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WO2014020223A1 - Rechargeable electrical voltage supply system - Google Patents

Rechargeable electrical voltage supply system Download PDF

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Publication number
WO2014020223A1
WO2014020223A1 PCT/ES2013/070566 ES2013070566W WO2014020223A1 WO 2014020223 A1 WO2014020223 A1 WO 2014020223A1 ES 2013070566 W ES2013070566 W ES 2013070566W WO 2014020223 A1 WO2014020223 A1 WO 2014020223A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
controlled
converter
voltage
sda
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/ES2013/070566
Other languages
Spanish (es)
French (fr)
Inventor
Angel Cid Pastor
Jean François REYNAUD
Enric VIDAL IRIARTE
Javier MAIXÉ ALTÉS
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Universitat Rovira i Virgili URV
Original Assignee
Universitat Rovira i Virgili URV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Universitat Rovira i Virgili URV filed Critical Universitat Rovira i Virgili URV
Publication of WO2014020223A1 publication Critical patent/WO2014020223A1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
    • H02J7/0014Circuits for equalisation of charge between batteries
    • H02J7/0016Circuits for equalisation of charge between batteries using shunting, discharge or bypass circuits
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0047Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with monitoring or indicating devices or circuits
    • H02J7/0048Detection of remaining charge capacity or state of charge [SOC]
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the system comprises for each controlled circuit a conditioning circuit of the signals coming from the physical variable sensors of the battery.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

SISTEMA DE SUMINISTRO DE TENSIÓN ELÉCTRICA RECARGABLE  RECHARGEABLE ELECTRIC VOLTAGE SUPPLY SYSTEM

La presente invención se refiere a un sistema de suministro de tensión eléctrica recargable que optimiza la utilización de energía mediante un equilibrado no resistivo de las células de la batería del sistema. The present invention relates to a rechargeable electric voltage supply system that optimizes energy utilization by non-resistive balancing of the system's battery cells.

Antecedentes de la invención Background of the invention

Son conocidos los sistemas de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprenden una batería provista de una pluralidad de células conectadas en serie, una salida de tensión destinada a una carga, una entrada de tensión para la recarga, un primer módulo convertidor dispuesto entre la batería y la salida y sensores de variables físicas de la batería que reflejan su estado de carga. Rechargeable electric voltage supply systems are known, comprising a battery provided with a plurality of cells connected in series, a voltage output intended for a charge, a voltage input for recharging, a first converter module disposed between the battery and the output and sensors of physical variables of the battery that reflect its state of charge.

Es el caso de WO201 150191 , que se considera el estado de la técnica más cercano y en el que se describe un dispositivo de equilibrado de carga de baterías provisto de circuitos de protección contra inversión de polaridad de células de batería.  This is the case of WO201 150191, which is considered to be the closest state of the art and in which a battery charging balancing device is provided provided with protection circuits against the reversal of battery cell polarity.

En WO2011070517 se emplea un equilibrado activo de la redistribución de energía provisto de elementos reactivos, tales como transformadores o inductores, que transfieren la energía entre células. No se plantea la desconexión ni una salida con niveles de tensión  In WO2011070517 an active balancing of the redistribution of energy provided with reactive elements, such as transformers or inductors, which transfer energy between cells is used. There is no disconnection or an output with voltage levels

escalonados ni el sistema de control de convertidor a partir de señales del dispositivo de gestión de dichos elementos activos. staggered nor the converter control system from signals of the management device of said active elements.

En IT2009VI0254 (WO201 1047741) y WO201 1042243, similares a la anterior, se describen dispositivos de equilibrado mediante elementos disipativos.  In IT2009VI0254 (WO201 1047741) and WO201 1042243, similar to the previous one, balancing devices by dissipative elements are described.

Sin embargo, en todos estos dispositivos se emplean resistencias dispuestas en paralelo con la célula, con las pérdidas energéticas que ello supone.  However, all these devices use resistors arranged in parallel with the cell, with the energy losses that this entails.

Descripción de la invención Description of the invention

Para superar el mencionado inconveniente de la técnica, la presente invención propone un sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende: To overcome the aforementioned drawback of the technique, the present invention proposes a rechargeable electric voltage supply system, comprising:

una batería provista de una pluralidad de células conectadas en serie;  a battery provided with a plurality of cells connected in series;

una salida de tensión destinada a una carga;  a voltage output intended for a load;

una entrada de tensión para la recarga;  a voltage input for recharging;

un primer módulo convertidor dispuesto entre la batería y la salida;  a first converter module arranged between the battery and the output;

- sensores de variables físicas de la batería que reflejan su estado de carga; - sensors of physical variables of the battery that reflect its state of charge;

que se caracteriza por el hecho de que comprende unos circuitos controlados de by-pass de las células y un dispositivo de gestión de la batería de los circuitos que recibe señales provenientes de los sensores, de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células obteniéndose una tensión variable a la salida de la batería que puede ser adaptada a la salida de tensión mediante el primer convertidor. characterized by the fact that it comprises controlled by-pass circuits of the cells and a battery management device of the circuits that receive signals from the sensors, so that it is possible to balance the state of charge of the cells obtaining a variable voltage at the output of the battery that can be adapted to the voltage output through the first converter.

Preferentemente, el sistema comprende lazos de realimentación y bus de comunicación entre el dispositivo de control y los módulos convertidores, de modo que estos pueden conocer de antemano las variaciones de tensión y adaptar mejor su funcionamiento a las variaciones de la tensión de la batería. Preferably, the system comprises feedback loops and communication bus between the control device and the converter modules, so that they can know in advance the voltage variations and better adapt their operation to the variations in the battery voltage.

Ventajosamente, el sistema comprende un segundo módulo convertidor dispuesto entre la entrada y la batería obteniéndose una tensión variable a la salida de la batería que puede ser adaptada a la entrada mediante el segundo convertidor.  Advantageously, the system comprises a second converter module arranged between the input and the battery, obtaining a variable voltage at the output of the battery that can be adapted to the input by means of the second converter.

Según una variante del sistema, cada uno de los circuitos controlados de by-pass de las células comprenden un interruptor de célula controlado, un interruptor de bypass controlado y un diodo dispuestos en paralelo.  According to a variant of the system, each of the cell by-pass controlled circuits comprises a controlled cell switch, a controlled bypass switch and a diode arranged in parallel.

Según otra variante, cada uno de los circuitos controlados de by-pass de las células comprenden un interruptor de célula controlado, y un diodo dispuestos en paralelo. According to another variant, each of the cells controlled by-pass circuits comprises a controlled cell switch, and a diode arranged in parallel.

Más ventajosamente, el sistema comprende para cada circuito controlado un circuito driver de accionamiento, que es controlado por el dispositivo de gestión de la batería.  More advantageously, the system comprises for each controlled circuit a drive driver circuit, which is controlled by the battery management device.

Preferentemente, el sistema comprende para cada circuito controlado un circuito de acondicionamiento de las señales provenientes de los sensores de variables físicas de la batería.  Preferably, the system comprises for each controlled circuit a conditioning circuit of the signals coming from the physical variable sensors of the battery.

Ventajosamente, las señales provenientes de los sensores de variables físicas de la batería son de Tensión, Corriente y/o Temperatura.  Advantageously, the signals from the physical variable sensors of the battery are Voltage, Current and / or Temperature.

Finalmente, se pueden integrar en un único bloque los siguientes componentes:  Finally, the following components can be integrated into a single block:

- la batería;  - Battery;

los sensores;  the sensors;

los circuitos controlados;  the controlled circuits;

el primer y/o el segundo módulo convertidor;  the first and / or the second converter module;

La invención también se refiere a un vehículo provisto de un sistema según cualquiera de las variantes de la invención descritas. The invention also relates to a vehicle provided with a system according to any of the variants of the invention described.

Breve descripción de las figuras Brief description of the figures

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización. La figura 1 representa esquemáticamente un circuito de equilibrado según la invención. La figura 2 representa una versión simplificada del circuito de equilibrado. To better understand how much has been exposed, some drawings are attached in which, schematically and only by way of non-limiting example, a practical case of realization is represented. Figure 1 schematically represents a balancing circuit according to the invention. Figure 2 represents a simplified version of the balancing circuit.

La figura 3 representa la integración de los módulos convertidores y del sistema de equilibrado, con un lazo de realimentación con la carga. Figure 3 represents the integration of the converter modules and the balancing system, with a feedback loop with the load.

Descripción de realizaciones preferidas Description of preferred embodiments

En la figura 1 se ilustra una típica arquitectura eléctrica de un vehículo eléctrico. En ella se pueden distinguir los principales módulos: A typical electrical architecture of an electric vehicle is illustrated in Figure 1. In it you can distinguish the main modules:

4: Módulo convertidor AC-DC: este módulo convertidor carga la batería desde la red eléctrica G o cualquier otro tipo de fuente de energía eléctrica, placa fotovoltaica, pila combustible. Habitualmente el convertidor AC-DC funciona como corrector activo del factor de potencia (en inglés Power Factor Corrector, PFC). Si el convertidor es bidireccional, también puede inyectar energía a la red eléctrica.  4: AC-DC converter module: this converter module charges the battery from the G power grid or any other type of electric power source, photovoltaic plate, fuel cell. Usually the AC-DC converter functions as an active corrector of the power factor (in English Power Factor Corrector, PFC). If the converter is bidirectional, it can also inject power into the mains.

3: Módulo convertidor: 1a Opción: convertidor DC-AC, este módulo se encarga del accionamiento del motor 2; 3: Converter module: 1 to Option: DC-AC converter, this module is responsible for driving motor 2;

2a Opción: convertidor DC-DC, el convertidor garantiza una tensión DC regulada a la entrada del accionamiento del motor. En ambos casos, si el convertidor es bidireccional puede inyectar energía a la batería desde el motor: funcionamiento como frenado regenerativo. 1 : Módulo de Almacenamiento de Energía MAE: constituido por la batería o conjunto de baterías, o cualquier tecnología de almacenamiento de energía que precise de equilibrado, tal como supercondensadores. En general, también incluye un módulo de gestión de la batería 6 y un sistema de equilibrado de tipo activo o pasivo, como los descritos en antecedentes, por ejemplo. 2 a Option: DC-DC converter, the converter guarantees a regulated DC voltage at the motor drive input. In both cases, if the converter is bidirectional, it can inject energy into the battery from the motor: operation as regenerative braking. 1: MAE Energy Storage Module: consisting of the battery or battery pack, or any energy storage technology that requires balancing, such as supercapacitors. In general, it also includes a battery management module 6 and an active or passive balancing system, such as those described in the background, for example.

Tal como se puede apreciar en la figura 1 , la invención se refiere a un sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende: una batería 1.1 provista de una pluralidad de células CAXI , CAX2, ■■■ CAXP conectadas en serie; As can be seen in Figure 1, the invention relates to a rechargeable electric voltage supply system, comprising: a battery 1.1 provided with a plurality of connected cells CA X I, CA X 2, ■■■ CA XP serially;

una salida de tensión V0 destinada a una carga 2; a voltage output V 0 destined for a load 2;

una entrada de tensión V| para la recarga;  a voltage input V | for recharging;

un primer módulo convertidor 3 dispuesto entre la batería 1 y la salida V0; sensores 5 de variables físicas de la batería 1.1 que reflejan su estado de carga; Concretamente, tal como se aprecia en la figura 1 , el sistema de la invención comprende unos circuitos EM UAXI , EM UAX2, ■■■ ΕΜ ΙΙΑΧΠ controlados de by-pass de las células CAXI , CAX2, ... CAXP y un dispositivo de gestión de la batería 6 de los circuitos EM UAXI , EM UAX2,■■■ EMUAxn que recibe señales provenientes de los sensores 5, de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células CAXI , CAX2, ■■■ CA obteniéndose una tensión variable V¡nt a la salida de la batería 1.1 que puede ser adaptada a la salida de tensión V0 mediante el primer convertidor 3. a first converter module 3 disposed between battery 1 and output V 0 ; sensors 5 of physical variables of battery 1.1 that reflect its state of charge; Specifically, as seen in Figure 1, the system of the invention comprises circuits EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ ΕΜ ΙΙΑ ΧΠ controlled bypass of the cells CA X I, CA X 2 , ... CA XP and a battery management device 6 of the circuits EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EMUAxn that receives signals from the sensors 5, so that it is possible to balance the state of X charging CA I, CA X 2 ■■■ CA XH cells yielding a variable voltage Vf n ta the battery output 1.1 can be adapted to the output voltage V 0 by the first converter 3.

Se destaca que en la presente descripción batería engloba tanto las células que suministran tensión como los circuitos EM U de bypass de las células.  It is emphasized that in the present description battery encompasses both the cells that supply voltage and the EM U circuits bypass the cells.

Según una realización especialmente preferida, se prevé un segundo módulo convertidor 4 dispuesto entre la entrada V| y la batería 1.1 obteniéndose una tensión variable V¡nt a la salida de la batería 1.1 que puede ser adaptada a la entrada V| mediante el segundo convertidor 4. According to a particularly preferred embodiment, a second converter module 4 provided between the input V | and battery voltage 1.1 V , resulting in a variable nt to 1.1 battery output that can be adapted to the input V | by the second converter 4.

También se prevén unos lazos de realimentación C1 , C2 y un bus de comunicación entre el dispositivo de control 6 y los módulos convertidores 3, 4, de modo que estos pueden conocer de antemano las variaciones de V¡nt y adaptar mejor su funcionamiento a las variaciones de la tensión de la batería 1.1. A feedback loops C1, C2 and a communication bus between the control device 6 and the converter modules 3, 4, so that they can know beforehand the variations of Vf nt and better adapt its operation is also made to Variations in battery voltage 1.1.

Cada uno de los circuitos EMUAXI , EM UAX2,■■■ EM UAxn controlados de by-pass de las células CAXI , CAX2, ■■■ CAXP comprenden un interruptor de célula controlado SDAXI , SDAX2, ■■■ SDAXP, un interruptor de bypass controlado SCAXI , SCAX2, ■■■ SCAXP y un diodo DAXI , DAX2, ■■■ DAXP dispuestos en paralelo. Each of the EMUA X I, EM UA X 2, ■■■ EM UAxn controlled by-pass circuits of the CA X I, CA X 2, ■■■ CA XP circuits comprises an SDA X I controlled cell switch, SDA X 2, ■■■ SDA XP , a controlled bypass switch SCA X I, SCA X 2, ■■■ SCA XP and a diode DA X I, DA X 2, ■■■ DA XP arranged in parallel.

Tal como se aprecia en la figura 2, los circuitos EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EMUAXP controlados de by-pass de las células CAXI , CAX2, ■■■ CAXP se pueden implementar con un interruptor de célula controlado SDAXI , SDAX2, ■■■ SDAXP, y un diodo DAXI , DAX2, ■■■ DAXP dispuestos en paralelo. As shown in Figure 2, the circuits EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EMUA XP by-pass controlled cells CA X I, CA X 2, ■■■ CA XP can be implemented with a controlled cell switch SDA X I, SDA X 2, ■■■ SDA XP , and a diode DA X I, DA X 2, ■■■ DA XP arranged in parallel.

Tal como se aprecia en la figura 1 , cada circuito EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EM UAXP controlado comprende un circuito driver de accionamiento GDUAXI , GDUAX2, ■■■ GDUAXP, que es controlado por el dispositivo de gestión de la batería 6. As shown in Figure 1, each EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EM UA XP controlled circuit comprises a GDUA X I, GDUA X 2 drive driver circuit, ■■■ GDUA XP , which is controlled by the battery management device 6.

Asimismo se prevé para cada circuito EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EM UAXP controlado un circuito de acondicionamiento AUAXI , AUAX2, ■■■ AUAXP de las señales provenientes de los sensores 5 de variables físicas de la batería 1.1. Likewise, for each circuit EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EM UA XP controlled a conditioning circuit AUA X I, AUA X 2, ■■■ AUA XP of the signals coming from the sensors 5 of variables Battery physics 1.1.

Las señales provenientes de los sensores 5 de variables físicas de la batería 1.1 son de Tensión VCAXI , VCAX2, ■■■ VCAXH, Corriente ICAXI , ICAX2, ■■■ ICAXH y/o Temperatura TCAXI , TCAX2, ... TCAXÜ- The signals from the sensors 5 of physical variables of the battery 1.1 are of Voltage VCAXI, VCAX2, ■■■ VCAXH, Current ICAXI, ICAX2, ■■■ ICAXH and / or Temperature TCAXI, TCAX2, ... TCAXÜ-

Asimismo, los interruptores controlados de bypass SCAXP y SDAXP pueden estar provistos de un circuito de protección para evitar sobretensiones. Likewise, the SCA XP and SDA XP bypass controlled switches can be provided with a protection circuit to prevent overvoltages.

Tal como se muestra esquemáticamente en la figura 3, se integran en un único bloque C los siguientes componentes: As shown schematically in Figure 3, the C blocks are integrated into following components:

la batería 1.1 ;  the battery 1.1;

los sensores 5;  the sensors 5;

los circuitos controlados EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EM UA™;  the controlled circuits EM UAXI, EM UAX2, ■■■ EM UA ™;

- el primer 3 y/o el segundo 4 módulo convertidor;  - the first 3 and / or the second 4 converter module;

de modo que el conjunto C se aprecia externamente como una batería que suministra una tensión constante. so that the set C is externally appreciated as a battery that supplies a constant voltage.

MODOS DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA PROPUESTO (EJEMPLO DE MODES OF OPERATION OF THE PROPOSED SYSTEM (EXAMPLE OF

APLICACIÓN PARA VEHÍCULO ELECTRICO) APPLICATION FOR ELECTRIC VEHICLE)

Existen varios modos de funcionamiento del sistema de equilibrado propuesto que pueden clasificarse, de manera general, en función del signo de la corriente de la batería (i.e. si la batería se esta cargando IBAT>0 o si se esta descargando IBAT<0) y del origen de la energía (i.e. si la energía proviene del motor, de la red eléctrica o de la propia batería). Teniendo en cuenta estas situaciones se pueden definir cuatro modos de funcionamiento (tabla I): There are several modes of operation of the proposed balancing system that can be classified, in general, according to the sign of the battery current (ie if the battery is charging IBAT> 0 or if IBAT <0 is being discharged) and origin of the energy (ie if the energy comes from the motor, from the mains or from the battery itself). Taking these situations into account, four operating modes can be defined (table I):

Modo M1 : Equilibrado durante la carga de la batería a través de la red eléctrica Modo M2: Equilibrado durante la carga de la batería a través del motor, frenado regenerativo  M1 mode: Balanced during battery charging through the mains M2 mode: Balanced during battery charging through the engine, regenerative braking

Modo M3: Equilibrado durante la descarga de la batería, alimenta al motor  M3 mode: Balanced during battery discharge, feeds the engine

Modo M4: Equilibrado durante la descarga de la batería para inyectar energía en la red eléctrica  M4 mode: Balanced during battery discharge to inject power into the mains

Tabla I: Modos de funcionamiento del sistema de equilibrado  Table I: Operating modes of the balancing system

Modo Modo Mode Mode

Batería Fuente de funcionamiento funcionamientoBattery Operating source operation

Modo Descripción Mode Description

energía Convertidor Convertidor bidireccional 4 bidireccional 3  Power Converter Bidirectional converter 4 Bidirectional 3

Convertidor 3 no Converter 3 no

Típica carga funciona. En estos red desde una momentos el motorTypical load works. In these networks from a moment the engine

M1 >0, carga Como AC-DC, PFC M1> 0, load As AC-DC, PFC

eléctrica toma de no funciona, el corriente vehículo esta parado cargándose electric socket does not work, the vehicle current is stopped charging

Frenado Convertidor 4 no Braking Converter 4 no

regenerativo: funciona. En estos AC-DC, i.e. la Regenerative: works. In these AC-DC, i.e. the

M2 >0, carga Motor el motor momentos el motor energía va del motor funciona como funciona, el vehículo a la batería. generador. esta en movimiento y M2> 0, Motor load the engine moments the engine power goes from the engine works as it works, the vehicle to the battery. generator. is on the move and

no puede estar conectado a la toma can't be connected to the socket

de la red eléctrica  of the power grid

Convertidor 4 no  Converter 4 no

El motor se  The engine is

funciona. En estos  works. In these

alimenta  feed

momentos el motor  moments the engine

desde la DC-AC from DC-AC

<o, funciona el vehículo <or, the vehicle works

M3 batería batería a  M3 battery battery a

descarga esta en movimiento y Accionamiento del través del  download is in motion and Drive through the

no puede estar motor convertidor  can't be converter motor

conectado a la toma  connected to the socket

bidireccional 3  bidirectional 3

de la red eléctrica  of the power grid

En este caso funciona  In this case it works

como DC-AC, la En estos momentos as DC-AC, the right now

<o, la batería cede energía va del puerto el motor no funciona,<or, the battery yields power goes from the port the engine does not work,

M4 batería M4 battery

descarga energía la red de salida (DC) al el vehículo esta puerto de entrada parado.  Discharge the output network (DC) to the vehicle this input port stopped.

(AC)  (AC)

El equilibrado de las células de las baterías puede realizarse en cualquiera de los modos de funcionamiento descritos en la tabla I. La figura 1 ilustra el circuito de equilibrado genérico que puede operar en cualquiera de los 4 modos citados anteriormente. Es posible también, por cuestiones de coste, que el equilibrado se efectúe en grupos de 2 más células, es decir que el componente referenciado como CAxn represente a un conjunto de dos o más células. The balancing of the battery cells can be performed in any of the operating modes described in Table I. Figure 1 illustrates the generic balancing circuit that can operate in any of the 4 modes mentioned above. It is also possible, for reasons of cost, that the balancing is carried out in groups of 2 more cells, that is to say that the component referenced as C Axn represents a set of two or more cells.

Funcionamiento de los convertidores en cada modo de funcionamiento: Operation of the converters in each operating mode:

M1- La batería se carga a través del Convertidor-Bidireccional 4. Este convertidor actúa como un convertidor AC-DC. El convertidor bidireccional puede ser un convertidor individual AC-DC o puede ser el fruto de la interconexión de varios convertidores modulares, ya sea mediante una conexión en cascada, en paralelo u otras. M1- The battery is charged through the Bidirectional Converter 4. This converter acts as an AC-DC converter. The bidirectional converter can be an individual AC-DC converter or it can be the result of the interconnection of several modular converters, either through a cascade, parallel or other connection.

M2- La batería se carga a través del Convertidor-Bidireccional 3: funcionamiento de la máquina eléctrica como generador Este convertidor actúa como un convertidor AC-DC. El convertidor bidireccional puede ser un convertidor individual AC-DC o puede ser el fruto de la interconexión de varios convertidores modulares, ya sea mediante una conexión en cascada, en paralelo u otras M2- The battery is charged through the Bidirectional Converter 3: operation of the electric machine as a generator This converter acts as an AC-DC converter. The bidirectional converter can be an individual AC-DC converter or it can be the result of the interconnection of several modular converters, either through a cascade connection, in parallel or other

M3- La batería se descarga a través del convertidor bidireccional 3: funcionamiento de la máquina eléctrica como motor. El convertidor bidireccional puede ser un convertidor individual DC-AC o puede ser el fruto de la interconexión de varios convertidores modulares, ya sea mediante una conexión en cascada, en paralelo u otras. M3- The battery is discharged through the bidirectional converter 3: operation of the electric machine as a motor. The bidirectional converter can be an individual DC-AC converter or it can be the result of the interconnection of several modular converters, either through a cascade, parallel or other connection.

M4- La batería se descarga a través del Convertidor-Bidireccional 4 (en este caso la batería suministra energía a la red eléctrica. M4- The battery is discharged through the Bidirectional Converter 4 (in this case the battery It supplies power to the power grid.

Tal como se puede apreciar a partir en la figura 1 , se prevén dos buses de comunicación C1 y C2. A través de estos buses el módulo de gestión de la batería 6 envía información a los módulos convertidores. Por ejemplo, el módulo de gestión de la batería 6 puede avisar a los módulos convertidores de que se va a producir una perturbación de la tensión de la batería. De esta forma los módulos convertidores pueden preparar la acción de control necesaria para compensar la variación de tensión. Al mismo tiempo el módulo de gestión de la batería 6 puede recibir información de los módulos convertidores informando de que en determinado instante no es conveniente realizar ningún equilibrado o todo lo contrario, que en ese momento es el momento idóneo para hacerlo. Por ejemplo, puede ser el caso de un vehículo parado en semáforo. As can be seen from Figure 1, two communication buses C1 and C2 are provided. Through these buses the battery management module 6 sends information to the converter modules. For example, the battery management module 6 may notify the converter modules that a battery voltage disturbance will occur. In this way the converter modules can prepare the necessary control action to compensate for the voltage variation. At the same time the battery management module 6 can receive information from the converter modules informing that at any given moment it is not convenient to perform any balancing or the opposite, which at that time is the ideal time to do so. For example, it may be the case of a vehicle stopped at a traffic light.

MODO EQUILIBRADO SIMPLIFICADO El modo de equilibrado más simple es el equilibrado en el modo de descarga. Esto es debido a que el circuito EMU solo necesita de un interruptor bidireccional SDaxn y un diodo Daxn. Este es el modo más fácil y económico de implementar el sistema de equilibrado propuesto. La figura 2 ilustra el circuito EMU asociado a este modo de equilibrado. Sin embargo, puede ocurrir por ejemplo que una de las células se haya degradado en exceso reduciendo su capacidad. En este sentido, el estado de plena carga se alcanzaría en diferente momento que el resto. Así pues, se hace necesario bypassear esta célula, durante la carga, abriendo SD y cerrando SC. Para ello se necesita el interruptor SC de la variante ilustrada en la figura 1. SIMPLIFIED BALANCED MODE The simplest balancing mode is balancing in the download mode. This is because the EMU circuit only needs a two-way SDaxn switch and a Daxn diode. This is the easiest and most economical way to implement the proposed balancing system. Figure 2 illustrates the EMU circuit associated with this balancing mode. However, it can happen, for example, that one of the cells has degraded excessively reducing its capacity. In this sense, the state of full load would be reached at a different time than the rest. Thus, it is necessary to bypass this cell, during loading, opening SD and closing SC. This requires the switch SC of the variant illustrated in Figure 1.

Lo mismo ocurriría en el caso de que una célula deteriorada se descargue mucho más rápidamente que las otras, en este sentido se inutilizarían o bypassearían durante el proceso de descarga de la batería. Esta maniobra puede hacerse tanto con la versión completa como con la simplificada. The same would happen in the event that a damaged cell discharges much faster than the others, in this sense they would be disabled or bypassed during the battery discharge process. This maneuver can be done with both the full version and the simplified version.

Finalmente, una célula averiada debería poder ser desconectada definitivamente manteniendo cerrado indefinidamente SC y abierto SD. En este caso se necesita el interruptor SC de la variante ilustrada en la figura 1. En resumen, se aprecia que el circuito genérico EM UAXP de la figura 1 aunque tiene un mayor numero de elementos sería el que proporcionaría mejores prestaciones del sistema incluso aportando un cierto grado de tolerancia a fallos cuando una o varias células estuviesen averiadas. Tal como se ilustra en la figura 3, se prevé una integración total en el sistema de almacenaje de todos los módulos convertidores de la figura 1. De esta forma, el conjunto C seria visto desde el exterior como un sistema con una entrada y una salida con capacidad para albergar una determinada cantidad de energía. En la entrada se podría conectar la red eléctrica de corriente alterna o un bus de corriente continua y en la salida, se podría conectar la carga. La carga podría ser de corriente continua (entrada del accionamiento eléctrico del motor) o alterna (suponiendo que el accionamiento del motor de AC está también integrado en el módulo C). Internamente se aseguraría el equilibrado de las células de la batería mediante la invención. Finally, a damaged cell should be able to be disconnected permanently by keeping SC closed and SD open indefinitely. In this case, the switch SC of the variant illustrated in figure 1 is needed. In summary, it can be seen that the generic circuit EM UA XP of figure 1 although it has a greater number of elements would be the one that would provide better system performance even by providing a certain degree of fault tolerance when one or more cells were damaged. As illustrated in Figure 3, a total integration into the storage system of all converter modules of Figure 1 is provided. In this way, the assembly C would be viewed from the outside as a system with an input and an output With capacity to house a certain amount of energy. At the input the AC power grid or a DC bus could be connected and at the output, the load could be connected. The load could be direct current (motor electric drive input) or alternating current (assuming that the AC motor drive is also integrated in module C). Internally, the balancing of the battery cells by the invention would be ensured.

En este caso C puede llevar integrado el accionamiento del motor, de ahí que sea necesario prever el lazo de feedback C3 mostrado en la figura 3.  In this case C, the motor drive can be integrated, hence it is necessary to provide the feedback loop C3 shown in Figure 3.

Además el sistema tendría la capacidad de recibir y enviar la información de la carga o de la red eléctrica para la realización de determinadas tareas  In addition, the system would have the ability to receive and send the information of the load or the electrical network for the performance of certain tasks

Una opción alternativa interesante seria la siguiente: An interesting alternative option would be the following:

El sistema llevaría integrado el módulo convertidor 3, la batería, el sistema de equilibrado y el módulo convertidor 4. El módulo convertidor 4 seria bidireccional y permitiría la carga/descarga de la batería desde/hacia la red. El módulo convertidor 3 regularía la tensión de salida independientemente de las perturbaciones introducidas por el sistema de equilibrado al bypassear células. De esta forma la carga no distinguiría entre la salida de una batería y la salida del modulo convertidor. La diferencia respecto el caso anterior radica en el hecho de que C no incluye el convertidor que realiza el accionamiento del motor.  The system would have integrated the converter module 3, the battery, the balancing system and the converter module 4. The converter module 4 would be bi-directional and would allow the battery to be charged / discharged from / to the network. The converter module 3 would regulate the output voltage regardless of the disturbances introduced by the balancing system when bypassing cells. In this way the load would not distinguish between the output of a battery and the output of the converter module. The difference from the previous case lies in the fact that C does not include the converter that performs the motor drive.

A pesar de que se ha hecho referencia a una realización concreta de la invención, es evidente para un experto en la materia que el sistema descrito es susceptible de numerosas variaciones y modificaciones, y que todos los detalles mencionados pueden ser substituidos por otros técnicamente equivalentes, sin apartarse del ámbito de protección definido por las reivindicaciones adjuntas. Although reference has been made to a specific embodiment of the invention, it is apparent to one skilled in the art that the described system is susceptible of numerous variations and modifications, and that all the mentioned details can be replaced by other technically equivalent ones, without departing from the scope of protection defined by the appended claims.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Sistema de suministro de tensión eléctrica recargable, que comprende: - una batería (1.1) provista de una pluralidad de células (CAXI , CAX2, ■■■ CAXP) conectadas en serie; 1. Rechargeable electric voltage supply system, comprising: - a battery (1.1) provided with a plurality of cells (CA X I, CA X 2, ■■■ CA XP ) connected in series; una salida de tensión (V0) destinada a una carga (2); a voltage output (V 0 ) intended for a load (2); una entrada de tensión (V|) para la recarga;  a voltage input (V |) for recharging; un primer módulo convertidor (3) dispuesto entre la batería (1.1) y la salida (V0); a first converter module (3) disposed between the battery (1.1) and the output (V 0 ); sensores (5) de variables físicas de la batería (1.1) que reflejan su estado de carga; caracterizado por el hecho de que comprende unos circuitos (EMUAXI , EM UAX2, ■■■ ΕΜ ΙΙΑΧΠ) controlados de by-pass de las células (CAXI , CAX2, ■■■ CAXP) y un dispositivo de gestión de la batería (6) de los circuitos (EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EM UAxn) que recibe señales provenientes de los sensores (5), de modo que es posible equilibrar el estado de carga de las células (CAXI , CAX2, ■■■ CAXP) obteniéndose una tensión variable (V¡nt) a la salida de la batería (1.1) que puede ser adaptada a la salida de tensión (V0) mediante el primer convertidor (3). sensors (5) of physical variables of the battery (1.1) that reflect its state of charge; characterized by the fact that it comprises circuits (EMUA X I, EM UA X 2, ■■■ ΕΜ ΙΙΑ ΧΠ ) controlled by-pass cells (CA X I, CA X 2, ■■■ CA XP ) and a battery management device (6) of the circuits (EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EM UAxn) that receives signals from the sensors (5), so that it is possible to balance the state of load cells (CA X I, X 2 CA, CA ■■■ XP) to give a variable voltage (Vf nt) at the output of the battery (1.1) which can be adapted to the output voltage (V 0) by the first converter (3). 2. Sistema según la reivindicación 1 , que comprende lazos de realimentación y bus de comunicación entre el dispositivo de gestión de la batería (6) y los módulos convertidores (3, 4), de modo que estos pueden conocer de antemano las variaciones de (V¡nt) y adaptar mejor su funcionamiento a las variaciones de la tensión de la batería (1). 2. System according to claim 1, comprising feedback loops and communication bus between the battery management device (6) and the converter modules (3, 4), so that they can know in advance the variations of ( Vt nt) and better adapt its operation to variations in the voltage of the battery (1). 3. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un segundo módulo convertidor (4) dispuesto entre la entrada (V|) y la batería (1.1) obteniéndose una tensión variable (V¡nt) a la salida de la batería (1.1) que puede ser adaptada a la entrada (V|) mediante el segundo convertidor (4). 3. System according to any of the preceding claims, comprising a second willing converter (4) between the input (V |) and battery (1.1) to give a variable voltage (Vf nt) at the output of the battery (1.1 ) that can be adapted to the input (V |) by the second converter (4). 4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno de los circuitos (EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EM UAxn) controlados de by-pass de las células (CAXI , CAX2, ■■■ CAXP) comprenden un interruptor de célula controlado (SDAXI , SDAX2, ■■■ SDAXP), un interruptor de bypass controlado (SCAXI , SCAX2, ■■■ SCAXP) y un diodo (DAXI , DAX2, ■■■ DAXP) dispuestos en paralelo. 4. System according to any of the preceding claims, wherein each of the circuits (EM UAXI, EM UAX2, ■■■ EM UAxn) controlled by-pass cells (CAXI, CAX2, ■■■ CA XP ) they comprise a controlled cell switch (SDA X I, SDA X 2, ■■■ SDA XP ), a controlled bypass switch (SCAXI, SCAX2, ■■■ SCAXP) and a diode (DAXI, DAX2, ■■■ DAXP) arranged in parallel. 5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que cada uno de los circuitos (EM UAXI , EM UAX2, ■■■ ΕΜ ΙΙΑΧΠ) controlados de by-pass de las células (CAXI , CAX2, ■■■ CAXP) comprenden un interruptor de célula controlado (SDAXI , SDAX2, ■■■ SDAXP), y un diodo (DAXI , DAX2, ■■■ DAXP) dispuestos en paralelo. 5. System according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the circuits (EM UAXI, EM UAX2, ■■■ ΕΜ ΙΙΑΧΠ) controlled by-pass cells (CAXI, CAX2, ■■■ CA XP ) comprise a controlled cell switch (SDA X I, SDA X 2, ■■■ SDA XP ), and a diode (DA X I, DA X 2, ■■■ DA XP ) arranged in parallel. 6. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende para cada circuito (EM UAXI , EM UAX2,■■■ EMUAxn) controlado un circuito driver de accionamiento (GDUAXI , GDUAX2,■■■ GDUAxn), que es controlado por el dispositivo de gestión de la batería (6). 6. System according to any of the preceding claims, comprising for each circuit (EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EMUAxn) controlled a driver driver circuit (GDUA X I, GDUA X 2, ■■■ GDUAxn ), which is controlled by the battery management device (6). 7. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende para cada circuito (EM UAXI , EM UAX2, ■■■ EMUAxn) controlado un circuito de acondicionamiento (AUAXI , AUAX2, ■■■ ΑΙΙΑΧΠ) de las señales provenientes de los sensores (5) de variables físicas de la batería (1.1). 7. System according to any of the preceding claims, comprising for each circuit (EM UA X I, EM UA X 2, ■■■ EMUAxn) controlled a conditioning circuit (AUA X I, AUA X 2, ■■■ ΑΙΙΑ ΧΠ ) of the signals coming from the sensors (5) of physical variables of the battery (1.1). 8. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las señales provenientes de los sensores (5) de variables físicas de la batería (1.1) son de Tensión (VCAXI , VCAX2, ... VCAXH), Corriente (ICAXI , ICAX2, ... ICAXH) y/o Temperatura (TCAXI , TCAX2, ... TCAXÜ). System according to any of the preceding claims, in which the signals from the sensors (5) of physical variables of the battery (1.1) are of Voltage (VCAXI, VCAX2, ... VCAXH), Current (ICAXI, ICAX2 , ... ICAXH) and / or Temperature (TCAXI, TCAX2, ... TCAXÜ). 9. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se integran en un único bloque (C) los siguientes componentes: 9. System according to any of the preceding claims, wherein the following components are integrated into a single block (C): la batería (1.1);  the battery (1.1); los sensores (5);  the sensors (5); los circuitos controlados (EM UAXI , EM UAX2,■■■ EMUAxn);  the controlled circuits (EM UAXI, EM UAX2, ■■■ EMUAxn); - el primer (3) y/o el segundo (4) módulo convertidor;  - the first (3) and / or the second (4) converter module; 10. Vehículo provisto de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 10. Vehicle provided with a system according to any of the preceding claims.
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