WO2022082328A1 - Un método para monitorear y controlar al menos una batería recargable. una batería recargable. un sistema recargable de suministro de energía - Google Patents

Un método para monitorear y controlar al menos una batería recargable. una batería recargable. un sistema recargable de suministro de energía Download PDF

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Renato Humberto VARGAS DÍAZ
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Definitions

  • the present invention refers to a method for monitoring and controlling the state variables of at least one rechargeable battery, predicting and/or detecting faults and/or operating problems in them, thus allowing the initiation of preventive actions and/or respective corrective measures in one or more of said rechargeable batteries, providing a more precise and real-time monitoring and control of each one of the batteries that make up a battery bank.
  • the method of the invention essentially comprises the steps of measuring the voltage of at least one cell, arranged inside the rechargeable battery, by means of at least one protection and balancing unit, which comprises at least one sensor voltage; measure the current of the at least one cell, by means of the at least one protection and balancing unit, comprising at least one current sensor; measure the temperature of the at least one cell, by means of the at least one protection and balancing unit, comprising at least one temperature sensor; and send from the at least one protection and balancing unit at least one of the data on voltage, current and temperature, to at least one control, monitoring and communication unit.
  • the method comprises determining a state of charge, a state of health, an estimated time of charge, an estimated time of discharge and an estimated time of replacement of the at least one cell, by means of the at least one unit of control, monitoring and communication, using at least one of the voltage, current and temperature data of the at least one cell; store in the at least one control, monitoring and communication unit at least one of the data on voltage, current, temperature, state of charge, state of health, estimated time of charge, estimated time of discharge and estimated time of replacement; send from the at least one control, monitoring and communication unit at least one of the data on voltage, current, temperature, state of charge, state of health, estimated time of charge, estimated time of discharge and estimated time of replacement, to at least one management device; and display at least one of the data on voltage, current, temperature, state of charge, state of health, time estimated charge time, estimated discharge time and estimated replacement time for the at least one cell, by means of at least one display device.
  • the method also comprises comparing, by means of the at least one control, monitoring and communication unit and/or by means of the at least one management device, at least one of the data obtained on voltage, current, temperature, state of charge , health status, estimated charging time, estimated unloading time and estimated replacement time with at least a range of preset values for each of them in the at least one control, monitoring and communication unit and in the at least one management device; assess whether it is appropriate to initiate at least one preventive action and/or one corrective action in the at least one cell, by means of the at least one control, monitoring and communication unit and/or by means of the at least one management device; if applicable, initiate at least one preventive and/or corrective action, carry out said preventive and/or corrective action in the at least one cell through the at least one control, monitoring and communication unit and/or through the at least a management device; and use at least one of the data on voltage, current, temperature, state of charge, state of health, estimated time of charge, estimated time of discharge and estimated time of replacement for the
  • the preventive actions and/or corrective actions that the method can carry out include, among others, regulating the flow of energy that enters or leaves the at least one cell, by means of at least one energy regulating element, comprised of the at least one protection and balancing unit.
  • the invention also relates to a rechargeable battery and a rechargeable power supply system, which implement the method of the invention.
  • Another problem that currently affects battery banks is related to how to maintain the same level of charge in each of them, in order to avoid deterioration or accelerated aging in one or more batteries, which leads to that the useful life of the entire bank is significantly reduced. This is because the batteries with a lower level of charge will cause the rest of the batteries to discharge to compensate for their low level of charge, causing the charge and discharge cycles to be carried out in a different frequency in each of the batteries, which ultimately results in a malfunction of the entire bank. In these cases, the user or maintenance operator must opt for the complete replacement of the bank, since the banks that present these problems end up with practically all their batteries with different levels of aging, making their reuse impossible as a whole.
  • monitoring carried out in real time and individually for each one of the batteries in a battery bank would allow filling information gaps and measuring other variables besides current and voltage, in order to detect in a timely manner and specifies any inconvenience that may be affecting one or more of said batteries, thus helping to take preventive and/or corrective actions for batteries that present problems, not interrupting the operation of the entire bank, maximizing its operating time.
  • a method and system that allows, in addition to monitoring a battery bank, to control each of these batteries that make up the bank, in order to maximize their useful life, by adjusting the state variables.
  • each of the batteries in real time, such as the level of charge or discharge in each of them, in order to maintain the same state of charge and state of health throughout the bank, which would allow all batteries to age at the same speed, said information being available at all times to the user or maintenance operator, without the need for additional equipment arranged externally to the bank.
  • US9979202B2 describes a power control, protection, and management system for an energy storage system, comprising an interface configured to communicate and provide power exchange with a main power system, a local load, and the energy storage system.
  • a processing structure configured to receive signals from the main power system and the energy storage system, to determine a mode of operation of the energy storage system and to provide control, protection and power management to the storage system.
  • the system described by this document differs from the present invention in several aspects, the most relevant being the capacity of each battery to act as an independent entity within the battery bank, without the need for additional external equipment, which allows to monitor and control each one of the batteries in real time, either by means of a monitoring, control and communication unit, arranged in each of them or by means of a management device arranged remotely from the battery bank, which receives all the information on the operation of each of the batteries in the bank.
  • isolation apparatus which includes an isolation circuit comprising multiple semiconductor switches arranged electrically in parallel to isolate, from an electrical system, a plurality of battery cells of a battery capable of providing high levels of current.
  • the apparatus includes a microcontroller operatively coupled to the isolation circuitry, wherein the battery cells are isolated from the electrical system to which the battery is connected when the microcontroller turns off multiple semiconductor switches.
  • the apparatus provides cell balancing, circuit isolation, trace matching, split columns, use of heat-bonded materials, and low-speed switching to provide safety through isolation, equalization, and stress reduction.
  • the invention refers to a method and system for monitoring and controlling the state variables of at least one rechargeable battery, which allows anticipating and/or detecting faults and/or operating problems in it, thus allowing starting the respective preventive and/or corrective actions on one or more of said rechargeable batteries, providing more precise and real-time monitoring and control of each of the batteries that make up a battery bank.
  • the present invention provides a method, battery and system that improves its accuracy in indicating preventive and/or corrective actions over time, thanks to the continuous storage of information and data obtained over time, with which the battery and the system feed back and learn for future indications of preventive and/or corrective actions.
  • the characteristics and advantages mentioned for the present invention allow real-time monitoring of all the variables that affect the operation of a battery, providing vital information to the user or battery maintainer for decision-making regarding the best time to carry out a maintenance, repair or replacement of this, where a fundamental difference between the monitoring and control systems of the state of the art and the present invention is related to the impossibility of the former to be able to individually monitor each battery of a bank of batteries, having to resort to external devices that most of the time only deliver average parameters of the bank but not of each individual battery, making it impossible for the user or maintainer to identify the origin of a fault, which would allow the repair or replacement of only the battery or batteries that present the fault.
  • the method for monitoring and controlling at least one rechargeable battery comprises the following steps:
  • At least one protection and balancing unit comprising at least one voltage sensor
  • the at least one protection and balancing unit comprising at least one current sensor
  • the at least one protection and balancing unit comprising at least one temperature sensor
  • At least one preventive and/or corrective action If it is appropriate to initiate at least one preventive and/or corrective action, carry out said preventive and/or corrective action in the at least one cell through the at least one control, monitoring and communication unit and/or through the al least one management device; and use at least one of the data on voltage, current, temperature, state of charge, state of health, estimated time of charge, estimated time of discharge and estimated time of replacement for the at least one cell, in the evaluation of future actions preventive and/or corrective actions in said at least one cell by the at least one control, monitoring and communication unit and/or by the at least one management device; where initiating at least one preventive action and/or one corrective action at least comprises:
  • the method of the invention is carried out thanks to the protection and balancing unit and the control, monitoring and communication unit, comprised of each of rechargeable batteries in the user's battery bank.
  • This allows real-time measurements of the most important operating variables to be obtained for each of the batteries in the bank. From the variables obtained by the protection and balancing unit, it is possible to determine status parameters of each of the batteries in the bank in real time.
  • All information regarding operating variables and status parameters of each of the batteries is sent by each of the respective control, monitoring and communication units to at least one management device, which can be located in the close proximity or remotely to the battery bank.
  • the control, monitoring and communication unit, as well as the management device are capable of analyzing the operating variables and battery status parameters, comparing the information obtained with pre-established value ranges for each of them, in order to evaluate the need to perform preventive and/or corrective action on the battery.
  • the system has to regulate the energy flow that enters or leaves from the at least one cell, by means of at least one energy regulating element, where the order to vary said energy flow can come from the at least one control, monitoring and communication unit, and/or from the at least one management device.
  • This allows the state of charge to be regulated for each of the batteries in the bank, in order to ensure that all the batteries in said bank are at the same level of charge and state of health, which helps improve performance. of the battery bank, increasing its useful life.
  • a display device which can be arranged in each of the batteries and/or be part of the rechargeable energy supply system of the invention, shows all the information regarding the operating variables of the battery and the parameters status, so that the user of the system knows in real time the status of each of the batteries in the battery bank. Additionally, the management device is capable of displaying the information for each of the batteries in the bank through the display device, as well as additional information on the operation of said bank as a whole, determined through all the information received by of each of the batteries in the bank.
  • the method further comprises emitting an audible alert, by means of at least one audible alarm, in the event that at least one of the data on voltage, current, temperature, estimated charging time and estimated download time are outside of at least one pre-established range for each of them.
  • the sound alarm is located inside each of the bank batteries, where said sound alert allows, in the event of a problem due to an anomaly in the measured operating variables and/or determined status parameters, alert the user and/or people who may be in the vicinity of the battery bank so that they come closer to review the detected situation.
  • the method further comprises sending an alert from the at least one control, monitoring and communication unit and/or from the at least one management device, to the at least one monitoring device. display, in case at least one of the data on voltage, current, temperature, estimated charge time and estimated discharge time is out of at least one preset range for each of them.
  • the control, monitoring and communication unit of each of the batteries, as well as the management device are capable of sending an alert to be viewed by the user or system maintenance operator in the event that an anomaly is detected in the values of one or more of the operating variables and/or the status parameters of certain.
  • this is an advantage over traditional monitoring and control systems, since, in real time, the user or maintenance operator of the system knows the individual status of each of the batteries in the bank, where, when receive an alert from the control, monitoring and communication unit or from the management device, you will immediately know which battery or batteries have problems, being able to take the corresponding measures quickly and efficiently, avoiding having to intervene all the battery bank to find the problem.
  • the method further comprises, in the event that at least one of the data on current, voltage and temperature for the at least one cell is outside the at least one preset range for each of them, cut the connection between the at least one rechargeable battery and the outside, by means of at least one disconnection element, and place the at least one rechargeable battery in a state of alert, by means of the at least one control unit, monitoring and communication and/or by means of at least one management device.
  • regulating the flow of energy entering or leaving the at least one cell, by means of the at least one energy regulating element is carried out between an open and closed state.
  • This embodiment of the invention allows the energy regulator element to act in a binary manner, that is, only allowing two states for energy input or output from the at least one cell, where either there is no input or output of energy, or the flow of energy is not limited in any way to or from the at least one cell.
  • regulating the energy flow that enters or leaves the at least one cell, by means of the at least one energy regulating element is carried out between 0% of the energy flow that in or out at 100% power in or out.
  • the method further comprises, in the event that the data on the state of charge for the at least one cell is below the at least one preset range, during a charging process of the at least one rechargeable battery: increase the flow of energy to the at least one cell in which the data on state of charge is below at least one pre-established range, by means of its at least one energy regulator element.
  • the method further comprises, in the event that the data on the state of charge for the at least one cell is below the at least one preset range, during a charging process of the at least one rechargeable battery: establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; o establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and the at least one management device, so that it establishes communication with at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; o establish a communication, through the management device, between the at least one control, monitoring and communication unit with at least another control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; decrease the flow of energy to the at least one cell in the other rechargeable battery, by means of its at least one energy regulating element; and increase the energy flow towards the at least one cell in which the state of charge data is below the at least one pre-established range, by means of its at least one energy regulator element.
  • the method further comprises, in the event that the data on the state of charge for the at least one cell is within or above the at least one preset range, during a charging process of the at least one rechargeable battery: establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; o establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and the at least one management device, so that it establishes communication with at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; either establish communication, by means of the management device, between the at least one control, monitoring and communication unit with at least another control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; reduce the flow of energy to the at least one cell in which the data on the state of charge are within or above the at least one preset range, by means of its at least one energy regulator element; and increasing the flow of energy to the at least one cell in the other rechargeable battery, by means of its at least one energy regulating element.
  • the last four modalities mentioned for the method of the invention are essential to ensure that the state of charge of each of the batteries in the battery bank is at the same level when the batteries in the bank are in a recharging process of energy, since, in the event that the state of charge of any of the batteries is below a pre-established range or value, for example, the average value of the state of charge of the complete battery bank in real time, the control unit control, monitoring and communication is capable of communicating with other batteries in the bank that are in or above the range or pre-established value for the state of charge, so that said battery or batteries with a higher energy level are configured through orders sent by their respective control, monitoring and communication units to their energy regulator elements to receive a smaller amount of energy per unit of time, thus allowing the battery with lower state of charge receives a greater flow of energy, also thanks to the order sent by its control, monitoring and communication unit to its energy regulator element, in order to ensure that they all have the same level of state of charge.
  • control, monitoring and communication unit of the battery that finds a state of charge lower than the value or range established, communicates with the device of management, so that it is the one that locates the battery or batteries that have a state of charge in or above the established range, in order to order them to reduce the flow of energy they receive, thus increasing the flow of energy to the battery with a lower state of charge in the manner detailed above, until all are within the established range, so that the entire bank can maintain the same state of charge at all times.
  • the four modalities just described also allow the possibility that the management device directly detects the need to regulate the charge in one or more cells in one or more of the batteries of the bank, said element establishing the communication between the respective control, monitoring and communication units that must give orders to regulate the flow of energy they receive.
  • the method further comprises, in the event that the data on the state of charge for the at least one cell is below the at least one preset range, during a discharge process of the at least one rechargeable battery: decrease the flow of energy that is discharged from the at least one cell in which the data on state of charge is below at least one pre-established range, through its at least one energy regulator element.
  • the method further comprises, in the event that the data on the state of charge for the at least one cell is below the at least one preset range, during a discharge process of the at least one rechargeable battery: establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; o establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and the at least one management device, so that it establishes communication with at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; o establish a communication, through the management device, between the at least one control, monitoring and communication unit with at least another control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; increase the flow of energy that is discharged from the at least one cell in the other rechargeable battery, by means of its at least one energy regulating element; and reduce the flow of energy that is discharged from the at least one cell in which the data on the state of charge is below the at least one preset range, by means of its at least one energy regulator
  • the method further comprises, in the event that the data on the state of charge for the at least one cell is within or above the at least one preset range, during a discharge process of the at least a rechargeable battery: establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; o establish communication between the at least one control, monitoring and communication unit and the at least one management device, so that it establishes communication with at least one other control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; establish communication, by means of the management device, between the at least one control, monitoring and communication unit with at least another control, monitoring and communication unit associated with another rechargeable battery; increase the flow of energy that is discharged from the at least one cell in which the data on the state of charge is within or above the at least one preset range, by means of its at least one energy regulator element; and decrease the flow of energy that is discharged from the at least one cell in the other rechargeable battery, by means of its at least one
  • the last four modalities of the invention point to the balance of charges between the batteries of the battery bank when it is in a discharge process, for which the method works in a similar way to that mentioned for the case when the bank is in a loading process, also having the advantages already mentioned for said case in which the bank is being loaded.
  • the method further comprises, in the event that the data on state of charge for the at least one cell is at its maximum value, stopping the flow of energy to the at least one cell , by at least one power regulator element. This mode allows the battery to no longer receive power, which can be used for other batteries that are not yet fully charged.
  • the method further comprises, in the event that the data on state of charge for the at least one cell is at or below a minimum value, stopping the flow of energy that is discharge from the at least one cell, by means of the at least one energy regulating element.
  • the method further comprises, in the event that the data on state of charge for the at least one cell is at or below the minimum value, emitting an audible alert through the at least an audible alarm.
  • the method further comprises, in the event that the data on state of charge for the at least one cell is at or below the minimum value, sending an alert from the at least one control, monitoring and communication unit and/or from the at least one management device, to the at least one display device.
  • the two modalities just described allow the user or operator maintaining the battery bank to know in real time if one or more of the batteries has reached a minimum charge level, so that they can check if the causes of said low level of energy are due to a drop in the production of electrical energy in the source that recharges the batteries, to an overconsumption by the sources fed by the battery bank or to a failure in the bank.
  • the method further comprises, in the event that the health status data for the at least one cell is below the at least one pre-established range, reducing charge/discharge cycles in the at least one cell, through the at least one control, monitoring and communication unit and/or through the at least one management device, until the health status data for the at least one cell is within the at least one pre-established range.
  • the method further comprises, in the event that the health status data for the at least one cell is above the at least one preset range, increasing the charge/discharge cycles in the at least one cell, through the at least one control, monitoring and communication unit and/or through the at least one management device, until the data on health status for the at least one cell is within the at least a preset range.
  • the method further comprises, in the event that the health status data for the at least one cell is at or below a minimum value, emitting an audible alert by means of the al least one audible alarm.
  • the method further comprises, in the event that the health status data for the at least one cell is at or below its minimum value, sending an alert from the at least a control, monitoring and communication unit and/or from the at least one management device, to the at least one display device indicating the need for review for the at least one cell.
  • the method further comprises, in the event that the health status data for the at least one cell is at or below its minimum value, stopping the flow of energy received or discharge from the at least one cell, by means of the at least one energy regulator element, and place the at least one at least one rechargeable battery in a state of alert, by means of the at least one control, monitoring and communication unit and/or by means of the at least one management device.
  • the method further comprises, in the event that the data on the estimated replacement time for the at least one cell is below the at least one pre-established range, decreasing some charge/charge cycles. discharge in the at least one cell until the data on the estimated replacement time for the at least one cell are within at least one pre-established range, through the at least one control, monitoring and communication unit and/or through the at least a management device.
  • the method further comprises, in the event that the data on the estimated replacement time for the at least one cell is above the at least one pre-established range, increasing some charge cycles/ discharge in the at least one cell until the data on the estimated replacement time for the at least one cell are within at least one pre-established range, through the at least one control, monitoring and communication unit and/or through the at least a management device.
  • the method further comprises, in the event that the data on the estimated replacement time for the at least one cell is at or below a minimum value, emitting an audible alert by means of the at least one audible alarm
  • the method further comprises, in the event that the data on estimated replacement time for the at least one cell is at or below its minimum value, sending an alert from the to the least one control, monitoring and communication unit and/or from the at least one management device, to the at least one display device indicating the need for replacement for the at least one cell
  • Knowing the estimated replacement time for each of the batteries that make up a battery bank allows the user or maintenance operator of the battery bank to batteries know immediately if one or more batteries in the bank need to be replaced, thus reducing the time that the bank's energy storage capacity is affected, thanks to the fact that necessary replacements can be carried out quickly.
  • the method further comprises, in the event that the data on estimated replacement time for the at least one cell is at or below its minimum value, stopping the flow of energy that is received or discharged from the at least one cell, through the at least one energy regulator element, and place the at least one at least one rechargeable battery in a state of alert, through the at least one control unit, monitoring and communication and/or by means of the at least one management device.
  • the method further comprises measuring the impedance of the at least one cell, by means of the at least one protection and balancing unit, comprising at least one impedance sensor.
  • the method further comprises measuring the humidity outside the at least one cell, by means of the at least one protection and balancing unit, comprising at least one humidity sensor.
  • the method further comprises measuring the salinity outside the at least one cell, by means of the at least one protection and balancing unit, comprising at least one salinity sensor.
  • At least one of the steps of determining a state of charge, determining a state of health, determining an estimated time of charge, determining an estimated time of discharge, and determining an estimated time replacement, for the at least one cell by means of the at least one control, monitoring and communication unit, it also comprises using at least one of the impedance, humidity and salinity data of the at least one cell.
  • the method further comprises measuring the vibrations in the rechargeable battery, by means of a vibration sensor. This allows each of the batteries to be monitored in case they suffer a fall, an object falls on them or they have an unexpected displacement.
  • the method further comprises monitoring the position of the rechargeable battery, by means of a locator element, which allows the user or maintenance operator to know the location of each of the batteries in the bank, in case one or more of them are stolen by a third party.
  • the method further comprises measuring the pressure inside the rechargeable battery, by means of a pressure sensor.
  • a pressure sensor In some occasions, due to a malfunction of the battery, there may be generation or leakage of gases from the cells, which can increase the pressure inside the battery, which is generally hermetically sealed. This can be dangerous and could cause the battery to explode. For this reason, it is important to have a pressure sensor that monitors this condition in each of the banks' batteries.
  • the method further comprises monitoring the opening and closing of an external casing of the rechargeable battery, by means of an opening sensor. This allows only authorized personnel to have access to the interior of the batteries in the battery bank, to carry out maintenance and/or repair tasks.
  • the method further comprises comparing at least one of the data obtained on vibrations, position, pressure and opening and closing of the external casing with at least one range of preset values for each of them in the at least one control and monitoring unit and in the at least one management device.
  • the method further comprises, in the event that one or more of the data on vibrations, position, pressure and opening and closing of the external casing are outside the at least one range of values preset for each of them, emit an audible alert through at least one audible alarm.
  • the method further comprises, in the event that one or more of the data on vibrations, position, pressure and opening and closing of the external casing are outside of at least one range of values preset for each of them, send an alert from the at least one control, monitoring and communication unit to the at least one display device.
  • an alert from the at least one control, monitoring and communication unit to the at least one display device.
  • Being able to have audible alerts or through the display device allow the user or maintenance operator to know immediately in the event that something unexpected happens with one or more of the batteries in the battery bank, allowing immediate action to be taken in if necessary, for example, in the event of theft of one or more batteries by a third party or in the event that any of them is at risk of causing an accident.
  • a rechargeable battery comprising:
  • connection elements - at least two connection elements
  • At least one protection and balancing unit comprising:
  • the battery further comprises at least one display device.
  • the display device is located in the outer casing of the rechargeable battery.
  • the at least one protection and balancing unit also comprises at least one disconnection element.
  • the battery also comprises at least one audible alarm.
  • the battery further comprises at least one impedance sensor.
  • the battery further comprises at least one humidity sensor.
  • the battery further comprises at least one salinity sensor.
  • the at least one protection and balancing unit and the at least one control, monitoring and communication unit carry out data communications through cables.
  • the at least one protection and balancing unit and the at least one control, monitoring and communication unit carry out data communications through wireless networks 3G, 4G, 5G, Bluetooth, infrared , radio frequency, NFC, Wifi, LoRa, LoRaWan or any other network that allows wireless communication.
  • the last two modalities of the invention allow the user or maintenance operator of the battery bank to obtain and view the data and parameters of said bank, either through cables, which could be useful for banks of reduced size or located in areas where wireless communication is not possible, or through wireless networks, which is useful if you have a bank made up of a large number of batteries, where the use of cables is not feasible .
  • the possibility of sending the data and parameters obtained for each of the batteries in the bank through wireless networks is a feature that is not present in practically any of the existing batteries in the state of the art, where, those that do have this wireless communication capacity can only do so for a limited number of batteries, given the energy consumption that this form of communication implies, generally through GPRS and GSM networks.
  • the present invention solves this problem through the use of wireless communication media that consume much less energy, such as LoRa, LoRaWan or radiofrequency, which are also much cheaper. This is fundamental in batteries that work by accumulating solar energy, where the maximum accumulation capacity of the generation systems must be used.
  • the battery further comprises at least one vibration sensor.
  • the battery further comprises at least one locator element.
  • the battery further comprises at least one pressure sensor.
  • the battery further comprises at least one opening sensor.
  • At least one of the impedance sensor, the humidity sensor, the salinity sensor, the vibration sensor, the locator element and the pressure sensor is comprised of at least one protection and balancing unit.
  • At least one of the impedance sensor, the humidity sensor, the salinity sensor, the vibration sensor, the locator element and the pressure sensor is comprised of at least one unit of sensors.
  • a rechargeable energy supply system comprising:
  • the present invention through its different preferred configurations, is not only capable of anticipating and detecting failures in the operation of one or more batteries, but also has the ability to manage or administer energy in each of them, that is, decide whether or not energy should be supplied, how much energy should be delivered, for how long energy should be delivered, at what rate energy should be delivered, etc. .
  • These characteristics associated with the management or administration of energy in each of the batteries of the battery bank is a key difference in relation to the Battery Management System (BMS) that some of the current solutions implemented in battery banks have. batteries, which, although they have the capacity to monitor a limited number of batteries and communicate the information to a centralized management system, they are not capable of managing the energy in each of the batteries they are monitoring.
  • BMS Battery Management System
  • Said control in the management of energy in each of the batteries of the bank depends on mathematical algorithms that allow the system to learn from the conditions of the environment in which it is operating, feeding on the information collected through learning functions of machines, making the system more robust and efficient in its operation as time goes by.
  • This allows the system, for the case mentioned in which the battery bank is directly connected to the electrical network, or in the case in which it is only supplying energy to loads, or in the case that the system is operating in a system mixed, supply different amounts of energy, depending on the requirements and/or utilities to be maximized by energy delivery.
  • the user could indicate to the system the specific hours of the day in which the bank should dedicate itself to storing energy, or to store or discharge in percentages. during certain periods of time or at some specific time, or that sends pulses of energy in a certain time range, indicating the type of pulse, which could be increasing, decreasing or sinusoidal or other waveform.
  • the modalities of the present invention allow the connection of batteries with different useful lives (state of health or longevity), since the system has the capacity to regulate the charge/discharge cycles of each of the batteries.
  • batteries connected to the bank from the energy management that is carried out through the management device and/or through the protection and balancing unit of each of the batteries.
  • This is not a minor characteristic of the present invention, given that batteries with different longevity states are never installed in current battery banks, since in this case some batteries will end their useful life before others, and the user will have to identify them once. for one, which implies using large amounts of resources and time.
  • the method and system of the invention make it possible to increase the useful life of the battery bank, mainly for the same reason explained above, thanks to which it is possible to maintain all the batteries in the bank with the same state of health, life useful or longevity, thus maximizing the useful life of the complete battery bank, since the system will regulate the charge/discharge cycles of all the batteries so that they end their useful life at the same time, not happening the phenomenon that occurs in current battery banks, where, despite having control devices or systems, the batteries begin to end their useful life at different times, causing the entire bank to end its useful life earlier than expected.
  • the configurations presented allow the performance of the battery bank to be increased, compared to current battery banks, since each of the batteries in the bank has the ability to regulate the charge/discharge rate to balance their charge states at the same value, thus allowing the battery bank to be used at its maximum operating capacity. If this function were not present and there were some batteries with different states of charge, the capacity of the bank would not be the same as that specified by the manufacturer or installer, since it is conditioned by the state of charge of the batteries. more unbalanced, thus affecting the total capacity of the system and generating accelerated aging in some batteries. The consequence of this is that the user would not make the most of the bank's storage capacity, leading to economic losses due to the need to install oversized banks to cover the loss of performance.
  • the method and system of the invention make it possible to make mega-industrial capacity battery banks (hundreds of batteries) using smaller batteries, suitable both for use in industrial-type systems and for smaller home-type systems.
  • the present invention provides a method and system for monitoring and controlling the state variables of at least one rechargeable battery in a battery bank, which allows predicting and/or detecting faults and/or operating problems in them. , thanks to a more precise and real-time monitoring and control than that offered by the solutions currently available in the state of the art, in addition to keeping each of the batteries in the bank operating in ideal conditions, thus maximizing the life use of the complete battery bank, which is capable of always operating at its maximum capacity.
  • Figure 1 shows the layout of a battery bank control and monitoring system, according to the state of the art.
  • Figure 2 shows problems associated with the control and monitoring system of Figure 1.
  • Figure 3 shows a first solution to problems presented in battery bank control and monitoring systems, according to the state of the art.
  • Figure 4 shows a second solution to problems presented in battery bank control and monitoring systems, according to the state of the art.
  • Figure 5 shows a schematic of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 6 shows a first operating scheme of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the battery. invention.
  • Figure 7 shows a second operating scheme of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 8 shows a third operating scheme of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 9 shows a fourth operation scheme of the control and monitoring system of a bank of rechargeable batteries, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 10 shows a fifth operating scheme of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 11 shows a sixth operation scheme of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 12 shows an isometric view of the rechargeable battery, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 13 shows an internal view of the rechargeable battery, according to a preferred configuration of the invention.
  • Figure 1 shows a scheme of a solution currently used in the industry, which essentially corresponds to the use of conventional equipment, such as inverters or charge regulators, which have with the ability to measure in real time some variables of a group of batteries, such as voltage and current, in addition to being able to estimate others, such as temperature, state of charge, state of health and charging/discharging times of the battery group.
  • Some of these computers can also be remotely monitored via a wired or wireless connection.
  • the cost of these devices grows exponentially and they have certain limitations, since they are closed systems that work with equipment, accessories, or batteries from the same manufacturers, where the configuration and enabling of monitoring is not easy to do. by people who are not experts in the field. For this reason, remote monitoring is generally not implemented since it is a high-cost solution and also requires technical knowledge to enable it.
  • FIG. 2 it aims to visualize one of the problems of current control and monitoring systems, aimed at misinterpreting data and identifying problems.
  • the problem with measuring and estimating the state variables of an energy storage system is that information is usually obtained about a set of batteries and not about each one specifically. This is highly relevant since a misinterpretation can be generated in the data reading, due to the variability in the operation of each one of the batteries, and, depending on the configuration of the connections, the bank may be conditioned to the link weakest in the chain.
  • Figure 3 shows a solution to the problems presented in battery bank control and monitoring systems, according to the state of the art.
  • a battery-based energy storage system if there is a problem with a battery-based energy storage system, if specialized equipment or instruments are not available, it is need to investigate the source of the problem.
  • one of the most common ways is the electrical and physical inspection of each of the batteries. This is done manually one by one with a voltmeter or other hand tool, which allows general voltage measurements to be made and to sense that there is a problem.
  • this battery-by-battery physical inspection solution can be time consuming, high cost, and require field staff. Depending on the size of the battery bank, this task is tedious and lengthy, so costs are incurred not only for the inspection itself, but also for extended system downtime.
  • figure 4 shows another solution to the problems presented in battery bank control and monitoring systems, according to the state of the art.
  • the use of highly specialized and high-end equipment that is normally only found in the photovoltaic industry. For this reason, these equipments are expensive, not only because of their high degree of specialization, but also because of their installation cost, since they need to be wired to each of the batteries, implying an extensive installation time and professional electrical planning, because it is essential to strategically organize the large distribution of cables and conductors that will be obtained when using this system, since there could be tens or hundreds of batteries for each bank.
  • this type of solution has another major physical problem, which is related to the fact that only a certain number of batteries can be connected to a single piece of equipment, having to acquire several more if you want to monitor the status variables of all the batteries. of a battery bank, making this solution economically impossible.
  • figure 5 shows a diagram of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • the proposed solution consists of a system that provides batteries that have the ability to be monitored and controlled remotely or autonomously through machine learning or artificial intelligence techniques, which has a series of associated benefits, according to what is mentioned below. throughout this specification.
  • the batteries that make up the bank have the capacity to store information, or to send this information to an external management system to be stored and viewed by a user or maintenance operator through a display device, such as a smartphone. , a computer, a tablet, etc.
  • Figure 6 shows one of the operating modes of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention. Being able to count on the detail of the status of the operating variables of each of the batteries in a bank individually allows a problem to be identified in a timely manner, saving significant costs and time in said identification task, solving the problem or malfunction. quickly and accurately.
  • the intelligent system provides tools that allow identifying what, how, when, where and why a malfunction or problem occurred in one or more batteries of the bank.
  • the batteries of the present invention can communicate wirelessly, through a data cloud or other means, allowing their operating parameters to be displayed on different devices, giving rise to new business opportunities such as comprehensive energy storage service (monitoring, maintenance, etc.).
  • FIG. 7 shows another mode of operation of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention.
  • the batteries of the present invention have a control system, operated through the protection and balancing device, which allows regulating the energy that enters or leaves them independently, which entails several benefits in terms of efficiency and functionality. For example, it is possible to cut off the supply remotely, for security reasons, when some parameter is out of the desired.
  • Algorithms for regulating the flow of energy can also be configured according to what is deemed convenient, for example, with the variation in the price of electricity, or during specific times of the day, allowing the batteries to be charged or discharged in a particular time, in a desired way and at a desired rate, thus having a absolute control of the battery bank. It should be noted that this control system can be managed remotely through the management device or autonomously by each of the bank's batteries through the control, monitoring and communication device of each of them.
  • FIG. 8 shows an additional mode of operation of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention. Thanks to the fact that the batteries of the present invention have the ability to control and regulate the incoming or outgoing energy in each of them individually and because they also have the ability to communicate the state of charge of each one, either between batteries or through the management device, it is possible for the entire battery bank to balance the state of charge of all its batteries. This is achieved by speeding up the upload/download process of some, while slowing down others.
  • the advantage of having a balanced battery bank at all times is that in this way there are no weak links that condition the operation of the bank, taking advantage of the maximum capacity of all the batteries, not limiting the bank to the remaining energy of which is in a more critical state.
  • figure 9 shows an additional mode of operation of the control and monitoring system of a bank of rechargeable batteries, according to a preferred configuration of the invention.
  • the battery bank since it is possible to control or regulate the incoming or outgoing energy for each battery individually and because they also have the ability to communicate the state of charge of each one, either between batteries or through the management device , it is possible for the battery bank to balance the health status of all its batteries. This is achieved by accelerating the charge/discharge process of some, while slowing down others, in order to increase or decrease charge/discharge cycles and, consequently, their state of health.
  • the advantage of having a balanced battery bank is that there are no weak links that condition the operation of the bank, thus taking advantage of the maximum useful life of all the batteries, not limiting itself to the one with the shortest useful life. This allows the battery bank to have a longer useful life and the corresponding replacements to be carried out. uniformly, thus being able to schedule a single scheduled maintenance or replacement for the entire bank and not individually or by battery groups, reducing system downtime.
  • figure 10 shows another additional mode of operation of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention. It shows that, since the connectivity is wireless, there is the possibility of scaling the solution in an unlimited way, unlike other devices that can solve the problem with cables, which have a clear physical and electronic limitation, due to the number of devices that are capable of monitoring simultaneously.
  • this shows another additional mode of operation of the control and monitoring system of a rechargeable battery bank, according to a preferred configuration of the invention. Thanks to the possibility of storing historical data regarding the operating parameters of all the batteries in a battery bank, it is possible to use advanced analysis and prediction tools associated with machine learning algorithms, in order to predict when it will be necessary to carry out a maintenance and thus be able to schedule system maintenance in advance. This has great benefits when it comes to anticipating the customer when the maintenance will be carried out, ensuring that his battery bank is always operational. In addition, it allows companies to efficiently manage the resources available for maintenance operations and activities associated with them.
  • FIGS. 12 and 13 show different views of the rechargeable battery of the invention, where, in figure 12, an isometric view of the rechargeable battery (10) is observed, which mainly comprises an outer casing (12) and at least two connection elements (1 1), such as terminals.
  • the rechargeable battery (10) comprises at least one cell (13), such as a lithium cell or other material that allows energy storage, a protection and balancing device (14 ), which in turn comprises a voltage sensor, a current sensor and a temperature sensor.
  • the rechargeable battery (10) comprises a control, monitoring and communication device (15) and may optionally include an audible alarm (17) and a sensor unit (16), which may comprise at least one impedance sensor, a humidity sensor, a salinity sensor, a vibration sensor, a locator element and a pressure sensor.

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Abstract

Método para monitorear y controlar al menos una batería recargable, que comprende las etapas de: medir el voltaje de al menos una celda, dispuesta al interior de la batería recargable, mediante al menos una unidad de protección y balanceo; medir la corriente de la al menos una celda; medir la temperatura de la al menos una celda; enviar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente y temperatura, hacia al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación; determinar un estado de carga de la al menos una celda; determinar un estado de salud de la al menos una celda; determinar un tiempo estimado de carga de la al menos una celda; determinar un tiempo estimado de descarga de la al menos una celda; determinar un tiempo estimado de recambio de la al menos una celda; almacenar en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos obtenidos; enviar desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos obtenidos; visualizar al menos uno de los datos obtenidos, mediante al menos un dispositivo de visualización; comparar al menos uno de los datos obtenidos con al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos; evaluar si corresponde iniciar al menos una acción preventiva y/o una acción correctiva en la al menos una celda; en caso de corresponder iniciar al menos una acción preventiva y/o correctiva, llevar a cabo dicha acción preventiva y/o correctiva; y utilizar al menos uno de los datos obtenidos en la evaluación de futuras acciones preventivas y/o correctivas.

Description

UN MÉTODO PARA MONITOREAR Y CONTROLAR AL MENOS UNA BATERÍA RECARGABLE. UNA BATERÍA RECARGABLE. UN SISTEMA RECARGABLE DE SUMINISTRO DE ENERGÍA.
MEMORIA DESCRIPTIVA
[0001] La presente invención se refiere a un método para monitorear y controlar las variables de estado de al menos una batería recargable, prediciendo y/o detectando fallas y/o problemas de funcionamiento en ellas, permitiendo de esta forma el inicio de acciones preventivas y/o correctivas respectivas en una o más de dichas baterías recargables, proporcionando un monitoreo y control más preciso y en tiempo real de cada una las baterías que componen un banco de baterías.
[0002] En este sentido, el método de la invención comprende esencialmente las etapas de medir el voltaje de al menos una celda, dispuesta al interior de la batería recargable, mediante al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de voltaje; medir la corriente de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de corriente; medir la temperatura de la al menos una celda, mediante la al menos un unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de temperatura; y enviar desde la al menos una unidad de protección y balanceo al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente y temperatura, hacia al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación.
[0003] Además, el método comprende determinar un estado de carga, un estado de salud, un tiempo estimado de carga, un tiempo estimado de descarga y un tiempo estimado de recambio de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda; almacenar en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio; enviar desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio, hacia al menos un dispositivo de gestión; y visualizar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio para la al menos una celda, mediante al menos un dispositivo de visualización.
[0004] El método también comprende comparar, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, al menos uno de los datos obtenidos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio con al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y en el al menos un dispositivo de gestión; evaluar si corresponde iniciar al menos una acción preventiva y/o una acción correctiva en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión; en caso de corresponder iniciar al menos una acción preventiva y/o correctiva, llevar a cabo dicha acción preventiva y/o correctiva en la al menos una celda mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión; y utilizar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio para la al menos una celda, en la evaluación de futuras acciones preventivas y/o correctivas en dicha al menos una celda por parte de la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o por parte del al menos un dispositivo de gestión.
[0005] Las acciones preventivas y/o acciones correctivas que el método puede llevar acabo comprenden, entre otras, regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante al menos un elemento regulador de energía, comprendido por la al menos una unidad de protección y balanceo.
[0006] La invención también se refiere a una batería recargable y a un sistema recargable de suministro de energía, que implementan el método de la invención.
ANTECEDENTES
[0007] Hoy en día, una de las soluciones habituales en industrias que producen y/o se abastecen mediante energías renovables tiene relación con el empleo de acumuladores eléctricos compuestos de una o más baterías recargables para almacenar dicha energía renovable, dada su simplicidad en la implementación y su costo. Durante las últimas décadas las baterías comúnmente utilizadas para este tipo de soluciones han sido las de ciclo profundo. Sin embargo, en la actualidad, nuevas tecnologías están surgiendo, las cuales cada vez son menos costosas en comparación con las soluciones habituales, en donde las baterías en base a celdas de litio se han logrado posicionar de forma competitiva en el mercado de las baterías recargables y en el de las energías renovables, capturando un gran porcentaje de este.
[0008] En este sentido, tanto las baterías de litio como las tradicionales de plomo tienen sólo como funcionalidad principal el almacenamiento de energía, por lo que cualquier otra funcionalidad que se le quiera entregar debe ser adicionada al exterior de esta, ya sea mediante equipos o instrumentación.
[0009] Esto provoca que las soluciones actuales de baterías recargables presenten varias problemáticas cuando se configuran en bancos, las que hasta el momento no han podido ser resueltas de manera satisfactoria. Una de ellas tiene relación con la imposibilidad de monitorear y controlar el funcionamiento de cada una de las baterías del banco de manera individual, en donde las soluciones actuales sólo proporcionan la posibilidad de monitorear una cierta cantidad de baterías del banco y/o de obtener parámetros de funcionamiento promedio para el banco completo, mediante equipos adicionales que se conectan al banco de baterías a través de cables usualmente. Esto impide al usuario u operario mantenedor conocer el estado de cada una de las baterías del banco, por lo que, en caso de ocurrir un problema en el funcionamiento de una o más de las baterías del banco, este no podrá tener la información acerca de cuál es la batería o baterías afectadas por el problema, contando sólo con información parcial acerca del funcionamiento del banco completo. En estas situaciones el usuario tiene la posibilidad de revisar una por una las baterías del banco, sin embargo, en situaciones donde el banco cuenta con cientos de baterías esta opción no es viable debido a la cantidad de tiempo, recursos humanos y dinero que implica dicha revisión. Por lo tanto, el usuario debe optar finalmente por el reemplazo del banco de baterías completo, lo cual resulta ser más económico que realizar costosas revisiones.
[0010] Otra problemática que afecta a los bancos de batería en la actualidad tiene relación con cómo mantener el mismo nivel de carga en cada una de ellas, de manera de evitar el deterioro o envejecimiento acelerado en una o más baterías, lo cual conlleva a que la vida útil del banco completo se vea reducida de manera importante. Esto, debido a que las baterías con un menor nivel de carga harán que el resto de baterías se descarguen para compensar su bajo nivel de carga, provocando que los ciclos de carga y descarga se lleven a cabo en una frecuencia distinta en cada una de las baterías, lo que finalmente se traduce en un mal funcionamiento del banco completo. En estos casos, el usuario u operario mantenedor debe optar por el recambio completo del banco, dado que los bancos que presentan estos problemas terminan con prácticamente todas sus baterías con distintos niveles de envejecimiento, haciendo imposible su reutilización en conjunto.
[001 1] Si bien existen equipos externos que se encargan del control de carga en los bancos de baterías actuales, estos sólo son capaces de monitorear una cantidad limitada de baterías, debido a que la mayoría de estos equipos opera a través de conexiones mediante cables a las baterías, no siendo capaces, por tanto, de monitorear bancos que cuenten con decenas o cientos de baterías, tal como los bancos utilizados en la industria de energías renovables (decenas y centenas de bancos), lo cual provoca que se tenga un control parcial del banco, ya que la posibilidad de cablear el banco completo para colocar múltiples controladores de carga no es viable dada la extensión de cables que tendría que utilizarse a través del banco, lo cual dificulta la instalación, operación y mantención de las baterías, además de aumentar los riesgos de accidentes.
[0012] Por lo tanto, un monitoreo realizado en tiempo real y de forma individual para cada una de las baterías de un banco de baterías permitiría completar huecos de información y medir otras variables además de corriente y voltaje, de manera de detectar de forma oportuna y precisa cualquier inconveniente que pueda estar afectando a una o más de dichas baterías, ayudando así en la toma de acciones preventivas y/o correctivas para las baterías que presenten problemas, no interrumpiendo el funcionamiento del banco completo, maximizando su tiempo de operación. Además, existe la necesidad de contar con un método y sistema que permita, además de monitorear un banco de baterías, controlar cada una de estas baterías que conforman el banco, de manera de maximizar su vida útil, mediante el ajuste de las variables de estado en cada una de las baterías en tiempo real, tales como el nivel de carga o descarga en cada una de ellas, de forma de mantener el mismo estado de carga y estado de salud en todo el banco, lo cual permitiría que todas las baterías envejezcan a una misma velocidad, estando dicha información disponible en todo momento para el usuario u operario mantenedor, sin la necesidad de contar con equipos adicionales dispuestos de manera externa al banco.
[0013] En el ámbito de las patentes también existen soluciones que apuntan al monitoreo y control de bancos de baterías. Por ejemplo, la patente estadounidense US9979202B2 describe un sistema de control, protección y administración de energía para un sistema de almacenamiento de energía, que comprende una interfaz configurada para comunicarse y proporcionar intercambio de energía con un sistema de energía principal, una carga local y el sistema de almacenamiento de energía. Además, comprende una estructura de procesamiento configurada para recibir señales desde el sistema de energía principal y el sistema de almacenamiento de energía, para determinar un modo de operación del sistema de almacenamiento de energía y para proporcionar control, protección y administración de energía al sistema de almacenamiento de energía. En este sentido, el sistema descrito por este documento difiere de la presente invención en varios aspectos, siendo los más relevantes la capacidad de cada batería para actuar como un ente independiente dentro del banco de baterías, sin la necesidad de equipamiento externo adicional, lo cual permite monitorear y controlar cada una de las baterías en tiempo real, ya sea mediante una unidad de monitoreo, control y comunicación, dispuesta en cada una de ellas o mediante un dispositivo de gestión dispuesto de manera remota al banco de baterías, que recibe toda la información de funcionamiento de cada una de las baterías del banco.
[0014] Otro ejemplo es el divulgado en la patente US9640843B2, que describe un aparato de aislamiento, que incluye un circuito de aislamiento que comprende múltiples interruptores semiconductores dispuestos eléctricamente en paralelo para aislar, de un sistema eléctrico, una pluralidad de celdas de batería de una batería capaz de proporcionar altos niveles de corriente. El aparato incluye un microcontrolador acoplado operativamente al circuito de aislamiento, en el que las celdas de la batería están aisladas del sistema eléctrico al que está conectada la batería cuando el microcontrolador apaga los conmutadores de semiconductores múltiples. El aparato proporciona equilibrio de celdas, aislamiento de circuitos, correspondencia de trazas, columnas divididas, uso de materiales unidos por calor y conmutación de baja velocidad para brindar seguridad a través del aislamiento, la ecualización y la reducción de tensiones.
[0015] En este caso, una vez más la diferencia que existe entre la presente invención y el sistema de gestión de baterías descrito en el documento US9640843B2 radica en la no utilización de aparatos o sistemas externos a las baterías para la realización de las tareas de monitoreo y control, ya que cada una de ellas cuenta con los medios necesarios para monitorear y controlar sus variables de funcionamiento en tiempo real, de manera de optimizar la operación y vida útil del banco completo, ya sea por a través de cada una de las baterías o mediante un sistema de gestión dispuesto de manera remota al banco de baterías, que recibe toda la información de funcionamiento de cada una de las baterías del banco. Además, en el sistema descrito por la patente US9640843B2 los aparatos se deben conectar al banco mediante cables, dado que no es posible que las baterías envíen la información sobre sus parámetros de funcionamiento de manera inalámbrica, lo cual encarece la instalación, así como también limita la cantidad de baterías que pueden ser conectadas al sistema de gestión. Finalmente, otra diferencia importante entre la presente invención y el documento US9640843B2 tiene relación con la forma de controlar el flujo de energía, en donde dicho documento sólo tiene la capacidad de cortar el flujo de energía desde o hacia una batería, no así en la presente invención, en donde cada batería puede regular el nivel de flujo de energía que entra o sale de esta, además de tener la posibilidad de cortar completamente el flujo de energía en caso de ser necesario. Esta diferencia es muy importante, ya que permite a la invención proporcionar una capacidad de control mucho mayor, en comparación con las soluciones existentes, las cuales sólo proveen de un control binario, en donde existe o no existe flujo de batería desde o hacia la batería controlada, sin la capacidad de regulación.
[0016] Por lo tanto, resulta necesario contar con un método y sistema que no sólo sea capaz de monitorear el funcionamiento de un número limitado de baterías dentro de un banco, sino que tenga la capacidad de monitorear y controlar a cada una de las baterías del banco de manera particular y en tiempo real, sin la necesidad de contar con aparatos o sistemas externos, permitiendo al usuario u operario mantenedor detectar tempranamente cualquier problema que indique la necesidad de realizar un mantenimiento y/o reparación en una o más baterías del banco. Además, se hace necesario contar con un método y sistema que pueda controlar las variables de funcionamiento de cada una de las baterías de un banco, ya sea mediante órdenes ejecutadas a través de cada una de las baterías o recibidas de manera externa por un sistema remoto de gestión, que permita mantener dentro de rangos normales de operación cada una de las variables de funcionamiento en cada una de las baterías, maximizando de esta forma la vida útil del banco completo. Esta y otras ventajas asociadas con aspectos adicionales de la tecnología son descritas en mayor detalle a continuación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
[0017] La invención se refiere a un método y sistema para monitorear y controlar las variables de estado de al menos una batería recargable, lo cual permite anticipar y/o detectar fallas y/o problemas de funcionamiento en ella, permitiendo de esta forma iniciar las acciones preventivas y/o correctivas respectivas en una o más de dichas baterías recargables, proporcionando un monitoreo y control más preciso y en tiempo real de cada una las baterías que componen un banco de baterías.
[0018] Además, la presente invención proporciona un método, batería y sistema que va mejorando su precisión en la indicación de acciones preventivas y/o correctivas en el tiempo, gracias al almacenamiento continuo de la información y de los datos obtenidos en el tiempo, con lo cual la batería y el sistema se retroalimentan y aprenden para futuras indicaciones de acciones preventivas y/o correctivas.
[0019] Las características y ventajas mencionadas para la presente invención permiten el monitoreo en tiempo real de todas las variables que inciden en el funcionamiento de una batería, entregando información vital al usuario o mantenedor de la batería para la toma de decisiones respecto al mejor momento para realizar una mantención, reparación o reemplazo de esta, en donde una diferencia fundamental entre los sistemas de monitoreo y control de estado de la técnica y la presente invención tiene relación con la imposibilidad de los primeros de poder monitorear individualmente cada batería de un banco de baterías, teniendo que recurrir a aparatos externos que la mayoría de las veces sólo entregan parámetros promedio del banco pero no de cada batería individual, imposibilitando al usuario o mantenedor identificar el origen de una falla, lo que permitiría la reparación o reemplazo sólo de la batería o baterías que presenten la falla.
[0020] En el caso de la presente invención eso es totalmente factible, dado que gracias a que cada batería del banco monitorea sus parámetros principales de funcionamiento, el usuario o mantenedor recibe una alerta en caso de que se detecte que es momento de realizar una mantención, reparación o reemplazo de una o más baterías del banco de baterías, con lo cual se evita un clásico problema del estado de la técnica, en donde el usuario del banco de baterías termina optando por reemplazar el banco completo cuando se encuentra un problema de funcionamiento en este, dado que detectar el origen de una falla es un proceso generalmente costoso y demoroso, haciendo económicamente más viable el reemplazo completo del banco, lo cual no deja de tener un costo no despreciable para el usuario.
[0021] Todo lo anterior permite, finalmente, maximizar la vida útil de las baterías del banco de baterías hasta alcanzar los tiempos teóricos calculados por los fabricantes, ya que, al mantener las distintas variables de cada una de las baterías en un mismo nivel en tiempo real, particularmente los parámetros relacionados con estado de carga y estado de salud, se evitan los problemas asociados a desbalances y envejecimiento prematuro, causantes de la disminución de la vida útil de los bancos de batería.
[0022] En este sentido, de acuerdo con una primera modalidad preferente de la invención, el método para monitorear y controlar al menos una batería recargable comprende las siguientes etapas:
- medir el voltaje de al menos una celda, dispuesta al interior de la batería recargable, mediante al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de voltaje;
- medir la corriente de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de corriente;
- medir la temperatura de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de temperatura;
- enviar desde la al menos una unidad de protección y balanceo al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente y temperatura, hacia al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación;
- determinar un estado de carga de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda;
- determinar un estado de salud de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda;
- determinar un tiempo estimado de carga de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda;
- determinar un tiempo estimado de descarga de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda;
- determinar un tiempo estimado de recambio de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda;
- almacenar en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio; - enviar desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio, hacia al menos un dispositivo de gestión;
- visualizar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio para la al menos una celda, mediante al menos un dispositivo de visualización;
- comparar, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, al menos uno de los datos obtenidos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio con al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y en el al menos un dispositivo de gestión;
- evaluar si corresponde iniciar al menos una acción preventiva y/o una acción correctiva en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión;
- en caso de corresponder iniciar al menos una acción preventiva y/o correctiva, llevar a cabo dicha acción preventiva y/o correctiva en la al menos una celda mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión; y utilizar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio para la al menos una celda, en la evaluación de futuras acciones preventivas y/o correctivas en dicha al menos una celda por parte de la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o por parte del al menos un dispositivo de gestión; en donde iniciar al menos una acción preventiva y/o una acción correctiva al menos comprende:
- regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante al menos un elemento regulador de energía, comprendido por la al menos una unidad de protección y balanceo.
[0023] El método de la invención se lleva a cabo gracias a la unidad de protección y balanceo y a la unidad de control, monitoreo y comunicación, comprendidos por cada una de las baterías recargables que posea el banco de baterías del usuario. Esto permite que se puedan obtener mediciones en tiempo real acerca de las variables de funcionamiento más importantes para cada una de las baterías que posea el banco. A partir de las variables obtenidas por la unidad de protección y balanceo es posible determinar parámetros de estado de cada una de las baterías del banco en tiempo real.
[0024] Toda la información referente a variables de funcionamiento y parámetros de estado de cada una de las baterías es enviada por cada una de las respectivas unidades de control, monitoreo y comunicación a al menos un dispositivo de gestión, que puede estar ubicado en las proximidades o de manera remota al banco de baterías. La unidad de control, monitoreo y comunicación, así como también el dispositivo de gestión son capaces de analizar las variables de funcionamiento y parámetros de estado de batería, comparando la información obtenida con rangos de valores preestablecidos para cada uno de ellos, de manera de evaluar la necesidad de realizar una acción preventiva y/o correctiva en la batería.
[0025] El poder contar con el análisis de las variables de funcionamiento y de los parámetros de estado por parte de cada una de las unidades de control, monitoreo y comunicación de cada una de las baterías del banco, así como también por parte del dispositivo de gestión, que recibe toda la información de cada una de las baterías, permite, por una parte, que cada una de baterías sea capaz de auto gestionarse, evaluando la necesidad de tomar cualquier acción preventiva y/o correctiva, y, por otra parte, facilita la evaluación de acciones preventivas y/o correctivas que deban tomarse para todo el banco o para un cierto número de baterías, gracias a que toda la información para cada una de las baterías del banco es recibida por el dispositivo de gestión.
[0026] Además, toda la información acerca de las variables de funcionamiento y parámetros de estado, junto con las decisiones acerca de acciones preventivas y/o correctivas es almacenada, tanto por la unidad de control, monitoreo y comunicación de cada una de las baterías del banco, como por el dispositivo de gestión. Esto permite alimentar de manera continua un algoritmo de aprendizaje de máquinas que posee el sistema, lo cual ayuda a mejorar la precisión en la toma de decisiones para futuras acciones preventivas y/o correctivas por parte de la unidad de control, monitoreo y comunicación y el dispositivo de gestión, ya sea para una batería o para un grupo de ellas dentro del banco.
[0027] Entre las acciones preventivas y/o correctivas que se pueden llevar a cabo, se destaca la posibilidad que tiene el sistema de regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante al menos un elemento regulador de energía, en donde la orden para variar dicho flujo de energía puede provenir desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, y/o desde el al menos un dispositivo de gestión. Esto permite que se pueda regular el estado de carga para cada una de las baterías del banco, de manera de lograr que todas las baterías de dicho banco se encuentren en un mismo nivel de carga y estado de salud, lo cual ayuda a mejorar el rendimiento del banco de baterías, incrementando su vida útil.
[0028] Un dispositivo de visualización, que puede estar dispuesto en cada una de las baterías y/o ser parte del sistema recargable de suministro de energía de la invención, muestra toda la información respecto a las variables de funcionamiento de la batería y los parámetros de estado, para que el usuario del sistema conozca en tiempo real el estado de cada una de las baterías del banco de baterías. Adicionalmente, el dispositivo de gestión es capaz de mostrar la información para cada una de las baterías del banco a través del dispositivo de visualización, así como también información adicional del funcionamiento en conjunto de dicho banco, determinada a través de toda la información recibida por parte de cada una de las baterías del banco.
[0029] Esto es una gran ventaja respecto a los sistemas de monitoreo y control tradicionales, ya que el usuario u operario mantenedor del sistema es capaz de conocer en tiempo real el estado de cada una de las baterías del banco desde cualquier parte, evitando así el tener que intervenir el banco con una gran cantidad de elementos y dispositivos adicionales para poder conocer el estado del banco.
[0030] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende emitir una alerta sonora, mediante al menos una alarma sonora, en caso de que al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, tiempo estimado de carga y tiempo estimado de descarga estén fuera del menos un rango preestablecido para cada uno de ellos.
[0031] La alarma sonora se ubica en el interior de cada una de las baterías del banco, en donde dicha alerta sonora permite, en caso de un problema debido a alguna anomalía en las variables de funcionamiento medidas y/o parámetros de estado determinados, alertar al usuario y/o a las personas que puedan estar en las cercanías del banco de baterías para que se acerquen a revisar la situación detectada. [0032] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización, en caso de que al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, tiempo estimado de carga y tiempo estimado de descarga estén fuera del al menos un rango preestablecido para cada uno de ellos.
[0033] Al igual que para el caso de la alerta sonora, la unidad de control, monitoreo y comunicación de cada una de las baterías, así como también el dispositivo de gestión, son capaces de enviar una alerta para que sea visualizada por el usuario u operario mantenedor del sistema en caso de que se detecte una anomalía en los valores de una o más de las variables de funcionamiento y/o de los parámetros de estado de determinados. Como se menciona anteriormente, esto es una ventaja respecto a los sistemas de monitoreo y control tradicionales, ya que, en tiempo real, el usuario u operario mantenedor del sistema conoce el estado individualizado de cada una de las baterías del banco, en donde, al recibir una alerta de parte de la unidad de control, monitoreo y comunicación o de parte del dispositivo de gestión, inmediatamente sabrá cuál es la o las baterías que presentan problemas, pudiendo tomar las medidas correspondientes de manera rápida y eficaz, evitando tener que intervenir todo el banco de baterías para encontrar el problema.
[0034] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que al menos uno de los datos sobre corriente, voltaje y temperatura para la al menos una celda estén fuera del al menos un rango preestablecido para cada uno de ellos, cortar la conexión entre la al menos una batería recargable y el exterior, mediante al menos un elemento de desconexión, y colocar la al menos una al menos una batería recargable en estado de alerta, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
[0035] Esto permite, en caso de que por algún motivo uno o más de los valores de corriente, voltaje y/o temperatura se encuentran fuera de parámetros previamente establecidos, de acuerdo a las condiciones de operación y/o ambientales del lugar en donde se encuentra el banco, como por ejemplo una sobrecarga de corriente, se proceda a la desconexión de la batería del exterior de forma preventiva a través de su elemento de desconexión, para así evitar que se dañen sus componentes. Además, la batería entra en un estado de alerta para poder activar la alarma sonora y/o enviar un mensaje de alerta, a través de la unidad de control, monitoreo y comunicación, al dispositivo de gestión y/o al dispositivo de visualización, para que sea visualizado por el usuario u operario mantenedor del sistema, de manera que se tomen las medidas correctivas correspondientes.
[0036] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía, se realiza entre un estado abierto y cerrado.
[0037] Esta modalidad de la invención permite que el elemento regulador de energía actúe de manera binaria, es decir, sólo permitiendo dos estados para la entrada o salida de energía desde la al menos una celda, en donde, o no existe entrada o salida de energía, o el flujo de energía no se limita de ninguna manera hacia o desde la al menos una celda.
[0038] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía, se realiza entre un 0% de flujo de energía que entra o sale a un 100% de energía que entra o sale.
[0039] A partir de esta modalidad de la invención, es posible regular la entrada o salida de energía desde la al menos una celda en cualquier porcentaje que sea necesario, de acuerdo con las necesidades de carga o descarga del momento.
[0040] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de carga de la al menos una batería recargable: aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
[0041] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de carga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
[0042] De acuerdo con otra modalidad de la invención, disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido
[0043] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, durante un proceso de carga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
[0044] De acuerdo con otra modalidad de la invención, disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido
[0045] Las cuatro últimas modalidades mencionadas para el método de la invención son fundamentales para lograr que el estado de carga de cada una de las baterías del banco de baterías se encuentre en un mismo nivel cuando las baterías del banco están en un proceso de recarga de energía, ya que, en caso de que el estado de carga de alguna de las baterías se encuentra bajo un rango o valor preestablecido, por ejemplo, el valor promedio del estado de carga del banco de baterías completo en tiempo real, la unidad de control, monitoreo y comunicación es capaz de comunicarse con otras baterías del banco que están en o por sobre el rango o valor preestablecido para el estado de carga, de manera que dicha o dichas baterías con mayor nivel de energía se configuren a través de órdenes enviadas por sus respectivas unidades de control, monitoreo y comunicación a sus elementos reguladores de energía para recibir una menor cantidad de energía por unidad de tiempo, permitiendo así que la batería con menor estado de carga reciba un mayor flujo de energía, también gracias a la orden enviada por su unidad de control, monitoreo y comunicación a su elemento regulador de energía, para así lograr que todas estén con un mismo nivel de estado de carga.
[0046] Esta es otra ventaja técnica de la presente invención respecto a los sistemas de control y monitoreo tradicionales, ya que todos ellos operan de manera externa a las baterías, en donde muchas veces no pueden obtener el estado de carga para cada una de las baterías de forma individual, sino que obtiene el valor promedio para todo el banco o parte de este, con lo cual no es posible detectar si el estado de carga de alguna de las baterías en particular se encuentra en un nivel más bajo que el resto. Gracias a las modalidades descritas por la presente invención, es posible mantener a todas las baterías con el mismo estado de carga en todo momento, incrementando de manera sustancial la vida útil de cada una de ellas y, por consiguiente, del banco de baterías.
[0047] Además, al mantenerse todas las baterías con el mismo estado de carga, estas envejecen de manera uniforme, extendiendo la vida útil del banco de baterías, no así en los bancos de batería tradicionales, en donde unas baterías envejecen antes que otras debido a sus diferentes estados de carga, disminuyendo de esta forma la vida útil del banco de baterías completo.
[0048] De acuerdo a las cuatro modalidades recién descritas, también existe la posibilidad de que la unidad de control, monitoreo y comunicación de la batería que se encuentra con un estado de carga menor al valor o rango establecido, se comunique con el dispositivo de gestión, para que sea este el que localice a o las baterías que tengan un estado de carga en o por sobre el rango establecido, de manera de ordenarles que disminuyan el flujo de energía que reciben, aumentando así el flujo de energía hacia la batería con un menor estado de carga de la forma detallada anteriormente, hasta que todas estén dentro del rango establecido, para que todo el banco pueda lograr mantenerse con un mismo estado de carga en todo momento.
[0049] Finalmente, las cuatro modalidades recién descritas también permiten la posibilidad de que sea directamente el dispositivo de gestión el que detecte la necesidad de regular la carga en una o más celdas en una o más de las baterías del banco, estableciendo dicho elemento la comunicación entre las respectivas unidades de control, monitoreo y comunicación que deben dar las órdenes para regular el flujo de energía que reciben.
[0050] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de descarga de la al menos una batería recargable: disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
[0051] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de descarga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
[0052] De acuerdo con otra modalidad de la invención, aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido
[0053] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, durante un proceso de descarga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
[0054] De acuerdo con otra modalidad de la invención, aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido.
[0055] Las cuatro últimas modalidades de la invención apuntan al balance de cargas entre las baterías del banco de baterías cuando este se encuentra en un proceso de descarga, para el cual el método funciona de manera análoga a lo mencionado para el caso cuando el banco se encuentra en un proceso de carga, teniendo también las ventajas ya mencionadas para dicho caso en que el banco se está cargando.
[0056] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en su valor máximo, detener el flujo de energía hacia la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía. Dicha modalidad permite que la batería no siga recibiendo energía, la cual se puede destinar a otras baterías que aún no se encuentren totalmente cargadas.
[0057] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en o por debajo de un valor mínimo, detener el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía.
[0058] Gracias a esta modalidad de la invención, es posible proteger las celdas de cada una de las baterías del banco para que no se descarguen más allá de un nivel establecido, el cual puede variar dependiendo de la cantidad de baterías del banco y/o del tiempo que lleve operando la batería, evitando así que estas se dañen, ayudando a extender la vida útil de las celdas de cada una de las baterías del banco.
[0059] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en o por debajo del valor mínimo, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
[0060] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en o por debajo del valor mínimo, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización.
[0061] Las dos modalidades recién descritas permiten al usuario u operario mantenedor del banco de baterías conocer en tiempo real si una o más de las baterías ha llegado a un nivel mínimo de carga, de manera que pueda comprobar si las causas de dicho bajo nivel de energía se deben a una baja en la producción de energía eléctrica en la fuente que recarga las baterías, a un sobreconsumo por parte de las fuentes alimentadas por el banco de baterías o a una falla en el banco.
[0062] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, disminuir unos ciclos de carga/descarga en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, hasta que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido.
[0063] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén por sobre el al menos un rango preestablecido, aumentar los ciclos de carga/descarga en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, hasta que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido.
[0064] Estas dos modalidades de la invención permiten la utilización de baterías con distintos estados de salud o, dicho de otra forma, con distintos grados de envejecimiento, ya que el método de la invención permite regular el banco de baterías para que todas ellas alcancen los mismos niveles en cuanto a sus estados de salud, provocando que el banco envejezca de manera uniforme, extendiendo así la vida útil de dicho banco, cosa que ninguna de las soluciones existentes en el estado de la técnica es capaz de realizar.
[0065] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén en o por debajo de un valor mínimo, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
[0066] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén en o por debajo de su valor mínimo, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización indicando la necesidad de revisión para la al menos una celda.
[0067] Gracias a esta modalidad de la invención, es posible que el usuario u operador mantenedor del banco de baterías sepa inmediatamente si una o más baterías del banco deben ser revisadas, disminuyendo así las posibilidades de tener una falla importante en el banco debido a un problema particular en una o más de las baterías.
[0068] Además, de acuerdo con una modalidad preferente de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén en o por debajo de su valor mínimo, detener el flujo de energía que se recibe o descarga desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía, y colocar la al menos una al menos una batería recargable en estado de alerta, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
[0069] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, disminuir unos ciclos de carga/descarga en la al menos una celda hasta que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
[0070] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén por sobre el al menos un rango preestablecido, aumentar unos ciclos de carga/descarga en la al menos una celda hasta que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
[0071] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén en o por debajo de un valor mínimo, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora
[0072] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén en o por debajo de su valor mínimo, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización indicando la necesidad de recambio para la al menos una celda
[0073] Conocer el tiempo estimado de recambio para cada una de las baterías que componen un banco de baterías permite que el usuario u operador mantenedor del banco de baterías sepa inmediatamente si una o más baterías del banco deben ser reemplazadas, disminuyendo así el tiempo en que la capacidad de almacenaje de energía del banco se ve afectada, gracias a que se puede proceder de manera rápida con los reemplazos necesarios. [0074] Además, de acuerdo con una modalidad preferente de la invención, el método además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén en o por debajo de su valor mínimo, detener el flujo de energía que se recibe o descarga desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía, y colocar la al menos una al menos una batería recargable en estado de alerta, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
[0075] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende medir la impedancia de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de impedancia.
[0076] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende medir la humedad en el exterior de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de humedad.
[0077] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende medir la salinidad en el exterior de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de salinidad.
[0078] De acuerdo con otra modalidad de la invención, al menos una de las etapas de determinar un estado de carga, determinar un estado de salud, determinar un tiempo estimado de carga, determinar un tiempo estimado de descarga, y determinar un tiempo estimado de recambio, para la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, además comprende utilizar al menos uno de los datos de impedancia, humedad y salinidad de la al menos una celda.
[0079] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende medir las vibraciones en la batería recargable, mediante un sensor de vibraciones. Esto permite monitorear cada una de las baterías en caso de que sufran alguna caída, les caiga algún objeto encima o tengan un desplazamiento no esperado. [0080] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende monitorear la posición de la batería recargable, mediante un elemento localizador, lo cual permite al usuario u operario mantenedor conocer la ubicación de cada una de las baterías del banco, en caso de que una o más de ellas sean sustraídas por un tercero.
[0081] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende medir la presión al interior de la batería recargable, mediante un sensor de presión. En algunas ocasiones, debido a un mal funcionamiento de la batería, puede existir generación o fuga de gases desde las celdas, lo cual puede aumentar la presión al interior de la batería, la que generalmente se encuentra sellada herméticamente. Esto puede ser peligroso, pudiendo provocar una explosión de la batería. Por ello resulta importante contar con un sensor de presión que monitoree dicha condición en cada una de las baterías del banco.
[0082] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende monitorear la apertura y cierre de una carcasa externa de la batería recargable, mediante un sensor de apertura. Esto permite que sólo personal autorizado pueda tener acceso al interior de las baterías del banco de baterías, para la realización de tareas de mantenimiento y/o reparación.
[0083] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende comparar al menos uno de los datos obtenidos sobre vibraciones, posición, presión y apertura y cierre de la carcasa externa con al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos en la al menos una unidad de control y monitoreo y en el al menos un dispositivo de gestión.
[0084] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que uno o más de los datos sobre vibraciones, posición, presión y apertura y cierre de la carcasa externa están fuera del al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
[0085] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende, en caso de que uno o más de los datos sobre vibraciones, posición, presión y apertura y cierre de la carcasa externa están fuera del al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación hacia el al menos un dispositivo de visualización. [0086] El poder contar con alertas de tipo sonora o a través del dispositivo de visualización permiten que el usuario u operario mantenedor sepa inmediatamente en caso de que ocurra algo inesperado con una o más de las baterías del banco de baterías, permitiendo tomar medidas inmediatas en caso de ser necesario, por ejemplo, en caso de sustracción de una o más baterías por parte de un tercero o en caso de que para alguna de ellas exista el riesgo de provocar un accidente.
[0087] Por otra parte, de acuerdo con una segunda modalidad preferente de la invención, también se describe una batería recargable que comprende:
- al menos una carcasa exterior;
- al menos dos elementos de conexión;
- al menos una celda;
- al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende:
• al menos un sensor de voltaje;
• al menos un sensor de corriente;
• al menos un sensor de temperatura;
• al menos un elemento regulador de energía; y
- al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación.
[0088] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un dispositivo de visualización. Preferentemente, el dispositivo de visualización se encuentra ubicado en la carcasa exterior de la batería recargable.
[0089] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la al menos una unidad de protección y balanceo además comprende al menos un elemento de desconexión.
[0090] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos una alarma sonora.
[0091] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un sensor de impedancia.
[0092] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un sensor de humedad. [0093] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos sensor de salinidad.
[0094] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la al menos una unidad de protección y balanceo y la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación realizan comunicaciones de datos a través de cables.
[0095] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la al menos una unidad de protección y balanceo y la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación realizan comunicaciones de datos a través redes inalámbricas 3G, 4G, 5G, Bluetooth, infrarrojo, radiofrecuencia, NFC, Wif i , LoRa, LoRaWan o cualquier otra red que permita una comunicación inalámbrica.
[0096] Las dos últimas modalidades de la invención permiten al usuario u operador mantenedor del banco de baterías obtener y visualizar los datos y parámetros de dicho banco, ya sea a través de cables, lo cual podría ser útil para bancos de tamaño reducido o ubicado en zonas en donde la comunicación inalámbrica no es posible de llevar a cabo, o a través de redes inalámbricas, lo cual es de utilidad en caso de contar con un banco compuesto de una gran cantidad de baterías, en donde la utilización de cables no es viable.
[0097] La posibilidad de enviar los datos y parámetros obtenidos para cada una de las baterías del banco a través de redes inalámbricas es una característica que no se encuentra presente en prácticamente ninguna de las baterías existentes en el estado de la técnica, en donde, las que sí poseen esta capacidad de comunicación inalámbrica, sólo pueden realizarlo para un número acotado de baterías, dado el gasto de energía que implica esta forma de comunicación, generalmente a través de redes GPRS y GSM. La presente invención soluciona esta problemática mediante la utilización de medios de comunicación inalámbricos que tienen un consumo mucho menor de energía, tales como LoRa, LoRaWan o radiofrecuencia, los cuales además son mucho más económicos. Esto es fundamental en baterías que trabajan acumulando energía solar, en donde se debe aprovechar al máximo la capacidad de acumulación de los sistemas de generación.
[0098] Por otra parte, en el caso de los bancos de baterías que no cuentan con ningún tipo de comunicación inalámbrica, es el usuario quien tiene que proceder a conectar las baterías a aparatos externos, de manera de obtener sólo algunos de los datos posibles para las baterías, en donde, en caso de que el banco comprenda decenas o centenas de baterías será imposible obtener los datos para todas ellas, ya que los aparatos controladores externos sólo están configurados para controlar un número limitado de baterías.
[0099] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un sensor de vibraciones.
[0100] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un elemento localizador.
[0101] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un sensor de presión.
[0102] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la batería además comprende al menos un sensor de apertura.
[0103] De acuerdo con otra modalidad de la invención, al menos uno del sensor de impedancia, el sensor de humedad, el sensor de salinidad, el sensor de vibraciones, el elemento localizador y el sensor de presión es comprendido por la al menos una unidad de protección y balanceo.
[0104] De acuerdo con otra modalidad de la invención, al menos uno del sensor de impedancia, el sensor de humedad, el sensor de salinidad, el sensor de vibraciones, el elemento localizador y el sensor de presión es comprendido por al menos una unidad de sensores.
[0105] Por otra parte, de acuerdo con una tercera modalidad preferente de la invención, también se describe un sistema recargable de suministro de energía, que comprende:
-al menos una batería recargable
-al menos un dispositivo de gestión; y
-al menos un dispositivo de visualización
[0106] En vista de la descripción anterior, resulta relevante destacar que la presente invención, a través de sus distintas configuraciones preferentes, no sólo es capaz de anticipar y detectar fallas en el funcionamiento de una o más baterías, sino que además tiene la capacidad de gestionar o de administrar la energía en cada una de ellas, es decir, decidir si se debe suministrar energía o no, cuánta energía se debe entregar, por cuánto tiempo se debe entregar energía, a qué tasa se debe entregar la energía, etc. Estas características asociadas a la gestión o administración de energía en cada una de las baterías del banco de baterías es una diferencia clave en relación a los Battery Management System (BMS por sus siglas en inglés) que poseen algunas de las soluciones actuales implementadas en bancos de baterías, las cuales, si bien tienen la capacidad de monitorear una cantidad limitada de baterías y comunicar la información hacia un sistema centralizado de gestión, estas no son capaces de gestionar la energía en cada una de las baterías que están monitoreando.
[0107] La gestión de la energía en los bancos de baterías es un tema de gran relevancia en los bancos, en el cual resulta imprescindible contar con mejoras que permitan una mejor gestión, como las implementadas por la presente invención, la cuales permiten el balance de cargas en el banco de banco de baterías, que finalmente tiene por objetivo maximizar el rendimiento del banco. Además, el poder gestionar el cómo, cuándo y cuánta energía debe ser suministrada por cada una de las baterías o consumida por el sistema al cual se abastece, permite ofrecer otras prestaciones, como por ejemplo maximizar ganancias o retornos de inversión, ya que se puede gestionar su uso conforme al precio de venta de energía eléctrica en sistemas que estén conectados directamente a la red eléctrica, en donde sólo se usen durante horas de precio punta, o bien se recarguen cuando el precio de energía sea en un horario de precio valle, lo cual puede ser controlado por el dispositivo de gestión del sistema o mediante la unidad de protección y balanceo de cada una de las baterías del banco en tiempo real.
[0108] Dicho control en la gestión de la energía en cada una de las baterías del banco depende de algoritmos matemáticos que permiten que el sistema aprenda de las condiciones del entorno en el cual se encuentra operando, alimentándose de la información recolectada mediante funciones de aprendizaje de máquinas, haciendo al sistema más robusto y eficiente en su funcionamiento a medida que transcurre el tiempo. Esto permite que el sistema, para el caso mencionado en que el banco de baterías está conectado directamente a la red eléctrica, o en el caso en que sólo está abasteciendo de energía a cargas, o en caso de que el sistema esté operando en un sistema mixto, suministre diferentes cantidades de energía, dependiendo de los requerimientos y/o utilidades a maximizar por entrega de energía. Por otro lado, el usuario podría indicarle al sistema las horas específicas del día en las que el banco debe dedicarse a almacenar energía, o que almacene o se descargue en porcentajes específicos durante ciertos períodos de tiempo o en algún momento en específico, o que envíe pulsos de energía en un cierto rango de tiempo, indicando el tipo de pulso, el cual podría ser creciente, decreciente o de tipo sinusoidal u de otra forma de onda.
[0109] Por otro lado, las modalidades de la presente invención permiten la conexión de baterías con distinta vida útil (estado de salud o longevidad), ya que el sistema tiene la capacidad de regular los ciclos de carga/descarga de cada una de las baterías conectadas al banco, a partir de la gestión de energía que se realiza a través del dispositivo de gestión y/o a través de la unidad de protección y balanceo de cada una de las baterías. Esta es una característica no menor de la presente invención, dado que en los bancos de baterías actuales nunca se instalan baterías con distintos estados de longevidad, ya que en ese caso algunas baterías finalizarán su vida útil antes que otras, teniendo el usuario que identificarlas una por una, lo que implica utilizar grandes cantidades de recursos y tiempo. Este es uno de los problemas que resuelve la invención, gracias al monitoreo y control que puede realizarse de cada una de las baterías del banco, permitiendo al usuario combinar bancos de baterías o ampliarlos según sus intereses particulares.
[0110] Además, el método y sistema de la invención permiten aumentar la vida útil del banco de baterías, principalmente, por el mismo motivo explicado anteriormente, gracias al cual es posible mantener todas las baterías del banco con un mismo estado de salud, vida útil o longevidad, maximizando de esta forma la vida útil del banco de baterías completo, ya que el sistema regulara los ciclos de carga/descarga de todas las baterías para que estas finalicen su vida útil al mismo tiempo, no sucediendo el fenómeno que ocurre en los bancos de baterías actuales, en donde, a pesar de contar con aparatos o sistemas de control, las baterías empiezan a finalizar su vida útil en distintos tiempos, provocando que el banco completo finalice su vida útil antes de los previsto.
[011 1] En relación con otras ventajas del método y sistema de la presente invención, las configuraciones presentadas permiten aumentar el rendimiento del banco de baterías, en comparación con los bancos de baterías actuales, ya que cada una de las baterías del banco tiene la capacidad de regular la tasa de carga/descarga para equilibrar sus estados de carga a un mismo valor, permitiendo de esta forma aprovechar el banco de baterías a su máxima capacidad de operación. Si esta función no estuviera presente y existieran algunas baterías con estados de carga diferente, la capacidad del banco no sería la misma que la especificada por el fabricante o instalador, ya que queda condicionado al estado de carga de las baterías más desbalanceadas, afectando así la capacidad total del sistema y generando un envejecimiento acelerado en algunas baterías. Esto tiene como consecuencia que el usuario no aprovecharía al máximo la capacidad de almacenamiento del banco, llevándole a pérdidas económicas debido a la necesidad de instalar bancos sobredimensionados para hacerse cargo de la pérdida de rendimiento.
[0112] Muchos usuarios que presentan este tipo de problemas en su banco de baterías llegan a la conclusión de que su banco completo está defectuoso, cambiándolo por uno nuevo, lo cual lleva a estos usuarios a no sacar el máximo provecho de las capacidades de su banco de baterías, además de tener que incurrir en gastos de manera más recurrente que usuarios que mantienen sus bancos de batería balanceados, debido al envejecimiento acelerado. Si bien, en el caso de las baterías de plomo la detección de baterías desbalanceadas es relativamente fácil, dado que sólo se debe medir el voltaje de cada una de las baterías del banco, en las baterías de litio esto no es posible, ya que el voltaje en este tipo de baterías se mantiene prácticamente constante siempre, independiente de su estado de carga, no siendo posible detectar de manera sencilla por parte del usuario si una o más de las baterías del banco se encuentra desbalanceada.
[0113] Debido a lo anterior es que normalmente no se utilizan bancos de baterías conectados en paralelo, o bien, se limitan a pocas ramas en paralelo, ya que cada una de estas se descarga a distintas tasas y, en consecuencia, generan un desbalance interno del banco sólo por el hecho de estar dispuestas de esta manera. Esto es una problemática de gran relevancia en la industria de las energías renovables, la cual es abordaba por la presente invención, que brinda una solución que permite controlar la tasa de carga/descarga de sus baterías para que se descarguen al mismo ritmo, posibilitando la conexión de un número ilimitado de baterías en paralelo. Esto tiene el beneficio de poder diversificar la energía que fluye por el banco de baterías en múltiples ramas en paralelo, lo cual asegura la entrega de energía a las cargas alimentadas por el banco en caso de que una o más de las ramas en paralelo sufra una falla, cosa que no ocurre en los bancos de baterías en donde las baterías están conectadas en serie, en los cuales basta que falle una batería para que falle el banco completo, dejando sin energía a las cargas que se deben abastecer. Además, el método y sistema de la invención permite confeccionar bancos de batería de capacidad mega industrial (cientos de baterías) utilizando baterías de menor tamaño, aptas tanto para su uso en sistemas de tipo industrial como para sistemas más pequeños, de tipo domiciliario. [0114] Finalmente, resulta relevante destacar que los algoritmos utilizados por el método y sistema de la presente invención, con los cuales se alimenta el sistema a través de funciones de aprendizaje de máquinas, permite a este, además de tomar acciones preventivas y correctivas en relación con cada una de las baterías conectadas al banco, obtener predicciones de fallas y de consumos en cada una de ellas, lo cual hace que el sistema se vuelva cada vez más robusto y eficiente gracias a su constante aprendizaje, mejorando sus prestaciones, optimizando la realización de mantenimientos preventivos y disminuyendo la intervención de terceros en la operación del sistema.
[0115] En consecuencia, la presente invención proporciona un método y sistema para monitorear y controlar las variables de estado de al menos una batería recargable en un banco de baterías, que permite predecir y/o detectar fallas y/o problemas de funcionamiento en ellas, gracias a un monitoreo y control más preciso y en tiempo real que el ofrecido por las soluciones actualmente disponibles en el estado de la técnica, además de mantener a cada una de las baterías del banco operando en condiciones ideales, maximizando de esta forma la vida útil del banco de baterías completo, el cual es capaz de operar siempre a su máxima capacidad.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
[0116] Como parte de la presente invención se presentan las siguientes figuras representativas de la misma, las que enseñan configuraciones preferentes de la invención y, por lo tanto, no deben considerarse como limitantes a la definición de la materia reivindicada.
La figura 1 enseña la disposición de un sistema de control y monitoreo de un banco de baterías, de acuerdo con el estado de la técnica.
La figura 2 enseña problemáticas asociadas al sistema de control y monitorea de la figura 1 . La figura 3 enseña una primera solución a problemáticas presentadas en sistemas de control y monitoreo de bancos de baterías, de acuerdo con el estado de la técnica.
La figura 4 enseña una segunda solución a problemáticas presentadas en sistemas de control y monitoreo de bancos de baterías, de acuerdo con el estado de la técnica.
La figura 5 enseña un esquema del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 6 enseña un primer esquema de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 7 enseña un segundo esquema de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 8 enseña un tercer esquema de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 9 enseña un cuarto esquema de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 10 enseña un quinto esquema de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 11 enseña un sexto esquema de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 12 enseña una vista ¡sométrica de la batería recargable, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
La figura 13 enseña una vista interior de la batería recargable, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FIGURAS
[0117] Con mención a las figuras que se acompañan, en la figura 1 se observa un esquema de una solución actualmente utilizada en la industria, la cual corresponde esencialmente a utilización de equipos convencionales, tales como inversores o reguladores de carga, los cuales cuentan con la capacidad de medir en tiempo real algunas variables de un grupo de baterías, como voltaje y corriente, además de poder estimar otras, tales como temperatura, estado de carga, estado de salud y tiempos de carga/descarga del grupo de baterías. Algunos de estos equipos pueden también ser monitoreados remotamente mediante conexión alámbrica o inalámbrica. Sin embargo, el costo de estos dispositivos crece de manera exponencial y cuentan con ciertas limitaciones, ya que son sistemas cerrados que funcionan con equipos, accesorios, o baterías de los mismos fabricantes, en donde la configuración y habilitación del monitoreo no es fácil de realizar por personas que no son expertas en el rubro. Por dicho motivo, generalmente no se implementa el monitoreo remoto ya que es una solución de alto costo y que además requiere de conocimiento técnico para su habilitación.
[0118] En relación con la figura 2, esta apunta a visualizar una de las problemáticas de los sistemas de control y monitoreo actuales, dirigida a la malinterpretación de datos e identificación de problemas. El problema de medir y estimar las variables de estado de un sistema de almacenamiento energético (banco de baterías) es que normalmente se obtiene información acerca de un conjunto de baterías y no de cada una en específico. Esto tiene gran relevancia ya que se puede generar una mal interpretación en la lectura de datos, debido a que existe variabilidad en el funcionamiento en cada una de las baterías, y, dependiendo de la configuración de las conexiones, el banco puede estar condicionado al eslabón más débil de la cadena. El contar sólo con información global del banco y no acerca del estado individual de cada una de las baterías, puede provocar conclusiones erradas de la lectura de los datos, obteniendo una falsa sensación de seguridad, lo que finalmente generará problemas imprevistos, como fallas o malfuncionamientos inesperados. Por ejemplo, en un banco de dos baterías de 12V conectadas en serie, este debería indicar, en teoría, 24V, sin embargo, en la realidad podría suceder que cada una por separado esté a 1 1 V y 13V respectivamente, sumando en conjunto 24V, lo cual es un problema grave, ya que la batería a 1 1 V estará completamente descargada y condicionará el funcionamiento de ambas, en donde el monitoreo realizado por el sistema indicará que todo está “funcionando correctamente”, pues se podría asumir que cada una tiene su voltaje nominal correcto de 12V. Problemas similares ocurren con el estado de salud y el estado de carga del banco de baterías, el cual es sólo puede ser obtenido para un grupo de baterías y no para cada una de ellas. Por lo tanto, estas soluciones de la técnica se ven imposibilitadas de identificar problemas puntuales en un sistema de almacenamiento de energía, y, en consecuencia, dificultades en la identificación de problemas en el banco de baterías completo. Esto último es relevante, dado que, al no conocer el estado de cada batería en forma puntual, es difícil determinar dónde está el origen del problema. Además, como no se cuenta con información histórica del funcionamiento de cada una de las baterías, termina siendo imposible determinar la causante de dicha problemática que pueda estar afectando al banco de baterías.
[0119] La figura 3 muestra una solución a los problemas presentados en sistemas de control y monitoreo de bancos de baterías, de acuerdo con el estado de la técnica. Como se mencionó anteriormente, si existe algún problema con un sistema de almacenamiento de energía en base a baterías, si no se cuenta con los equipos o instrumentos especializados, es necesario tener que investigar el origen del problema. Para estas labores, una de las maneras más comunes es la inspección eléctrica y física de cada de las baterías. Esto se hace manualmente una por una con un voltímetro u otra herramienta manual, la cual permite hacer mediciones generales de voltaje e intuir que hay algún problema. El problema que surge a partir de esta solución es que no es posible determinar la causa y tampoco el origen del problema, ya que sólo se puede intuir que existe alguna variación significativa con respecto al resto del banco de baterías, siendo este un “síntoma” y no el origen del problema. Dada la complejidad del problema, lo que se hace en la práctica es cambiar el componente defectuoso por uno nuevo, lo que conlleva a la generación de otros problemas, como por ejemplo, el combinar baterías con distinto estado de salud, lo cual afecta en el rendimiento del sistema, desgastando de manera acelerada las baterías del banco.
[0120] Por otra parte, esta solución de inspección física batería por batería puede significar mucho tiempo, alto costo y requerir de personal en terreno. Dependiendo del tamaño del banco de baterías, esta tarea es tediosa y extensa, por lo que se incurren en costos no sólo por la inspección en sí, sino que también por la detención extendida de la operación del sistema.
[0121] En el caso de las baterías de litio y, en particular, las de litio fosfato de hierro (LFP), la solución en base a identificar el “síntoma” por medio de medición de voltaje de cada una de las baterías no es una solución factible, ya que debido a la naturaleza electroquímica de las baterías, el voltaje permanece prácticamente constante en su ciclo de carga/descarga, por lo que determinar su estado de carga o de vida en terreno con equipos electrónicos convencionales resulta ser imposible y, por ende, la determinación del origen o del causante de algún malfuncionamiento del banco de baterías requiere ser estudiado por equipos de laboratorio altamente especializados para determinar dichas variables de capacidad, estado de carga y de salud.
[0122] Por su parte, la figura 4 enseña otra solución a los problemas presentados en sistemas de control y monitoreo de bancos de baterías, de acuerdo con el estado de la técnica. Dentro de otras soluciones al problema de identificación de variables de estado de bancos de baterías, se encuentra el uso de equipos altamente especializados y de alta gama que normalmente sólo se encuentran en la industria fotovoltaica. Por este motivo, estos equipos son de alto precio, no sólo por su alto grado de especialización, sino que también por su costo instalación, ya que requieren ser cableados a cada una de las baterías, implicando un extenso tiempo de instalación y de una planificación eléctrica profesional, debido a que es fundamental tener organizado estratégicamente la gran distribución de cables y conductores que se obtendrán al emplear este sistema, ya que podrían haber decenas o centenas de baterías por cada banco. Además, este tipo de solución tiene otro gran problema de carácter físico, que tiene relación a que sólo se pueden conectar un determinado número de baterías a un solo equipo, teniendo que adquirir varios más si se desea monitorear las variables de estado de todas las baterías de un banco de baterías, haciendo imposible económicamente esta solución .
[0123] Una alternativa a estos equipos de alta gama es la utilización de aparatos, tales como analizadores de baterías, que son instrumentos de laboratorio que pueden llevarse a terreno, para analizar las variables de estado de las baterías del banco. Estos son usados principalmente cuando se genera algún problema en el banco de baterías y es necesario estudiar el funcionamiento para determinar la causa o raíz de este. Sin embargo, estos equipos también están muy limitados a la cantidad de baterías a conectar y no están diseñados para operar en todo el momento sino en el estudio profundo del funcionamiento cuando se genera algún problema o como mantenimiento repetitivo.
[0124] En este sentido, la figura 5 muestra un esquema del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. La solución propuesta consiste en un sistema que proporcione baterías que tengan la capacidad de ser monitoreadas y controladas de manera remota o autónoma mediante técnicas de aprendizaje de máquinas o de inteligencia artificial, el cual tiene una serie de beneficios asociados, de acuerdo a lo mencionado a lo largo de esta especificación. Las baterías que componen el banco tienen la capacidad de almacenar información, o bien, de enviar esta información hacia un sistema de gestión externo para ser almacenada y visualizada por un usuario u operario mantenedor a través de un dispositivo de visualización, tal como un teléfono inteligente, un computador, una tableta, etc. Esto permite visualizar en tiempo real el estado de cada batería, así como también el registro histórico para cada una de sus variables de funcionamiento, lo cual es clave para poder identificar no sólo el origen de un malfuncionamiento, sino que también para poder contar con las herramientas necesarias para identificar la causa. Por otro lado, toda la información histórica almacenada sirve para alimentar algoritmos matemáticos, fundamentales para lo que es la predicción de comportamiento, estudio por medio de Big Data y aprendizaje de máquinas. También es posible predecir, anticipar y programar períodos de mantenimiento, a partir de la utilización de datos técnicos que los justifiquen, al igual que con el período de reemplazo de baterías. [0125] Por otra parte, el control remoto y/o autónomo de cada una de las baterías que compone el banco permite que cada una de ellas trabaje siempre dentro de sus rangos nominales, mejorando la seguridad del banco de baterías y maximizando su eficiencia.
[0126] La figura 6 enseña uno de los modos de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargable, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. El poder contar con el detalle del estado de las variables de funcionamiento de cada una de las baterías de un banco de manera individual permite identificar un problema de manera puntual, ahorrando costos y tiempos significativos en dicha tarea de identificación, solucionando el problema o mal funcionamiento de manera rápida y precisa. El sistema inteligente entrega herramientas que permiten identificar qué, cómo, cuándo, dónde y porqué se ocasionó algún malfuncionamiento o problema en una o más baterías del banco. Esto hace posible minimizar la intervención en terreno por parte de terceros, los cuales llegarán directamente a la o las baterías con problemas, con una solución que ya se encuentra premeditada/pensada/planificada de antemano, reduciendo el tiempo de intervención, ya sea en la identificación o en el de la mantención en sí, así como también los costos operativos asociados a la detención del banco de baterías.
[0127] Además, las baterías de la presente invención pueden establecer comunicación de manera inalámbrica, a través de una nube de datos u otros medios, permitiendo visualizarse sus parámetros de funcionamiento en distintos dispositivos, dando cabida a nuevas oportunidades de negocio como lo es el servicio de almacenamiento de energía integral (monitoreo, mantenimiento, etc.).
[0128] En relación con la figura 7, esta enseña otro modo de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. Las baterías de la presente invención tienen un sistema de control, operado a través del dispositivo de protección y balanceo, el cual permite regular la energía que ingresa o sale de ellas de manera independiente, lo que conlleva varios beneficios en términos de eficiencia y funcionalidad. Por ejemplo, es posible cortar el suministro de manera remota, por temas de seguridad, cuando algún parámetro esté fuera de lo deseado. Se pueden también configurar algoritmos de regulación de flujo de energía de acuerdo a lo que se estime conveniente, por ejemplo, con la variación del precio de la electricidad, o bien durante momentos específicos del día, permitiendo que las baterías se carguen o descarguen en un momento particular, en una forma y a una tasa deseada, teniendo de esta forma un control absoluto del banco de baterías. Cabe destacar que este sistema de control puede ser manejado de manera remota a través del dispositivo de gestión o bien de manera autónoma por cada una de las baterías del banco a través del dispositivo de control, monitoreo y comunicación de cada una de ellas.
[0129] La figura 8 enseña un modo adicional de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. Gracias a que las baterías de la presente invención tienen la capacidad de controlar y de regular la energía entrante o saliente en cada una de ellas de manera individual y porque también tienen la capacidad de comunicar el estado de carga de cada una, ya sea entre baterías o a través del dispositivo de gestión, es posible que el banco de baterías completo balancee el estado de carga de todas sus baterías. Esto se logra acelerando el proceso de carga/descarga de algunas, mientras que se desacelera el de otras. La ventaja de contar con un banco de baterías balanceado en todo momento es que de esta manera se logra que no existan eslabones débiles que condicionen el funcionamiento del banco, aprovechando la máxima capacidad de todas las baterías, no limitando el banco a la energía restante de aquella que se encuentra en un estado más crítico. Esto permite que el banco pueda cargarse o descargarse en su totalidad y, además, conectar baterías que tengan distinto estado de carga sin tener que preocuparse de problemas eléctricos y/o de funcionamiento que se puedan generar, ya que el sistema de la invención se encargará de llevar a todas las baterías del banco a un mismo estado de carga.
[0130] Al igual que la figura 8, la figura 9 muestra un modo adicional de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. Como en el caso anterior, dado que es posible controlar o regular la energía entrante o saliente por cada batería de manera individual y porque también tienen la capacidad de comunicar el estado de carga de cada una, ya sea entre baterías o a través del dispositivo de gestión, es posible que el banco de baterías balancee el estado de salud de todas sus baterías. Esto se logra acelerando el proceso de carga/descarga de algunas, mientras que se desacelera en otras, con el fin de aumentar o disminuir los ciclos de carga/descarga y, en consecuencia, su estado de salud. La ventaja do contar con un banco de baterías balanceado es que no existen eslabones débiles que condicionen el funcionamiento del banco, aprovechando así la máxima vida útil de todas las baterías, no limitándose a aquella que tiene menor vida útil. Esto permite que el banco de baterías tenga una vida útil mayor y que se realicen los recambios correspondientes de manera uniforme, podiendo así programar un solo mantenimiento o recambio programado para el banco completo y no de manera individual o por grupos de baterías, disminuyendo los tiempos de detención del sistema. Además, a diferencia de cualquier otro tipo de batería existente en la actualidad, es posible conectar las baterías de la presente invención, aunque tengan distintos grados de envejecimiento, sin tener problemas de eficiencia o envejecimiento acelerado, gracias a que el sistema se encargará de uniformizar el envejecimiento de todas las baterías del banco a través de la imposición de diferentes velocidades de carga/descarga para cada una de las baterías.
[0131] Por otra parte, la figura 10 enseña otro modo adicional de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. En ella se observa que, dado que la conectividad es inalámbrica, existe la posibilidad de escalar la solución de manera ilimitada, a diferencia de otros dispositivos que pueden solucionar el problema con cables, los cuales tienen una clara limitación física y electrónica, debido a la cantidad de dispositivos que son capaces de monitorear de manera simultánea.
[0132] En relación con la figura 1 1 , esta enseña otro modo adicional de funcionamiento del sistema de control y monitoreo de un banco de baterías recargables, de acuerdo a una configuración preferente de la invención. Gracias a la posibilidad de almacenar los datos históricos respecto a los parámetros de funcionamiento de todas las baterías de un banco de baterías, es posible utilizar herramientas avanzadas de análisis y predicción asociadas a algoritmos de aprendizaje de máquinas, para poder predecir cuándo se requerirá realizar un mantenimiento y, así, poder programar anticipadamente mantenciones en el sistema. Esto tiene grandes beneficios a la hora de anticipar al cliente cuándo se realizarán las mantenciones, asegurándole que su banco de baterías esté siempre operacional. Además, permite a las empresas poder gestionar de manera eficiente los recursos disponibles para las operaciones de mantención y actividades asociadas a ellas.
[0133] Finalmente, en las figuras 12 y 13 se muestran diferentes vistas de la batería recargable de la invención, en donde, en la figura 12 se observa una vista ¡sométrica de la batería recargable (10), que comprende principalmente una carcasa exterior (12) y al menos dos elementos de conexión (1 1 ), tales como bornes.
[0134] Respecto a la figura 13, en ella se observa el interior de la batería recargable (10) y sus componentes, de acuerdo a lo descrito a lo largo de esta especificación. La batería recargable (10), de acuerdo a la modalidad presentada en la figura 13 comprende al menos una celda (13), tal como una celta de litio u otro material que permita el almacenamiento de energía, un dispositivo de protección y balanceo (14), que a su vez comprende un sensor de voltaje, un sensor de corriente y un sensor de temperatura. Además, la batería recargable (10) comprende un dispositivo de control, monitoreo y comunicación (15) y, opcionalmente puede incluir una alarma sonora (17) y una unidad de sensores (16), que puede comprender al menos un sensor de impedancia, un sensor de humedad, un sensor de salinidad, un sensor de vibraciones, un elemento localizador y un sensor de presión.
[0135] A partir de lo mostrado en las figuras 12 y 13 se pueden apreciar las ventajas de la batería recargable de la invención, la cual es capaz de albergar en su interior todos los dispositivos y sensores necesarios para monitorear todas las variables que el usuario requiera y que sean de importancia para mantener el control del banco de baterías.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un método para monitorear y controlar al menos una batería recargable, CARACTERIZADO porque comprende las siguientes etapas: medir el voltaje de al menos una celda, dispuesta al interior de la batería recargable, mediante al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de voltaje; medir la corriente de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de corriente; medir la temperatura de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de temperatura; enviar desde la al menos una unidad de protección y balanceo al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente y temperatura, hacia al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación; determinar un estado de carga de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda; determinar un estado de salud de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda; determinar un tiempo estimado de carga de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda; determinar un tiempo estimado de descarga de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda; determinar un tiempo estimado de recambio de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, utilizando al menos uno de los datos de voltaje, corriente y temperatura de la al menos una celda; almacenar en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio; enviar desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de
39 salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio, hacia al menos un dispositivo de gestión; visualizar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio para la al menos una celda, mediante al menos un dispositivo de visualización; comparar, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, al menos uno de los datos obtenidos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio con al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos en la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y en el al menos un dispositivo de gestión; evaluar si corresponde iniciar al menos una acción preventiva y/o una acción correctiva en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión; en caso de corresponder iniciar al menos una acción preventiva y/o correctiva, llevar a cabo dicha acción preventiva y/o correctiva en la al menos una celda mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión; y utilizar al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, estado de carga, estado de salud, tiempo estimado de carga, tiempo estimado de descarga y tiempo estimado de recambio para la al menos una celda, en la evaluación de futuras acciones preventivas y/o correctivas en dicha al menos una celda por parte de la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o por parte del al menos un dispositivo de gestión; en donde iniciar al menos una acción preventiva y/o una acción correctiva al menos comprende: regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante al menos un elemento regulador de energía, comprendido por la al menos una unidad de protección y balanceo.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque además comprende emitir una alerta sonora, mediante al menos una alarma sonora, en caso de que
40 al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, tiempo estimado de carga y tiempo estimado de descarga estén fuera del menos un rango preestablecido para cada uno de ellos.
3. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -2, CARACTERIZADO porque además comprende enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización, en caso de que al menos uno de los datos sobre voltaje, corriente, temperatura, tiempo estimado de carga y tiempo estimado de descarga estén fuera del al menos un rango preestablecido para cada uno de ellos.
4. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -3, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que al menos uno de los datos sobre corriente, voltaje y temperatura para la al menos una celda estén fuera del al menos un rango preestablecido para cada uno de ellos, cortar la conexión entre la al menos una batería recargable y el exterior, mediante al menos un elemento de desconexión, y colocar la al menos una al menos una batería recargable en estado de alerta, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
5 . El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -4, CARACTERIZADO porque el regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos unacelda, mediante el al menos un elemento regulador de energía, se realiza entre un estado abierto y cerrado.
6. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -5, CARACTERIZADO porque el regular el flujo de energía que ingresa o sale desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía, se realiza entre un 0% de flujo de energía que entra o sale a un 100% de energía que entra o sale.
7. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, CARACTERIZADO porque el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de carga de la al menos una batería recargable: aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía
41
8. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de carga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
9. El método de acuerdo con la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento reguladorde energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido.
10. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -6 y 8-9, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, durante un proceso de carga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
1 1. El método de acuerdo con la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque disminuir el flujo de energía hacia la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y aumentar el flujo de energía hacia la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido.
12. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -11 , CARACTERIZADO porque el método además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de descarga de la al menos una batería recargable: disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
13. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -11 , CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, durante un proceso de descarga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, CARACTERIZADO porque aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido.
15. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -11 , CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, durante un proceso de descarga de la al menos una batería recargable: establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; o establecer comunicación entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y el al menos un dispositivo de gestión, de manera que este establezca comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra
44 batería recargable; establecer una comunicación, mediante el dispositivo de gestión, entre la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación con al menos otra unidad de control, monitoreo y comunicación asociada a otra batería recargable; aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía.
16. El método de acuerdo con la reivindicación 15, CARACTERIZADO porque aumentar el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la que los datos sobre estado de carga están dentro o por sobre el al menos un rango preestablecido, mediante su al menos un elemento regulador de energía; y disminuir el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda en la otra batería recargable, mediante su al menos un elemento regulador de energía, se realizan hasta que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda en la cual los datos sobre estado de carga están por debajo del al menos un rango preestablecido estén nuevamente dentro del al menos un rango preestablecido.
17. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -16, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en su valor máximo, detener el flujo de energía hacia la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía.
18. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -17, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en o por debajo de un valor mínimo, detener el flujo de energía que se descarga desde la al menos una celda, mediante el al menos un elemento regulador de energía.
19. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-18, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en o por debajo del valor mínimo, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
20. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -19, CARACTERIZADO
45 porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de carga para la al menos una celda estén en o por debajo del valor mínimo, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización.
21 . El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -20, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, disminuir unos ciclos de carga/descarga en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, hasta que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido.
22. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -21 , CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén por sobre el al menos un rango preestablecido, aumentar los ciclos de carga/descarga en la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión, hasta que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido.
23. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-22, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén en o por debajo de un valor mínimo, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
24. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -23, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre estado de salud para la al menos una celda estén en o por debajo de su valor mínimo, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización indicando la necesidad de recambio para la al menos una celda.
25. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -24, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén por debajo del al menos un rango preestablecido, disminuir unos ciclos de carga/descarga en la al menos una celda hasta que los datos sobre
46 tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
26. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -25, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén por sobre el al menos un rango preestablecido, aumentar unos ciclos de carga/descarga en la al menos una celda hasta que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén dentro del al menos un rango preestablecido, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o mediante el al menos un dispositivo de gestión.
27. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 2-26, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén en o por debajo de un valor mínimo, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
28. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -27, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que los datos sobre tiempo estimado de recambio para la al menos una celda estén en o por debajo de su valor mínimo, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación y/o desde el al menos un dispositivo de gestión, hacia el al menos un dispositivo de visualización indicando la necesidad de recambio para la al menos una celda.
29. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -28, CARACTERIZADO porque además comprende medir la impedancia de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de impedancia.
30. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -29, CARACTERIZADO porque además comprende medir la humedad en el exterior de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un sensor de humedad.
31 . El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -30, CARACTERIZADO porque además comprende medir la salinidad en el exterior de la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende al menos un
47 sensor de salinidad.
32. El método de acuerdo con la reivindicación 31 , CARACTERIZADO porque al menos una de las etapas de determinar un estado de carga, determinar un estado de salud, determinar un tiempo estimado de carga, determinar un tiempo estimado de descarga, y determinar un tiempo estimado de recambio, para la al menos una celda, mediante la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación, además comprende utilizar al menos uno de los datos de impedancia, humedad y salinidad de la al menos una celda.
33. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -32, CARACTERIZADO porque además comprende medir las vibraciones en la batería recargable, mediante un sensor de vibraciones.
34. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -33, CARACTERIZADO porque además comprende monitorear la posición de la batería recargable, mediante un elemento localizador.
35. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -34, CARACTERIZADO porque además comprende medir la presión al interior de la batería recargable, mediante un sensor de presión.
36. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 -35, CARACTERIZADO porque además comprende monitorear la apertura y cierre de una carcasa externa de la batería recargable, mediante un sensor de apertura.
37. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 27-36, CARACTERIZADO porque además comprende comparar al menos uno de los datos obtenidos sobre vibraciones, posición, presión y apertura y cierre de la carcasa externa con al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos en la al menos una unidad de control y monitoreo y en el al menos un dispositivo de gestión.
38. El método de acuerdo con la reivindicación 37, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que uno o más de los datos sobre vibraciones, posición, presión y apertura y cierre de la carcasa externa están fuera del al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos, emitir una alerta sonora mediante la al menos una alarma sonora.
48
39. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 37-38, CARACTERIZADO porque además comprende, en caso de que uno o más de los datos sobre vibraciones, posición, presión y apertura y cierre de la carcasa externa están fuera del al menos un rango de valores preestablecidos para cada uno de ellos, enviar una alerta desde la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación hacia el al menos un dispositivo de visualización.
40. Una batería recargable, CARACTERIZADA porque comprende:
- al menos una carcasa exterior;
- al menos dos elementos de conexión;
- al menos una celda;
- al menos una unidad de protección y balanceo, que comprende:
• al menos un sensor de voltaje;
• al menos un sensor de corriente;
• al menos un sensor de temperatura;
• al menos un elemento regulador de energía; y
- al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación.
41. La batería recargable de acuerdo con la reivindicación 40, CARACTERIZADA porque además comprende al menos un dispositivo de visualización.
42. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-41 , CARACTERIZADA porque la al menos una unidad de protección y balanceo además comprende al menos un elemento de desconexión.
43. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-42, CARACTERIZADA porque además comprende al menos una alarma sonora.
44. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-43, CARACTERIZADA porque además comprende al menos un sensor de impedancia.
45. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-44, CARACTERIZADA porque además comprende al menos un sensor de humedad.
46. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-45, CARACTERIZADA porque además comprende al menos sensor de salinidad.
49
47. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-46, CARACTERIZADA porque la al menos una unidad de protección y balanceo y la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación realizan comunicaciones de datos a través de cables.
48. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-47, CARACTERIZADA porque la al menos una unidad de protección y balanceo y la al menos una unidad de control, monitoreo y comunicación realizan comunicaciones de datos a través redes inalámbricas 3G, 4G, 5G, Bluetooth, infrarrojo, radiofrecuencia, NFC, Wifi, LoRa, LoRaWan o cualquier otra red que permita una comunicación inalámbrica.
49. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-48, CARACTERIZADA porque además comprende al menos un sensor de vibraciones.
50. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-49, CARACTERIZADA porque además comprende al menos un elemento localizador.
51. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-50, CARACTERIZADA porque además comprende al menos un sensor de presión.
52. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-51 , CARACTERIZADA porque además comprende al menos un sensor de apertura.
53. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 44-52, CARACTERIZADA porque al menos uno del sensor de impedancia, el sensor de humedad, el sensor de salinidad, el sensor de vibraciones, el elemento localizador y el sensor de presión es comprendido por la al menos una unidad de protección y balanceo.
54. La batería recargable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 44-52, CARACTERIZADA porque al menos uno del sensor de impedancia, el sensor de humedad, el sensor de salinidad, el sensor de vibraciones, el elemento localizador y el sensor de presión es comprendido por al menos una unidad de sensores.
55. Un sistema recargable de suministro de energía, CARACTERIZADO porque comprende:
- al menos una batería recargable, de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 40-54;
- al menos un dispositivo de gestión; y
- al menos un dispositivo de visualización.
50
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