estas funciones, sino q ue monitorea el sistema para hacer un cambio de batería una vez que esta se vaya a agotar y seleccionar la distancia óptima para hacer el cambio en base a la carga de la misma batería. Based on the prior art analysis, there are inventions that try to solve problems with respect to lithium batteries, as is the case of the invention US9718370 in which the disclosed invention differs from the invention developed in this document since it mentions systems and methods for charging a vehicle's electric battery. The vehicle includes a battery to power a vehicle electric motor, in addition a vehicle controller is provided to interact with a battery and to allow control of the battery charge. The vehicle includes a communication interface to enable wireless communication with a server, and the server is configured to manage a plurality of user accounts for users. The server is one of a plurality of servers and servers that provide access to cloud services with respect to vehicle usage and metrics. Unlike the disclosed invention, the developed system does not perform these functions, but rather that it monitors the system to make a change of battery once it is exhausted and select the optimal distance to make the change based on the charging the same battery.
La invención divulgada en el documento EP3180832 describe un sistema de carga de batería que comprende un cargador de batería configurado para suministrar potencia a una batería recargable, en el que el cargador de batería comprende un transceptor de datos inalámbrico; y un servidor remoto conectado comunicativamente al cargador de batería a través de una red a través de dicho transceptor de datos inalámbrico y configurado para comunicar uno o más parámetros de carga de batería o comandos de control de cargador de batería entre el cargador de batería y un dispositivo de usuario portátil situado remotamente. La invención desarrollada, objeto de este documento, no lleva a cabo estas funciones, sino que monitorea el sistema para hacer un cambio de batería una vez que esta se vaya a agotar la energía y seleccionar la distancia óptima para hacer el cambio en base a la carga de la misma batería . The invention disclosed in EP3180832 describes a battery charging system comprising a battery charger configured to supply power to a rechargeable battery, wherein the battery charger comprises a wireless data transceiver; and a remote server communicatively connected to the battery charger via a network through said wireless data transceiver and configured to communicate one or more battery charge parameters or battery charger control commands between the battery charger and a Remotely located portable user device. The developed invention, object of this document, does not carry out these functions, but monitors the system to make a change of battery once it is going to run out of energy and select the optimal distance to make the change based on the charging the same battery.
La invención divulgada en el documento US20170144560 describe un sistema de gestión de batería que incluye un receptor de información de ubicación configurado para obtener información de ubicación de una batería, y un cambiador de modelo de estimación configurado para cambiar un modelo de estimación para estimar un estado interno de la batería de acuerdo con un cambio en el Información sobre la ubicación . Difiere de la invención desarrollada objeto de este documento, en virtud de que se monitorea el sistema para hacer un cambio de batería una vez que esta se vaya a agotar la energía y seleccionar la distancia óptima para hacer el cambio en base a la carga de la misma batería, con la consecuente adaptación a los parámetros del motor del mismo vehículo. The invention disclosed in US20170144560 describes a battery management system that includes a location information receiver configured to obtain location information of a battery, and an estimation model changer configured to change an estimation model to estimate a state. internal battery according to a change in the Location Information. It differs from the developed invention object of this document, since the system is monitored to make a change of battery once it is going to run out of energy and select the optimal distance to make the change based on the charge of the same battery, with the consequent adaptation to the engine parameters of the same vehicle.
La invención desarrollada objeto de este documento, consiste en una batería de iones de litio que tiene como objetivo ser utilizada en vehículos eléctricos la cual incorpora funciones dentro de una tarjeta de control en la misma batería que le da capacidad de conexión a la nube, así como hardware y software para el control de tracción y dirección del vehículo, sistema de gestión de carga y descarga, medición y reporte hacia la nube de energía disponible y temperatura en la batería. The invention developed object of this document, consists of a lithium ion battery that aims to be used in electric vehicles which incorporates functions within a control card in the same battery that gives it the ability to connect to the cloud, thus as hardware and software for vehicle traction and steering control, charge and discharge management system, measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery.
OBJETO DE LA INVENCIÓN. OBJECT OF THE INVENTION.
El objeto de esta invención es hacer disponible una batería de iones de litio que tiene como objetivo ser utilizada en veh ículos eléctricos la cual incorpora funciones dentro de una tarjeta de control en la misma batería que le da capacidad de conexión a la nube, así como hardware y software para el control de tracción y dirección del veh ículo, sistema de gestión de carga y descarga, medición y reporte hacia la nube de energía disponible y temperatura en la batería. The object of this invention is to make available a lithium ion battery that is intended to be used in electric vehicles, which incorporates functions within a control card in the same battery that gives it the ability to connect to the cloud, as well as hardware and software for vehicle traction and steering control, charge and discharge management system, measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery.
La integración de los componentes de la invención desarrollada, objeto de este documento, resulta en las siguientes características: The integration of the components of the developed invention, object of this document, results in the following characteristics:
1 ) Seguridad personal, al impedir que el vehículo circule por zonas restringidas a vehículos de tamaño pequeño y baja velocidad , como avenidas grandes o autopistas, por ejemplo, el periférico de Guadalajara o de la ciudad de México. 1) Personal security, by preventing the vehicle from circulating through areas restricted to small-sized, low-speed vehicles, such as large avenues or highways, for example, the peripheral of Guadalajara or Mexico City.
2) Seguridad patrimonial, al desmotivar el robo de un vehículo o batería que sólo podrá usarse en un perímetro y calles definidas. 3) Gestión inteligente de carga del vehículo, al enviar datos de su posición y estado de la batería la cual se calcula al momento en que deberá de dirigirse a la estación de carga para reemplazar la batería por una cargada.  2) Patrimonial security, by discouraging the theft of a vehicle or battery that can only be used in a defined perimeter and streets. 3) Intelligent management of vehicle charging, by sending data on its position and battery status, which is calculated at the time it must go to the charging station to replace the battery with a charged one.
4) Habilita el sistema de dirección por diferencia de velocidad angular de las ruedas delanteras.  4) Enables the steering system by difference in angular speed of the front wheels.
5) Reducción significativa del costo del vehículo sin batería, al integrar la mayor parte de los componentes críticos y de alto costo en esta batería. La batería se desarrolló técnicamente para la movilidad pública de corta distancia usando vehículos eléctricos para 3 pasajeros (conductor + 2 pasajeros), en donde la mayoría de las funciones y el costo total de adquisición del vehículo residen en la "batería inteligente”, permitiendo la manufactura de un vehículo sin batería a un costo competitivo con las ofertas de valor actuales basadas en motores de combustión interna (ejemplo: moto taxis). El modelo se basa en la venta de energía aunada a la renta de las baterías inteligentes incluidas ambas en el mismo precio de“carga” (reemplazo) de la batería, en donde se reemplaza la batería descargada por una cargada a plena carga, por un“precio de carga de energía” que incluye tanto el costo de la electricidad en la batería, así como la renta de la misma, a un precio competitivo contra la carga de combustible fósil . Esto es posible dado que el costo de la electricidad como combustible para vehículos eléctricos es mucho menor al de los combustibles fósiles. Una implementación técnica de geo-cerca en la“batería inteligente”, desmotiva el robo de los vehículos y de los paquetes de baterías. El resto de las funciones embebidas en la“batería inteligente” desmotíva el robo de los vehículos sin baterías por lo complejo de implementar un sistema para habilitarlos. 5) Significant reduction in the cost of the vehicle without a battery, by integrating most of the critical and high-cost components in this battery. The battery was technically developed for short-distance public mobility using 3-passenger electric vehicles (driver + 2 passengers), where most of the functions and the total cost of purchasing the vehicle reside in the "smart battery", allowing the Manufacture of a battery-free vehicle at a competitive cost with current value offers based on internal combustion engines (example: motorcycle taxis) .The model is based on the sale of energy combined with the rent of smart batteries, both included in the same “charge” (replacement) price of the battery, where the discharged battery is replaced by a fully charged one, by a “charge energy charge” that includes both the cost of electricity in the battery, as well as the rent of the same, at a competitive price against the fossil fuel load. This is possible given that the cost of electricity as fuel for electric vehicles it is much less than that of fossil fuels. A technical implementation of geo-fencing in the “smart battery” discourages theft of vehicles and battery packs. The rest of the functions embedded in the “smart battery” discourage the theft of vehicles without batteries due to the complexity of implementing a system to enable them.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
La figura 1 muestra un diagrama esquemático de la batería inteligente y elementos de conexión . Figure 1 shows a schematic diagram of the smart battery and connection elements.
La figura 2 muestra el esquema de integración de los componentes y la batería desarrollada en esta invención . Figure 2 shows the integration scheme of the components and the battery developed in this invention.
La figura 3 muestra ejemplos de una geo-cerca válida y no válida con el mismo número de vértices. Figure 3 shows examples of a valid and invalid geo-fence with the same number of vertices.
La figura 4 muestra el esquema del proceso general de geo- cerca. Figure 4 shows the outline of the general geo-fence process.
La figura 5 muestra el esquema del proceso de caracterización de peso triangular para encontrar un punto en un polígono dentro de la geo- cerca. Figure 5 shows the outline of the triangular weight characterization process to find a point on a polygon within the geo-fence.
La figura 6 muestra un polígono y-monótono. Figure 6 shows a y-monotonous polygon.
La figura 7 muestra el diagrama de bloques del hardware del sistema geo-cerca. Figure 7 shows the hardware block diagram of the geo-fence system.
La figura 8 muestra el proceso de firmware para con ecti vid ad con plataforma de servicio en la nube y control de los motores. Figure 8 shows the firmware process for ecti vid ad with platform cloud service and engine control.
La figura 9 muestra el diagrama esquemático del sistema de energizado. Figure 9 shows the schematic diagram of the energized system.
La figura 10 muestra el sistema de monitoreo y medición de energía y temperatura. Figure 10 shows the energy and temperature monitoring and measurement system.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Los detalles característicos de la batería inteligente de iones de litio se muestran claramente en la siguiente descripción y en los dibujos ilustrativos que se anexan, sirviendo los mismos signos de referencia para señalar las mismas partes.  The characteristic details of the smart lithium-ion battery are clearly shown in the following description and in the accompanying illustrative drawings, the same reference signs serving to indicate the same parts.
La batería inteligente (110) se desarrolló técnicamente para la movilidad pública de corta distancia usando vehículos eléctricos para 3 pasajeros (conductor + 2 pasajeros), en donde la mayoría de las funciones y el costo total de adquisición del vehículo residen en la batería inteligente (110), permitiendo la manufactura de un vehículo sin batería (202) a un costo competitivo con las ofertas de valor actuales basadas en motores de combustión interna (ejemplo: moto taxis). El modelo se basa en la venta de energía aunada a la renta de las baterías inteligentes (110) incluidas ambas en el mismo precio de “carga” (reemplazo) de la batería (202), en donde se reemplaza la batería descargada por una cargada a plena carga, por un“precio de carga de energía” que incluye tanto el costo de la electricidad en la batería (202), así como la renta de la misma, a un precio competitivo contra la carga de combustible fósil. Esto es posible dado que el costo de la electricidad como combustible para vehículos eléctricos es mucho menor al de los combustibles fósiles. Una implementación técnica de geo-cerca en la batería inteligente (110) , desmotiva el robo de los vehículos y de los paquetes de baterías (202). El resto de las funciones embebidas en la batería inteligente (110) desmotiva el robo de los vehículos sin baterías (202) por lo complejo de ¡mplementar un sistema para habilitarlos. The smart battery (110) was technically developed for short-distance public mobility using 3-passenger electric vehicles (driver + 2 passengers), where most of the functions and the total cost of purchasing the vehicle reside in the smart battery ( 110), allowing the manufacture of a vehicle without a battery (202) at a competitive cost with the current value offers based on internal combustion engines (example: motorcycle taxis). The model is based on the sale of energy combined with the rent of smart batteries (110), both included in the same price of "charge" (replacement) of the battery (202), where the discharged battery is replaced by a charged one. at full charge, for a “power charge price” that includes both the cost of electricity in the battery (202), as well as the rent thereof, at a competitive price against the charge of fossil fuel. This is possible since the cost of electricity as fuel for electric vehicles is much lower than that of fossil fuels. A technical implementation of Geo-fence on the smart battery (110), discourages the theft of vehicles and battery packs (202). The rest of the functions embedded in the smart battery (110) discourage the theft of vehicles without batteries (202) due to the complexity of implementing a system to enable them.
Como lo muestra la figura 1 , la batería inteligente (110) de iones de litio se incorpora en vehículos eléctricos, la cual incluye las siguientes funciones “embebidas” en su tarjeta de control y en el sistema completo para la administración de los datos de las mismas: As shown in Figure 1, the intelligent lithium ion battery (110) is incorporated into electric vehicles, which includes the following functions "embedded" in its control card and in the complete system for data management of the themselves:
• Conectividad a la Nube (103),  • Cloud Connectivity (103),
• Geo- cerca o control de la posición (105),  • Geo-fence or position control (105),
• Software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo (104), • Vehicle steering and traction control software and hardware (104),
• Sistema de gestión de carga y descarga (109), • Loading and unloading management system (109),
• Medición y reporte hacia la Nube de energía disponible y temperatura en la batería (107),  • Measurement and reporting to the Cloud of available energy and temperature in the battery (107),
• Un centro de datos (101 ) para el manejo de la información de las baterías inteligentes (110),  • A data center (101) for information management of smart batteries (110),
• Estaciones de carga (102),  • Charging stations (102),
• Sensores de temperatura, voltaje, corriente y aceleración (106), • Temperature, voltage, current and acceleration sensors (106),
• Dispositivo para el sistema de posicionamiento global GPS (108), • Device for the GPS global positioning system (108),
La unión de las celdas individuales de baterías dentro del paquete de baterías impide su desensamble sin ser dañadas. Joining the individual battery cells within the battery pack prevents disassembly without damage.
La relación entre los componentes, es decir, los datos que intercambian y las acciones que realizan se muestran en la figura 2 El funcionamiento de la batería inteligente (110) de acuerdo a la figura 2 se lleva a cabo por medio del sistema de gestión de carga y descarga (109) el cual obtiene los datos de las variables de la batería que se obtienen de los sensores de temperatura, voltaje, corriente y aceleración (106) . La batería de litio (202) alimenta a los motores (203), los cuales se encuentran conectados al software y hardware de control de tracción y dirección del veh ículo (104) . El d ispositivo para el sistema de posición global GPS (108) genera datos de localización que alimentan al algoritmo de control de posición (201 ) donde se puede llevar a cabo el control de la geo-cerca (105) y que afecta el software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo (104) para el control de los motores (203) . El sistema de medición y reporte hacia la nube de energ ía disponible y temperatura en la batería (107), recibe información de datos de las variables físicas que se obtienen de los sensores de temperatura, voltaje, corriente y aceleración (106), de los datos del motor que se obtienen del software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo (104) y los datos de posición del algoritmo de control de posición (201 ) , información que se transmite a la nube (103) . The relationship between the components, that is, the data they exchange and the actions they perform are shown in figure 2 The operation of the smart battery (110) according to figure 2 is carried out by means of the system of charge and discharge management (109) which obtains the data of the battery variables that are obtained from the temperature, voltage, current and acceleration sensors (106). The lithium battery (202) powers the engines (203), which are connected to the vehicle's steering and traction control software and hardware (104). The device for the GPS global position system (108) generates location data that feeds the position control algorithm (201) where the geo-fence control (105) can be carried out and which affects the software and vehicle steering and traction control hardware (104) for engine control (203). The measurement and reporting system to the cloud of available energy and temperature in the battery (107), receives data information on the physical variables obtained from the temperature, voltage, current and acceleration sensors (106), from the Engine data obtained from vehicle steering and traction control software and hardware (104) and position data from the position control algorithm (201), information that is transmitted to the cloud (103).
La integración de los componentes mostrados en la figu ra 2 resulta en las siguientes características: The integration of the components shown in Figure 2 results in the following characteristics:
1 ) Seguridad personal, al impedir que el vehículo circule por zonas restringidas a vehículos de tamaño pequeño y baja velocidad , como avenidas grandes o autopistas, por ejemplo, el periférico de Guadalajara o de la ciudad de México.  1) Personal security, by preventing the vehicle from circulating through areas restricted to small and low-speed vehicles, such as large avenues or highways, for example, the peripheral of Guadalajara or Mexico City.
2) Seguridad patrimonial, al desmotivar el robo de un vehículo o batería (202) que sólo podrá usarse en un perímetro y calles definidas.  2) Patrimonial security, by discouraging the theft of a vehicle or battery (202) that can only be used in a defined perimeter and streets.
3) Gestión inteligente de carga del vehículo, al enviar datos de su posición y estado de la batería (202) la cual se calcula al momento en que deberá de d irigirse a la estación de carga (102) para reemplazar la batería (202) por una cargada. 3) Intelligent management of vehicle charging, by sending data on its position and condition of the battery (202) which is calculated at the time it must go to the charging station (102) to replace the battery (202) by a charged one.
4) Habilita el sistema de dirección por diferencia de velocidad angular de las ruedas delanteras.  4) Enables the steering system by difference in angular speed of the front wheels.
5) Reducción significativa del costo del vehículo sin batería (202), al integrar la mayor parte de los componentes críticos y de alto costo en esta batería (202) .  5) Significant reduction in the cost of the vehicle without a battery (202), by integrating most of the critical and high-cost components in this battery (202).
Geo cerca de la batería inteligente (110). Geo close to the smart battery (110).
La geo-cerca es una tecnología basada en sistemas de posicionamiento global (GPS) que establece un límite alrededor de una ubicación geográfica. Las funcionalidades de una geo-cerca realmente son básicas, pero con un enorme potencial para temas de seguridad , estudios de ciclos de conducción que es de alto valor estadístico para las compañías fabricantes automotrices y para servicios basados en localización conectados a la nube (103) . Geo-fence is a technology based on global positioning systems (GPS) that establishes a limit around a geographical location. The functionalities of a geo-fence are really basic, but with enormous potential for security issues, driving cycle studies that is of high statistical value to automotive manufacturing companies and for location-based services connected to the cloud (103) .
La batería inteligente (1 10) de Iones de litio para vehículos eléctricos Incorpora en su sistema embebido la combinación de tecnologías GSM/GPRS y GPS para la navegación por satélite. El sistema embebido tiene capacidad para deshabilitar el software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo (104) cuando éste sobrepase el límite geográfico definido en una geo- cerca que sea válida como lo muestra la figura 3.a) mediante un algoritmo de triangulación que determine si una posición o un punto se encuentra dentro de un polígono o de la geo-cerca en su caso, a la vez la figura 3.b) muestra la definición de una geo-cerca no válida, debido a que las secciones se cortan entre sí . El algoritmo de la geo-cerca está basado en un método matemático para determinar si un punto se encuentra dentro o fuera de un pol ígono, el cual es llamado caracterización del peso triangular. El algoritmo que muestra la solución de la geo-cerca se muestra en la figura 4. En este algoritmo las variables relevantes son : The intelligent lithium ion battery (1 10) for electric vehicles incorporates in its embedded system the combination of GSM / GPRS and GPS technologies for satellite navigation. The embedded system has the ability to disable the vehicle's traction and steering control software and hardware (104) when the vehicle exceeds the geographic limit defined in a geofence that is valid as shown in Figure 3.a) by means of a triangulation that determines if a position or a point is inside a polygon or the geo-fence in your case, at the same time figure 3.b) shows the definition of an invalid geo-fence, because the sections they cut each other. The geo-fence algorithm is based on a mathematical method to determine if a point is inside or outside a polygon, which is called triangular weight characterization. The algorithm that shows the geo-fence solution is shown in figure 4. In this algorithm the relevant variables are:
• gi: Punto de interés o mantener adentro,  • gi: Point of interest or keep inside,
• gO: Punto de no interés o no cercarse,  • gO: Point of no interest or not close,
• r: Posición nueva,  • r: New position,
• P: Posición a evaluar dentro de la geo-cerca.  • P: Position to be evaluated within the geo-fence.
El proceso que se describe en la figura 4 comprende los siguientes pasos:The process described in Figure 4 comprises the following steps:
1 ) Se define la geo-cerca y sus componentes (401 ), lo cual incluye la definición de las variables gi y gO, 1) The geo-fence and its components are defined (401), which includes the definition of the variables gi and gO,
2) Se establece una nueva posición de interés (402), que sería del tipo r=(x, y),  2) A new interest position (402) is established, which would be of the type r = (x, y),
3) Se verifica si la posición nueva está dentro de los puntos de interés (gi) en la geo-cerca (403), que corresponde a P(r, gi),  3) It is verified if the new position is within the points of interest (gi) in the geo-fence (403), which corresponds to P (r, gi),
4) En caso de que sea SI , se verifica que la posición nueva se encuentra en los puntos de no interés y/o no acercarse (gO) dentro de la geo-cerca (404), que corresponde a P(r, gO), este paso se ejecutará por cada gO, 4) If YES, it is verified that the new position is at the points of no interest and / or not approach (gO) within the geo-fence (404), which corresponds to P (r, gO) , this step will be executed for each gO,
5) En caso de que no se cumpla la condición en (404) se procede al paso (402), 5) In case the condition in (404) is not met, proceed to step (402),
6) En caso de que se cumpla la condición en (404), se procede a establecer a la geo-cerca como violada (405) ,  6) In case the condition in (404) is met, the geo-fence is established as violated (405),
7) Se lleva a cabo la acción y respuesta de violación de geo-cerca (406), que corresponde al apagado del sistema de software y hardware de control de tracción y d irección del vehículo (104) . El método de caracterización del peso del triángulo o peso triangular, subdivide el dominio de la geo-cerca en un número finito de triángulos, luego se itera sobre cada triangulo para determinar si la posición de interés dada se encuentra dentro de la geo-cerca. El paso de inicialización subdivide cada una de las geo- cercas originales de polígonos simples a polígonos y-monótono válidos, y después a triángulos como lo muestra el algoritmo de la figura 5. En este algoritmo las variables relevantes son : 7) The geo-fence violation action and response is carried out (406), which corresponds to the shutdown of the vehicle's traction and steering control software and hardware system (104). The triangle weight or triangular weight characterization method subdivides the geo-fence domain into a finite number of triangles, then iterates over each triangle to determine if the given position of interest is within the geo-fence. The initialization step subdivides each of the original geo-fences from simple polygons to valid y-monotone polygons, and then to triangles as shown in the algorithm in Figure 5. In this algorithm the relevant variables are:
• r: Punto o posición de interés,  • r: Point or position of interest,
• p: Polígono de geo-cerca dada,  • p: Given geo-fence polygon,
• M : Cantidad de pol ígonos y-monótonos,  • M: Number of y-monotonous polygons,
• N : Cantidad de triángulos.  • N: Number of triangles.
El proceso que describe la figura 5 comprende los siguientes pasos: The process described in Figure 5 comprises the following steps:
1 ) Se establece la posición de interés (r) y el polígono de la geo-cerca (p) 1) The position of interest (r) and the polygon of the geo-fence (p) are established.
(501 ), (501),
2) Se divide la geo-cerca en M polígonos y-monótonos (502) ,  2) The geo-fence is divided into M polygons and monotones (502),
3) Se divide cada polígono y-monótono en N triángulos (503),  3) Divide each y-monotone polygon into N triangles (503),
4) Se verifica si (r) está dentro del triangulo (504),  4) It is verified if (r) is inside the triangle (504),
5) En caso de que el paso 4 se cumpla, (r) está dentro de p (507),  5) In case step 4 is fulfilled, (r) is within p (507),
6) En caso de que el paso 4 no se cumpla, se verifica si es el último triángulo 6) In case step 4 is not fulfilled, it is verified if it is the last triangle
(505) , (505),
7) En caso de que el paso 6 no se cumpla, se verifica el siguiente triangulo de (p) ,  7) In case step 6 is not fulfilled, the following triangle of (p) is verified,
8) En caso de que el paso 6 se cumpla, se establece que (r) está fuera de P·  8) In case step 6 is fulfilled, it is established that (r) is outside P ·
Un polígono y-monótono es aquel en el que cualquier línea perpendicular al eje intersecta al polígono solo dos veces como lo muestra la figura 6. A y-monotonous polygon is one in which any line perpendicular to the axis intersects the polygon only twice as shown in figure 6.
A continuación, se muestra un pseudocódigo del algoritmo de la figura 5: The following is a pseudocode of the algorithm in Figure 5:
Entradas: p es un simple polígono  Inputs: p is a simple polygon
r es la posición de Interés  r is the Interest position
Salidas: Si p contiene r es verdadero, en caso contrario es falso  Outputs: If p contains r it is true, otherwise it is false
Inicialización: Initialization:
1 : Dividir a p en M polígonos y-monótonos  1: Divide p into M y-monotonous polygons
2: para todo M polígono y-monótono dentro de p hacer  2: for all M polygon y-monotonous within p do
3: Dividir M polígonos y-monótonos a N triángulos  3: Divide M y-monotonous polygons to N triangles
4: fin para  4: end for
Bucle de ejecución:  Execution loop:
5: para todo N triángulos dentro de p hacer  5: for all N triangles within p do
6: si N contiene a r entonces  6: if N contains r then
7: regresa verdadero  7: return true
8: fin si  8: end yes
9: fin para  9: end for
10: regresa falso  10: return false
Hardware geo-cerca batería inteligente (110). Geo-fence hardware smart battery (110).
La figura 7 muestra el hardware que permite a la batería inteligente (110) obtener los datos sobre la geolocalización del sistema está basado en un módulo de SIMCOM (701 ), el cual es un SIM808 que corresponde a un módulo completo de banda cuádruple GSM/GPRS que combina la tecnología GPS para satélite. Este módulo comprende una antena GSM (704), una antena GPS (703), una interface para tarjeta SIM (708) y una interface de comunicación RS 232 (702), la cual no necesariamente está sujeto a ser el único protocolo a usar, puede usarse cualquier protocolo de comunicación wireless como Bluetooth, LoRA, Zigbee o también cualquier protocolo serial alámbrico como RS-485, LIN, CAN-J 1939. El módulo de SIMCOM (701) se encuentra conectado a un microcontrolador ATSAM3X8E (705), el cual dispone de una interface de comunicación RS 232 (702), la cual no necesariamente está sujeto a ser el único protocolo a usar, puede usarse cualquier protocolo de comunicación wireless como Bluetooth, LoRA, Zigbee o también cualquier protocolo serial alámbrico como RS-485, UN, CAN-J 1939. El modulo en la batería inteligente (110) requiere una alimentación de 3.4v~4.4v, trabaja a una frecuencia GSM de 850MHz, tiene antena para GPS (703) otra para GSM (704) y por ultimo utiliza una tarjeta SIM (706) con su interface (707) que es la que proporciona el servicio de datos de telefonía móvil en una red 2G. El uso de la tarjeta SIM (706) es indispensable en las redes GSM o para dispositivos que utilicen protocolos de telefonía móvil. Figure 7 shows the hardware that allows the smart battery (110) to obtain the data on the geolocation of the system is based on a SIMCOM module (701), which is a SIM808 that corresponds to a complete module of quad-band GSM / GPRS that combines GPS technology for satellite. This module comprises a GSM antenna (704), a GPS antenna (703), a SIM card interface (708) and an RS 232 communication interface (702), which does not necessarily it is subject to being the only protocol to use, any wireless communication protocol such as Bluetooth, LoRA, Zigbee or also any wired serial protocol such as RS-485, LIN, CAN-J 1939 can be used. The SIMCOM module (701) is connected to an ATSAM3X8E (705) microcontroller, which has an RS 232 (702) communication interface, which is not necessarily subject to being the only protocol to use, any wireless communication protocol such as Bluetooth, LoRA, Zigbee can be used or also any wired serial protocol such as RS-485, UN, CAN-J 1939. The module in the smart battery (110) requires a 3.4v ~ 4.4v power supply, works at a GSM frequency of 850MHz, has an antenna for GPS ( 703) another for GSM (704) and lastly it uses a SIM card (706) with its interface (707) which is the one that provides the mobile phone data service in a 2G network. The use of the SIM card (706) is essential in GSM networks or for devices that use mobile phone protocols.
El módulo de SIMCOM (701) que se encarga de conectarse a la nube (103) está habilitado para comunicarse con el bloque de procesamiento principal que es el responsable de procesar la información mediante comunicación serial. The SIMCOM module (701) that is in charge of connecting to the cloud (103) is enabled to communicate with the main processing block that is responsible for processing the information through serial communication.
Firmware geo-cerca batería inteligente. Firmware geo-fence smart battery.
El firmware principal que gestionara la conexión a la nube (103) y la obtención de coordenadas estará embebido en el microcontrolador ATSAM3X8E (705). El firmware se encarga de enviar las tramas de datos a la plataforma de servicio en la nube (103) y control de los motores (203) donde el algoritmo se muestra en la figura 8. El algoritmo de la figura 8 comprende los sig uientes pasos: The main firmware that will manage the connection to the cloud (103) and the obtaining of coordinates will be embedded in the ATSAM3X8E microcontroller (705). The firmware is in charge of sending the data frames to the cloud service platform (103) and engine control (203) where the algorithm is shown in figure 8. The algorithm of figure 8 comprises the following steps:
1 ) Se lleva a cabo la i n icialización de puertos (801),  1) Port initialization is carried out (801),
2) Tiempo de espera: Time out el cual debe ser un retardo de 200 ms mínimo (802). Tiempo de espera: Time out todos los dispositivos electrónicos que integran, hardware, firmware o software en su interior necesitan de un tiempo mínimo para finalizar con una tarea específica o un proceso que este ejecutándose en ese momento y poder continuar con la siguiente acción o proceso. Estos tiempos se determinan consultando las hojas de datos del fabricante o haciendo una previa caracterización del sistema,  2) Timeout: Time out which must be a minimum delay of 200 ms (802). Waiting time: Time out all the electronic devices that integrate, hardware, firmware or software inside need a minimum time to finish with a specific task or process that is currently running and to continue with the next action or process. . These times are determined by consulting the manufacturer's data sheets or by previously characterizing the system,
3) Se realiza la configuración del microcontrolador ATSAM3X8E (705) para la velocidad de protocolos de comunicación (803),  3) Configuration of the ATSAM3X8E microcontroller (705) for the speed of communication protocols (803),
4) Se realiza la configuración del módulo de SIMCOM (701) para la velocidad de protocolos de comunicación (804),  4) Configuration of the SIMCOM module (701) is performed for the speed of communication protocols (804),
5) Se inicializa el módulo de SIMCOM (701 ) (805),  5) The SIMCOM module (701) (805) is initialized,
6) Tiempo de espera: Time out el cual debe ser un retardo de 3 segundos mínimo (806),  6) Waiting time: Time out which must be a minimum delay of 3 seconds (806),
7) Se arranca el sistema GPS (807),  7) The GPS system (807) is started,
8) Se verifica que el sistema GPS se encuentre encendido (808),  8) It is verified that the GPS system is turned on (808),
9) En caso de que no se encuentre encendido el sistema GPS, se regresa a paso 9) In case the GPS system is not turned on, go back to step
7, 7,
10) Si el sistema GPS se encuentra encendido, se realiza la lectura de coordenadas iniciales GPS (809),  10) If the GPS system is turned on, the initial GPS coordinate reading (809) is performed,
1 1 ) Tiempo de espera: Time out el cual debe ser un retardo de 3 segundos mínimo 1 1) Waiting time: Time out which must be a minimum delay of 3 seconds
(810), (810),
12) Se realiza la petición de una IP por DHCP (811 ),  12) The request for an IP is made by DHCP (811),
13) Se verifica que la petición de la IP sea exitosa (812),  13) Verify that the IP request is successful (812),
14) En caso de que la petición de la IP no sea exitosa, se regresa a paso 12, 15) Si la petición de IP fue exitosa, se establece conexión TCP/IP (813),14) In case the IP request is not successful, go back to step 12, 15) If the IP request was successful, a TCP / IP connection is established (813),
16) Se hace el envío y solicitud a plataforma de servicio cloud (814), 16) Sending and requesting to the cloud service platform (814),
17) Se lleva a cabo el algoritmo de geo-cerca (815). ( Este algoritmo se encuentra en la figura 4).  17) The geo-fence algorithm (815) is carried out. (This algorithm is found in figure 4).
Energizado del sistema. Energized system.
En la figura 9 se muestra el sistema de energizado. El banco de baterías (202) de litio es un sistema adquirido el cual tiene la capacidad de medir la temperatura de las baterías, monitor eo de corriente del módulo completo para tomar acciones en la protección sobre corriente, así como también el consumo de voltaje. Figure 9 shows the energized system. The lithium battery bank (202) is an acquired system which has the ability to measure the temperature of the batteries, monitor the current of the entire module to take actions in protection against current, as well as voltage consumption.
El banco de baterías (202) es capaz de entregar 96v y 40Ah. Los 96V entregados por el banco se regulan a 12V por medio de un reductor (901 ), de 12V se regula a dos voltajes uno de 5V por medio de un reductor (902) que regula la energía para entregar voltaje que alimenta la circuitería del sistema embebido principal (905); y otro voltaje de 24V por medio de un ¡ncrementador (903) que alimenta a los controladores (drivers) de los motores (904). The battery bank (202) is capable of delivering 96v and 40Ah. The 96V delivered by the bank is regulated to 12V by means of a reducer (901), 12V is regulated to two voltages, one of 5V by means of a reducer (902) that regulates the energy to deliver voltage that feeds the system circuitry main embedded (905); and another 24V voltage by means of an incrementor (903) that supplies the motor controllers (904).
Monitoreo de temperatura y energía en las baterías. Monitoring of temperature and energy in the batteries.
La figura 10 muestra el sistema de monitoreo y medición de energía y temperatu ra. El sistema de gestión de baterías (1002) o Battery Management System (BMS) en inglés, es un sistema de energía muy común en las baterías de litio que consiste en un sistema electrónico con un control para la carga y descarga de energía, control de protección de batería para que ésta no opere fuera de su rango de operación segura (Safe Operating Area) tanto en términos de voltaje y corriente, estado de carga, y por último la temperatura. Se verifica las lecturas de niveles de voltaje y las lecturas de temperatura (1001) para después entrar el sistema de gestión de baterías (1002) y de esta manera proteger la circuitería del sistema embebido principal (905). Figure 10 shows the energy and temperature monitoring and measurement system. The battery management system (1002) or Battery Management System (BMS) in English, is a very common energy system in lithium batteries that consists of an electronic system with a control for charging and discharging energy, control of battery protection so that it does not operate outside its safe operating range (Safe Operating Area) both in terms of voltage and current, state of charge, and finally temperature. The readings of voltage levels and temperature readings (1001) to then enter the battery management system (1002) and thus protect the circuitry of the main embedded system (905).
Otras aplicaciones relevantes de los sistemas de gestión de baterías (1002) es encargarse de controlar parámetros físicos muy específicos como por ejemplo el frenado regenerativo en el caso de algunos vehículos eléctricos. Indicadores con los que cuenta el sistema de gestión de batería (BMS): Other relevant applications of battery management systems (1002) is to be in charge of controlling very specific physical parameters such as regenerative braking in the case of some electric vehicles. Indicators that the battery management system (BMS) has:
Voltaje  Voltage
• Batería cargada 96V-106V  • 96V-106V charged battery
• Nivel de voltaje entre 96V-77V. Descargando  • Voltage level between 96V-77V. Downloading
• Nivel de voltaje entre 96V-77V. Cargando  • Voltage level between 96V-77V. Loading
• Nivel de voltaje menor de 72V. En protección  • Voltage level less than 72V. In protection
Temperatura Temperature
• Temperatura por debajo de 45 °C  • Temperature below 45 ° C
• Temperatura entre 45°C y 50°C  • Temperature between 45 ° C and 50 ° C
• Temperatura superior a 50°C. En protección  • Temperature above 50 ° C. In protection
La descripción anterior de las definiciones dadas a conocer, se proporciona para permitir que cualquier persona experta en la técnica hacer o utilizar la presente invención . Diversas modificaciones a estas definiciones y/o implementaciones serán fácilmente evidentes para los expertos en la técnica, y los principios genéricos aquí definidos pueden aplicarse a otras realizaciones sin apartarse del espíritu o alcance de la invención . Así, la presente invención no está destinada a limitarse a las realizaciones mostradas en este documento, sino que debe concedérsele el alcance más amplio consistente con las siguientes reivindicaciones y los principios y características novedosas descritas en este documento. The foregoing description of the disclosed definitions is provided to enable any person skilled in the art to make or use the present invention. Various modifications to these definitions and / or implementations will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein can be applied to other embodiments without departing from the spirit or scope of the invention. Thus, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein, but rather should be given the broadest scope consistent with the following claims and the novel principles and features described herein.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo descrito suficientemente mi invención, considero como una novedad y por lo tanto reclamo como de mi exclusiva propiedad, lo contenido en las siguientes cláusulas: 1 Una batería inteligente de iones de litio para uso en movilidad pública o privada en vehículos eléctricos caracterizada por comprender: a. Conectividad a la N ube, b. Geo-cerca o control de la posición , c. Software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo, d . Sistema de gestión de carga y descarga, e. Medición y reporte hacia la nube de energía disponible y temperatura en la batería, f. U n centro de datos para el manejo de la información de la o las baterías inteligentes, g . Estaciones de carga, h . Sensores de temperatura, voltaje, corriente y aceleración, i . Dispositivo para el sistema de posicionamiento global GPS. 2. La batería inteligente de iones de litio para uso en movilidad pública o privada en vehículos eléctricos de acuerdo con la reivindicación 1 , donde el funcionamiento de dicha batería se realiza por medio de un sistema de gestión de carga y descarga acorde con los siguientes pasos: a. El sistema de gestión de carga y descarga obtiene los datos de las variables de la batería que se obtienen de los sensores de temperatura, voltaje, corriente y aceleración , donde: i . El modulo en la batería inteligente requiere una alimentación de 3.4v~4.4v, trabaja a una frecuencia GSM de 850MHz, tiene antena para GPS otra para GSM y por ultimo utiliza una tarjeta SIM con su interface que es la que proporciona el servicio de datos de telefonía móvil en una red 2G, b. La batería de litio alimenta a los motores, los cuales se encuentran conectados al software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo, c. El dispositivo para el sistema de posición global GPS genera datos de localización que alimentan al algoritmo o secuencia de pasos de control de posición donde se puede llevar a cabo el control de la geo- cerca y que afecta el software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo para el control de los motores, esto incluye: i . La batería qie incorpora en su sistema embebido la combinación de tecnologías GSM/GPRS y GPS para la navegación por satélite, este sistema tiene capacidad para deshabilitar el software y hardware de control de tracción y dirección del veh ículo cuando éste sobrepase el límite geográfico definido en una geo-cerca que sea válida, mediante un algoritmo de triangulación que determine si una posición o un punto se encuentra dentro de un polígono o de la geo-cerca en su caso; el hardware que permite a la batería inteligente obtener los datos sobre la geolocal ¡zación del sistema comprende: CLAIMS Having sufficiently described my invention, I consider as a novelty and therefore claim as my exclusive property, the content of the following clauses: 1 An intelligent lithium ion battery for use in public or private mobility in electric vehicles characterized by understanding : to. Connectivity to N ube, b. Geo-fence or position control, c. Vehicle steering and traction control software and hardware, d. Loading and unloading management system, e. Measurement and reporting to the cloud of available energy and temperature in the battery, f. A data center for information management of the smart battery or batteries, g. Charging stations, h. Temperature, voltage, current and acceleration sensors, i. Device for the GPS global positioning system. 2. The intelligent lithium-ion battery for use in public or private mobility in electric vehicles according to claim 1, wherein said battery is operated by means of a charge and discharge management system in accordance with the following steps : to. The charge and discharge management system obtains the data of the battery variables that are obtained from the temperature, voltage, current and acceleration sensors, where: i. The module in the smart battery requires a 3.4v ~ 4.4v power supply, it works at a GSM frequency of 850MHz, it has an antenna for GPS, another one for GSM and finally it uses a SIM card with its interface which is the one that provides the data service. mobile phone in a 2G network, b. The lithium battery powers the engines, which are connected to the vehicle's steering and traction control software and hardware, c. The device for the GPS global position system generates location data that feeds the algorithm or sequence of position control steps where the geo-fence control can be carried out and which affects the traction control software and hardware and vehicle steering for engine control, this includes: i. The battery that incorporates in its embedded system the combination of GSM / GPRS and GPS technologies for satellite navigation, this system has the ability to disable the vehicle's traction and direction control software and hardware when it exceeds the geographic limit defined in a geo-fence that is valid, using a triangulation algorithm that determines whether a position or a point is within a polygon or the geo-fence in your case; The hardware that enables the smart battery to obtain data on the geolocation of the system includes:
1 . Un módu lo de S I MCOM , el cual es un módulo completo de banda cuádruple GSM/GPRS que combina la tecnología GPS para satélite, este módulo comprende una antena GSM , una antena GPS, una interface para tarjeta SIM y una ¡nterface de comunicación RS232, la cual no necesariamente está sujeto a ser el único protocolo a usar, puede usarse cualquier protocolo de comunicación inalámbrica o también cualquier protocolo serial alámbrico, one . A SI MCOM module, which is a complete quad-band GSM / GPRS module that combines GPS technology for satellite, this module comprises a GSM antenna, a GPS antenna, an interface for SIM card and an RS232 communication interface, which is not necessarily subject to being the only protocol to use, any wireless communication protocol can be used or also any wired serial protocol,
2. El módulo de SIMCOM se encuentra conectado a un microcontrolador ATSAM3X8E, el cual dispone de una interface de comunicación RS232, la cual no necesariamente está sujeto a ser el único protocolo a usar, puede usarse cualquier protocolo de comunicación inalámbrica o también cualquier protocolo serial alámbrico,  2. The SIMCOM module is connected to an ATSAM3X8E microcontroller, which has an RS232 communication interface, which is not necessarily subject to being the only protocol to use, any wireless communication protocol or also any serial protocol can be used wired,
ii . El algoritmo de la geo-cerca está basado en un método matemático para determinar si un punto se encuentra dentro o fuera de un polígono, el cual es llamado caracterización del peso triangular, en este algoritmo las variables relevantes son : gi : Punto de interés o mantener adentro, gO: Punto de no interés o no cercarse, r: Posición nueva, P: Posición a evaluar dentro de la geo-cerca, el proceso comprende los siguientes pasos: ii. The geo-fence algorithm is based on a mathematical method to determine if a point is inside or outside of a polygon, which is called the triangular weight characterization, in this algorithm the relevant variables are: gi: Point of interest or keep inside, gO: Point of no interest or not close, r: New position, P: Position to evaluate within the geo-fence, the process includes the following steps:
1 . Se define la geo-cerca y sus componentes, lo cual incluye la definición de las variables gi y gO, one . The geofence and its components are defined, which includes the definition of the variables gi and gO,
2. Se establece una nueva posición de interés, que seria del tipo r=(x, y) , 2. A new interest position is established, which would be of the type r = (x, y),
3. Se verifica si la posición nueva está dentro de los puntos de interés (gi) en la geo-cerca, que corresponde a P(r, gi), 3. It is verified if the new position is within the points of interest (gi) in the geo-fence, which corresponds to P (r, gi),
4. En caso de que sea S I , se verifica que la posición nueva se encuentra en los puntos de no interés y/o no acercarse (gO) dentro de la geo-cerca, que corresponde a P(r, gO) , este paso se ejecutará por cada gO, 4. If it is YES, it is verified that the new position is at the points of no interest and / or not approach (gO) within the geo-fence, which corresponds to P (r, gO), this step will be run for every gO,
5. En caso de que NO se cumpla la condición en el numeral 4, se procede al paso del numeral 2,  5. In case the condition in section 4 is NOT met, proceed to step 2,
6. En caso de que se cumpla la condición en el numeral 4, se procede a establecer a la geo-cerca como violada, 6. In case the condition in numeral 4 is fulfilled, the geo-fence is established as violated,
7. Se lleva a cabo la acción y respuesta de violación de geo-cerca, que corresponde al apagado del sistema de software y hardware de control de tracción y dirección del vehículo, 7. The geo-fence violation action and response is carried out, which corresponds to the shutdown of the vehicle's steering and traction control software and hardware system,
d . El sistema de medición y reporte hacia la nube de energ ía disponible y temperatura en la batería, recibe información de datos de las variables físicas que se obtienen de los sensores de temperatura, voltaje, corriente y aceleración, de los datos del motor que se obtienen del software y hardware de control de tracción y dirección del veh ículo y los datos de posición del algoritmo de control de posición, información que se transmite a la nube; lo anterior se logra por medio del módulo de SIMCOM que se encarga de conectarse a la nube; donde está habilitado para comunicarse con el bloque de procesamiento principal que es el responsable de procesar la información mediante comunicación serial. 3. La batería inteligente de iones de litio para uso en movilidad pública o privada en vehículos eléctricos de acuerdo con la reivind icación 1 , donde el firmware principal que gestionará la conexión a la nube y la obtención de coordenadas estará embebido en el microcontrolador ATSAM3X8E; el firmware se encarga de enviar las tramas de datos a la plataforma de servicio en la nube y control de los motores mediante la siguiente secuencia de pasos: d. The measurement and reporting system to the cloud of available energy and temperature in the battery receives data information on the physical variables obtained from the temperature, voltage, current and acceleration sensors, from the motor data obtained the vehicle's steering and traction control software and hardware and the position data of the position control algorithm, information that is transmitted to the cloud; This is achieved through the SIMCOM module that is responsible for connecting to the cloud; where it is enabled to communicate with the main processing block that is responsible for processing the information through serial communication. 3. The smart lithium-ion battery for use in public or private mobility in electric vehicles according to claim 1, where the main firmware that will manage the connection to the cloud and obtain coordinates will be embedded in the ATSAM3X8E microcontroller; The firmware is in charge of sending the data frames to the cloud service platform and control of the motors through the following sequence of steps:
a. Se lleva a cabo la inicialización de puertos,  to. Port initialization takes place,
b. Tiempo de espera: el cual debe ser un retardo de 200 ms,  b. Waiting time: which must be a delay of 200 ms,
c. Se realiza la configuración del microcontrolador ATSAM3X8E para la velocidad de protocolos de comunicación,  c. The configuration of the ATSAM3X8E microcontroller is performed for the speed of communication protocols,
d. Se realiza la configuración del módulo de SIMCOM para la velocidad de protocolos de comunicación,  d. Configuration of the SIMCOM module is performed for the speed of communication protocols,
e. Se inicializa el módulo de SIMCOM,  and. The SIMCOM module is initialized,
f. Tiempo de espera: Time out el cual debe ser un retardo de 3 segundos mínimo,  F. Waiting time: Time out which must be a minimum delay of 3 seconds,
g. Se arranca el sistema GPS,  g. The GPS system is started,
h . Se verifica que el sistema GPS se encuentre encendido,  h. It is verified that the GPS system is turned on,
i. En caso de que no se encuentre encendido el sistema GPS, se regresa al paso del numeral g),  i. In case the GPS system is not turned on, it returns to step g),
j. Si el sistema GPS se encuentra encendido, se realiza la lectura de coordenadas iniciales GPS,  j. If the GPS system is turned on, the initial GPS coordinate reading is performed,
k. Tiempo de espera: Time out el cual debe ser un retardo de 3 segundos mínimo,  k. Waiting time: Time out which must be a minimum delay of 3 seconds,
L . Se realiza la petición de una IP por DHCP,  L. The request for an IP is made by DHCP,
m. Se verifica que la petición de la IP sea exitosa,  m. The IP request is verified to be successful,
n . En caso de que la petición de la IP no sea exitosa, se regresa a paso del numeral I),  n. In case the request for the IP is not successful, it is returned to step I),
o. Si la petición de IP fue exitosa, se establece conexión TCP/IP, p. Se hace el envío y solicitud a plataforma de servicio en la nube, q. Se lleva a cabo el algoritmo de geo-cerca que se establece en la reivindicación 2. or. If the IP request was successful, a TCP / IP connection is established, eg. Sending and requesting to the cloud service platform, q. The geo-fence algorithm established in the claim 2.
4. La batería inteligente de iones de litio para uso en movilidad pública o privada en vehículos eléctricos de acuerdo con la reivindicación 1 , el cual incluye un banco de baterías que es capaz de entregar 96v y 40Ah; los 96V entregados por el banco se regulan a 12V por medio de un reductor, de 12V se regula a dos voltajes uno de 5V por medio de un reductor que regula la energía para entregar voltaje que alimenta la circuitería del sistema embebido principal; y otro voltaje de 24V por medio de un incrementador que alimenta a los controladores de los motores; adicionalmente se verifican las lecturas de niveles de voltaje y las lecturas de temperatura para después entrar el sistema de gestión de baterías y de esta manera proteger la circuitería del sistema embebido principal. 4. The smart lithium ion battery for use in public or private mobility in electric vehicles according to claim 1, which includes a battery bank that is capable of delivering 96v and 40Ah; the 96V delivered by the bank are regulated to 12V by means of a reducer, 12V is regulated to two voltages, one of 5V by means of a reducer that regulates the energy to deliver voltage that feeds the circuitry of the main embedded system; and another 24V voltage by means of an incrementer that supplies the motor controllers; Additionally, the voltage level readings and the temperature readings are verified to then enter the battery management system and thus protect the circuitry of the main embedded system.
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