SISTEMA DE ACUMULACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA

Sector de la técnica

La presente invención tiene por objeto un sistema de acumulación de energía eléctrica especialmente diseñado para su aplicación en cadenas de tracción ferroviarias.

El sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención permite su utilización en alimentación eléctrica ferroviaria en corriente continua, en donde se emplea una etapa de conversión DC/DC sin aislamiento.

El sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención permite también su utilización en alimentación eléctrica ferroviaria en donde no existe una etapa de conversión DC/DC.

Así pues, el sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención incorpora, en sí mismo, todas las medidas de aislamiento necesarias para garantizar la seguridad y la integridad del equipamiento electrónico interno del sistema de acumulación, así como la seguridad frente al riesgo eléctrico para una persona que manipule el sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la invención.

El sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención tiene aplicación en el ámbito de la industria de diseño, fabricación, y explotación de sistemas de acumulación de energía eléctrica y, más concretamente, en sistemas de almacenamiento/acumulación de energía eléctrica embarcados en vehículos de tracción eléctrica ferroviaria.

Estado de la técnica

En el estado de la técnica, los vehículos de tracción eléctrica ferroviaria incorporan frecuentemente unidades o sistemas de almacenamiento o acumulación de energía eléctrica, consistentes normalmente en baterías y/o ultracapacidades. Mediante estos sistemas de acumulación de energía eléctrica, se consigue disponer de un remanente de energía utilizable especialmente en aquellos tramos de la vía en donde, por las circunstancias propias del trazado, no se dispone de alimentación desde catenaria, o para aquellas circunstancias en las que la alimentación desde catenaria se ve interrumpida.

Cuando la energía proviene de catenaria de corriente alterna, la energía ha de pasar por una etapa previa de rectificación a corriente continua, para poder alimentar y cargar los sistemas de acumulación de energía eléctrica.

Tanto si la energía proviene de catenaria de corriente alterna como de catenaria de corriente continua, es frecuente que el sistema de acumulación de energía eléctrica incorpore una etapa de conversión DC/DC entre dos niveles de tensión de corriente continua, antes de poder alimentar/cargar las baterías.

En muchos territorios, las normativas existentes en materia de equipamiento eléctrico ferroviario embarcado en los vehículos exigen que los sistemas de acumulación de energía eléctrica incorporen un determinado nivel de aislamiento galvánico entre los componentes activos en tensión y los componentes o partes del sistema que deben estar a potencial de tierra o a baja tensión. Esto se hace con el fin de garantizar, no solo la segundad para las personas que en un momento dado puedan manipular los sistemas de acumulación de energía eléctrica sino, además, para proteger determinados componentes electrónicos del sistema de acumulación, tales como el sistema de gestión de baterías (o BMS, por las siglas en inglés de Batery Management System).

Las normativas existentes habitualmente consideran que la tensión del bus de continua a la entrada del convertidor DC/DC se sitúa entre los 1.500 V y los 3.000 V. Para este nivel de tensión a la entrada del convertidor DC/DC, las normativas exigen un determinado nivel de aislamiento galvánico entre los componentes de alta tensión y los componentes de baja tensión o los componentes puestos a tierra.

El aislamiento galvánico exigido por la normativa se aplica a nivel del convertidor DC/DC, que incorpora en sí mismo dicho aislamiento entre las partes en contacto eléctrico con la catenaria o con la salida del rectificador, y las partes en contacto eléctrico con la entrada de las baterías o ultracapacidades. Un buen ejemplo de aislamiento de este tipo son los convertidores auxiliares. Esta solución presenta la problemática de su elevado coste y el elevado tamaño y peso de los convertidores DC/DC aislados.

Existe también la alternativa utilizada en trenes de alimentación por catenaria AC con rectificador, consistente en emplear un convertidor DC/DC no aislado conectado a la salida del rectificador en su punto medio, donde se divide la tensión a la salida del rectificador por la mitad, de manera que el bus de 1.500 V a la salida del rectificador queda dividido en dos buses de 750 V, asegurando así el cumplimiento de la normativa en cuanto a aislamiento del sistema de acumulación, ya que al garantizarse que la tensión a la entrada del convertidor DC/DC está por debajo del valor mínimo para el cual aplica la exigencia de aislamiento galvánico según la normativa, no resulta necesario aplicar un convertidor DC/DC aislado.

Esta solución es válida en los casos en los que la tensión a la entrada del convertidor DC/DC no supere los 1 .500 V en ninguno de los buses de DC conectados a la entrada del convertidor DC/DC. En caso contrario, como ya se ha comentado, la normativa exige garantizar un determinado nivel de aislamiento galvánico.

En cuanto al nivel de aislamiento galvánico exigido por la normativa, éste suele implicar garantizar una distancia mínima de separación en el aire en línea recta (habitualmente se emplea la terminología inglesa “clearance", para referirse a esta distancia de separación) entre componentes puestos a alta tensión y componentes a baja tensión, de 18 mm. Por otra parte, la normativa suele implicar también garantizar una distancia mínima de separación en superficie (a través de los materiales aislantes) entre componentes puestos a alta tensión y componentes puestos a baja tensión, de 26 mm. Habitualmente se emplea la terminología inglesa “creepage", para referirse a esta distancia de separación.

Como se ha expuesto, las soluciones existentes en la actualidad implican, o bien poder garantizar que la tensión a la entrada del convertidor DC/DC no va a superar los 1.500 V (en cuyo caso la exigencia de aislamiento galvánico según normativa no aplica), o bien emplear convertidores DC/DC aislados, con el elevado coste, peso y tamaño del convertidor DC/DC que esta solución acarrea.

Objeto de la invención Con objeto de solucionar los inconvenientes anteriormente mencionados, la presente invención se refiere a un sistema de acumulación de energía eléctrica, de especial aplicación en cadenas de tracción ferroviarias.

El sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención comprende al menos un dispositivo de acumulación de energía eléctrica (por ejemplo, una batería o un supercondensador) con al menos un módulo que comprende celdas para la acumulación de energía eléctrica.

Novedosamente, el sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención comprende medios de aislamiento galvánico configurados para proporcionar un aislamiento galvánico entre elementos conductores internos del al menos un módulo configurados para conectarse a alta tensión preferentemente para conectarse directamente a un bus de hasta 3000VDC de aplicaciones ferroviarias y elementos conductores internos del al menos un módulo configurados para conectarse a baja tensión y/o a tierra.

Mediante esta característica, se permite que el sistema de acumulación de energía eléctrica carezca de convertidor DC/DC, o bien que comprenda un convertidor DC/DC no aislado, ya que los medios de aislamiento galvánico están incluidos en cada módulo del dispositivo de acumulación de energía eléctrica.

Según un primer aspecto de la invención, el dispositivo de acumulación de energía eléctrica comprende un sistema de gestión de batería (BMS) que comprende un bloque maestro y al menos un bloque esclavo configurado para controlar un estado del al menos un módulo del dispositivo de acumulación de energía eléctrica. Novedosamente, el sistema de gestión de batería (BMS) comprende una placa de aislamiento dotada de medios de aislamiento galvánico para proporcionar un aislamiento galvánico entre cada bloque esclavo y el bloque maestro.

Mediante esta característica, se provee de un aislamiento galvánico en el circuito de comunicación entre el bloque maestro y cada bloque esclavo.

Según una posible forma de realización, la placa de aislamiento comprende al menos un transformador configurado para proporcionar un aislamiento galvánico entre un primer bus interno de comunicación con al menos un bloque esclavo y un segundo bus interno de comunicación con el bloque maestro.

Gracias a la característica anterior, efectuando el dimensionamiento correcto del transformador, se puede configurar la placa de aislamiento de manera específica para cada aplicación, en función de los requerimientos exigidos por cada normativa en materia de aislamiento galvánico.

Según una posible realización, la placa de aislamiento comprende una pluralidad de líneas de conexión, donde cada línea de conexión comprende: una primera zona configurada para conectarse a un bus de comunicaciones con al menos un bloque esclavo, y; una segunda zona configurada para conectarse a un bus de comunicaciones con el bloque maestro.

La primera zona de cada línea de conexión comprende el primer bus interno conectado entre un primer puerto de conexión y un circuito primario del transformador. La segunda zona de cada línea de conexión comprende el segundo bus interno conectado entre un segundo puerto de conexión y un circuito secundario del transformador.

Mediante esta configuración de la placa de aislamiento, se permite conectar de manera independiente cada bloque esclavo con el bloque maestro o, si se prefiere, realizar una conexión mediante una única línea de conexión de la placa de aislamiento, para conectar el bloque maestro con un único bloque esclavo, el cual puede estar conectado en cadena margarita (“daisy chain”) con el resto de bloques esclavo.

Según una forma de realización preferente, la placa de aislamiento comprende medios de aislamiento galvánico entre las primeras zonas de cada línea de conexión.

Esto permite aportar un mayor nivel de aislamiento en las comunicaciones, aumentando la dificultad de que se produzcan cortocircuitos en las comunicaciones que se efectúan por cada línea de conexión de la placa de aislamiento. Opcionalmente, la placa de aislamiento puede comprender medios de aislamiento galvánico entre las segundas zonas de cada línea de conexión. Análogamente a lo descrito anteriormente, esta característica ayuda a evitar que se produzcan cortocircuitos en las comunicaciones que se efectúan por cada línea de conexión de la placa de aislamiento.

Según una posible forma de realización, los medios de aislamiento galvánico entre las primeras zonas y/o las segundas zonas de cada línea de conexión de la placa de aislamiento comprenden una franja de separación con material aislante eléctrico.

Según una posible forma de realización, el bloque maestro comprende un microcontrolador, uno o más centros de comunicación con los bloques esclavo, y uno o más centros de transformación (por ejemplo, transformadores) configurados para proporcionar un aislamiento galvánico entre un circuito en contacto con el microcontrolador y un circuito de comunicaciones que sale del bloque maestro hacia los bloques esclavo (300).

Esta característica aporta un aislamiento galvánico añadido al proporcionado por la placa de aislamiento.

Según una posible realización, cada bloque esclavo comprende una unidad de monitorización configurada para monitorizar el estado de una pluralidad de celdas del módulo, y una unidad de comunicación configurada para la comunicación con el bloque maestro a través de al menos un puerto de comunicación. El bloque esclavo comprende una unidad de transformación (por ejemplo, un transformador) configurada para proporcionar un aislamiento galvánico entre la unidad de monitorización y el al menos un puerto de comunicación.

Esta característica también aporta un aislamiento galvánico añadido al proporcionado por la placa de aislamiento.

De manera preferente, el sistema de gestión de batería (BMS) está configurado para que los datos emitidos y recibidos por el bloque maestro y por cada bloque esclavo estén estructurados según protocolo de comunicaciones SPI.

Asimismo, de manera preferente, el dispositivo de acumulación de energía eléctrica comprende medios de aislamiento galvánico entre el bloque maestro y el bloque de potencia del dispositivo de acumulación de energía eléctrica. Tal y como ya se ha introducido, según una posible forma de realización, el sistema de acumulación de energía eléctrica comprende un convertidor DC/DC. Este convertidor DC/DC comprende a su vez una unidad electrónica de control. El bloque maestro está conectado a la unidad electrónica de control.

Aparte del aislamiento galvánico descrito a nivel del sistema de gestión de batería (BMS), el presente sistema de acumulación de energía eléctrica comprende también otros elementos que proporcionan aislamiento galvánico entre elementos conductores internos del al menos un módulo configurados para conectarse a alta tensión y elementos conductores internos del al menos un módulo configurados para conectarse a baja tensión y/o a tierra.

Así pues, según una posible forma de realización, cada módulo del dispositivo de acumulación de energía eléctrica comprende unos distanciadores configurados para garantizar una distancia mínima de aislamiento galvánico entre unas bomas a las que están conectadas las celdas del módulo y otros componentes conductores configurados para estar conectados a potencial de tierra.

Una primera vanante del distanciador comprende una geometría en forma de “T”. Esta primera vahante del distanciador está configurada para disponerse entre dos filas paralelas de celdas. Una rama superior de la “T” (la rama horizontal) se dispone sobre las celdas y una rama inferior de la “T” (la rama vertical) se dispone entre las celdas de ambas filas. Esta primera vahante del distanciador permite garantizar una distancia de separación en superficie (creepage), superior a un umbral predeterminado, entre las bomas del módulo y una placa de refrigeración (coldplaté) situada entre las dos filas paralelas de celdas, así como una distancia de separación en el aire (clearance), superior a otro umbral predeterminado, entre las bomas y una cubierta del módulo.

Una segunda vahante del distanciador comprende una geometría en forma de “gamma”. Esta segunda vahante del distanciador está configurada para disponerse entre una carcasa del módulo y las celdas. La rama superior de la “gamma” (la rama horizontal) se dispone sobre las celdas y la rama inferior de la “gamma” (la rama vertical) se dispone sobre una placa de refrigeración (coldplate) situada en cada lateral del módulo, entre la carcasa del módulo y las celdas. Esta segunda vahante del distanciador permite garantizar una distancia de separación en superficie (creepage), superior a un umbral predeterminado, entre las bomas y la placa de refrigeración situada en cada lateral del módulo, así como una distancia de separación en el aire (clearance), superior a otro umbral predeterminado, entre las bomas y la cubierta del módulo.

Según una posible forma de realización, cada módulo del dispositivo de acumulación de energía eléctrica comprende un taco de aislamiento en su parte frontal y en su parte posterior. Estos tacos están configurados para garantizar una distancia de separación en superficie (creepage), superior a un umbral predeterminado, entre las bomas y la carcasa del módulo.

Según otra posible forma de realización, cada módulo del dispositivo de acumulación de energía eléctrica comprende unas cantoneras de material aislante para separar las celdas respecto a zonas conductoras.

Descripción de las figuras

Como parte de la explicación de al menos una forma de realización de la invención se han incluido las siguientes figuras.

Figura 1 : Muestra un esquema de un sistema de acumulación de energía eléctrica para cadena de tracción ferroviaria según el estado de la técnica, en donde se emplea un convertidor DC/DC aislado para adaptar la tensión de la catenaria de DC al nivel de tensión a la entrada del dispositivo de acumulación de energía eléctrica.

Figura 2: Muestra un esquema de un sistema de acumulación de energía eléctrica para cadena de tracción ferroviaria según el estado de la técnica, en donde se emplea un convertidor DC/DC no aislado y un dispositivo de acumulación de energía eléctrica no aislado.

Figura 3: Muestra un esquema de un sistema de acumulación de energía eléctrica para cadena de tracción ferroviaria según la presente invención, en donde se emplea un convertidor DC/DC no aislado y un dispositivo de acumulación de energía eléctrica aislado.

Figura 4: Muestra una vista en perspectiva de un módulo de un dispositivo de acumulación de energía eléctrica, según una posible forma de realización del sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención. Figura 5: Muestra un detalle de los distanciadores situados en el interior de cada módulo del dispositivo de acumulación, según una posible forma de realización del sistema de acumulación de energía eléctrica.

Figura 6: Muestra un detalle de los tacos de aislamiento situados en el interior de cada módulo del dispositivo de acumulación, según una posible forma de realización del sistema de acumulación de energía eléctrica.

Figura 7: Muestra un detalle de las cantoneras situadas en el interior de cada módulo del dispositivo de acumulación, según una posible forma de realización del sistema de acumulación de energía eléctrica.

Figura 8: Muestra un esquema, en forma de bloques funcionales, de la arquitectura básica del sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención.

Figura 9: Muestra un esquema, en forma de bloques funcionales, de la arquitectura del sistema de gestión de batería (BMS) del sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención.

Figura 10: Muestra un diagrama de un bloque esclavo del sistema de gestión de batería (BMS).

Figura 11 : Muestra un diagrama de la comunicación entre el bloque maestro y los bloques esclavo del sistema de gestión de batería (BMS).

Figura 12: Muestra un diagrama de bloques de la placa de aislamiento de comunicaciones entre el bloque maestro y los bloques esclavo del sistema de gestión de batería (BMS).

Descripción detallada de la invención

La presente invención se refiere, tal y como se ha mencionado anteriormente, a un sistema de acumulación de energía eléctrica.

Tal y como se ha comentado anteriormente, según el estado de la técnica, existen disposiciones como la mostrada en la Figura 1 , en donde se provee un sistema de acumulación de energía eléctrica que comprende un dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) y un convertidor DC/DC (2) aislado, todo ello conectado a una catenaria (3) de corriente continua (DC) a la que, a su vez, está conectado un grupo motor (4) a través de un inversor (5).

En las soluciones actuales no se precisa de aislamiento galvánico adicional en el convertidor DC/DC por estar éste conectado a un bus en el que se garantiza que nunca se van a superar los 1.500 V, se tiene un sistema de acumulación de energía eléctrica como el representado en la Figura 2, en el que todos los elementos son análogos a los mostrados en la Figura 1 pero en donde el convertidor DC/DC no comprende un aislamiento galvánico adicional.

Según la presente invención, el aislamiento galvánico necesario para cumplir con las normativas existentes (que exigen dicho aislamiento adicional a partir de los 1500V entre componentes puestos a alta y baja tensión) se lleva a cabo a nivel del propio dispositivo de acumulación de energía eléctrica (baterías o supercondensadores).

Tal y como se muestra en la Figura 3, según una posible forma de realización de la invención, el sistema de acumulación de energía eléctrica incorpora un dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) aislado y un convertidor DC/DC (2). Este sistema de acumulación de energía eléctrica está conectado a una catenaria (3) de corriente continua (DC) a la que, a su vez, está conectado un grupo motor (4) a través de un inversor (5).

No obstante, según algunas posibles formas de realización, el sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención puede carecer de un convertidor DC/DC (2), de manera que el dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) ¡ría conectado directamente a la fuente de energía.

El dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) puede basarse en una batería con una pluralidad de módulos (100) conectados en serie o en paralelo, donde cada módulo (100) comprende una pluralidad de celdas (101) conectadas en serie o en paralelo.

En la Figura 4 se muestra una vista en perspectiva de uno de los módulos (100) del dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1). Tal y como se representa, el módulo comprende celdas (101) dispuestas en dos filas paralelas. En la Figura 5 se muestra una vista en sección del módulo (100), en donde se aprecian una celda (101) por cada una de las dos filas paralelas de celdas (101) dispuestas en el interior del módulo (100).

El módulo (100) incorpora unos distanciadores (102) configurados para garantizar una distancia mínima de aislamiento galvánico entre las bomas (103) a las que están conectadas las celdas (101) y otros componentes conductores que han de estar a potencial de tierra, como por ejemplo las placas de refrigeración (104) (también conocidas como “coldplates") o la cubierta (105) del módulo (100).

Concretamente, existe una primera vanante (102a) de distanciador (102) que se dispone entre las dos filas paralelas de celdas (101). Esta primera vanante (102a) de distanciador (102) tiene una geometría en forma de “T”. La rama superior (horizontal) de la “T” se dispone sobre las celdas (101) mientras que la rama inferior (vertical) de la “T” se dispone entre las celdas (101) de ambas filas. Mediante esta primera vahante (102a) de distanciador (102), se permite garantizar una distancia mínima de 26 mm de separación en superficie (“creepage") entre bomas (103) y la placa de refrigeración (104) situada entre las dos filas paralelas de celdas (101). Esta primera vahante (102a) de distanciador (102) también permite garantizar la distancia de separación en aire (“clearance”).

Adicionalmente, mediante esta primera vahante (102a) de distanciador (102) se permite garantizar una distancia mínima de 18 mm de separación en el aire (“clearance") entre bomas (103) y la cubierta (105) del módulo (100).

Existe también una segunda vahante (102b) de distanciador (102) que se dispone entre cada fila de celdas (101) y la placa de refrigeración (104) situada en cada lateral del módulo (100).

Esta segunda vahante (102b) de distanciador (102) tiene una geometría en forma de “gamma” (T”). La rama superior (horizontal) de la “gamma” se dispone sobre las celdas (101) de una fila, mientras que la rama inferior (vertical) de la “gamma” se dispone sobre la placa de refrigeración (104) situada en cada lateral del módulo (100), entre la carcasa (106) del módulo (100) y las celdas (101) de cada fila de celdas (101). Mediante esta segunda vahante (102b) de distanciador (102), se permite garantizar una distancia mínima de 26 mm de separación en superficie (“creepage") entre bomas (103) y la placa de refrigeración (104) situada en cada lateral del módulo (100). Esta segunda vahante (102b) de distanciador (102) también permite garantizar la distancia de separación en aire (“clearance").

Adicionalmente, mediante esta segunda vahante (102b) de distanciador (102) se permite garantizar una distancia mínima de 18 mm de separación en el aire (“clearance") entre bomas (103) y la cubierta (105) del módulo (100).

Tal y como se muestra en la Figura 6, el módulo (100) comprende un taco (107) de aislamiento en la parte frontal y en la parte posterior. Estos tacos (107) de aislamiento están hechos de un material aislante eléctrico (por ejemplo, nylon). Los tacos (107) de aislamiento garantizan una distancia mínima de 26 mm de separación en superficie (“creepage") entre bomas (103) y carcasa (106) del módulo (100).

Tal y como se muestra en la Figura 7, el módulo (100) incorpora también unas cantoneras (108) de material aislante (p.ej. , kapton) para separar las celdas (101) de zonas conductoras como es el caso de la tornillería del módulo (100).

El dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) incorpora también medios de aislamiento para aislar la electrónica del sistema de gestión de batería (BMS) de la electrónica de control del convertidor DC/DC (2).

Asimismo, el dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) incorpora también medios de aislamiento en la electrónica del sistema de gestión de batería (BMS), para proporcionar un aislamiento en las comunicaciones entre el bloque maestro (200) y los bloques esclavo (300), de manera que se garantice un aislamiento galvánico entre las partes del circuito de comunicación puestas en contacto con el bloque maestro (200) y las partes del circuito de comunicación puestas en contacto con cada bloque esclavo (300).

En la Figura 8 se muestra un esquema de bloques funcionales de la arquitectura del sistema de acumulación de energía eléctrica. Se puede apreciar que el sistema de acumulación de energía eléctrica comprende una pluralidad de dispositivos de acumulación de energía eléctrica (1) (p.ej., baterías), de los que se representan el primero y el último de dichos dispositivos de acumulación de energía eléctrica (1). Estos dispositivos de acumulación de energía eléctrica (1) están conectados a un convertidor DC/DC (2), el cual dispone a su vez de una unidad de control electrónico (2’) o ESCll (por las siglas en inglés de “Energy Storage Control Unit’).

Cada uno de los dispositivos de acumulación de energía eléctrica (1) dispone de su bloque de potencia (T) (también conocido por su denominación en inglés, “power box"), el cual dispone de los componentes eléctricos de potencia necesarios para el control de la carga y descarga del dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1).

En la Figura 8, dentro de cada dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1), se muestran los módulos (100), dentro de los cuales se ha representado de manera esquemática una celda (101).

Asimismo, dentro de cada módulo, existen uno o más sensores de temperatura (109) (p.ej. , termistores NTC, por la expresión en inglés de “Negative Temperature Coefficient Thermistor"), configurados para medir la temperatura en uno o más puntos de cada módulo (100).

Cada dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) incorpora su propio sistema de gestión de batería (BMS). Este sistema de gestión de batería (BMS) comprende un bloque maestro (200). Asimismo, el sistema de gestión de batería (BMS) comprende un bloque esclavo (300) en cada módulo (100) del dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1).

Cada bloque esclavo (300) recibe las lecturas de los sensores de temperatura (109) de cada módulo (100).

Cada bloque esclavo (300) está comunicado bidireccionalmente con el bloque maestro (200), para enviar las lecturas de los sensores de temperatura (109) en cada módulo (100).

Asimismo, el bloque maestro (200) está configurado para solicitar individualmente a cada bloque esclavo (300) el envío de sus correspondientes lecturas de temperatura.

El bloque maestro (200) está también comunicado bidireccionalmente con la unidad de control electrónico (2’) del convertidor DC/DC (2).

Por último, el bloque maestro (200) de cada dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1) está comunicado con el módulo de control de potencia (1’). El sistema de gestión de batería (BMS) incorpora una placa de aislamiento (400) en el circuito de comunicación entre el bloque maestro (200) y los bloques esclavo (300). Esta placa de aislamiento (400) aporta un aislamiento galvánico (exigiendo, según normativa, un nivel de aislamiento adicional cuando las tensiones del bus de continua superan los 1.500 V) entre el bloque maestro (200) (normalmente en contacto con componentes a alta tensión, como la unidad de control electrónico (2’) del convertidor DC/DC (2)) y cada bloque esclavo (300) (el cual está en contacto con componentes sometidos a la baja tensión existente en cada módulo (100) del dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1)).

En la Figura 9 se representa el sistema de gestión de batería (BMS) circundado por una línea discontinua. Se muestra la conexión del bloque maestro (200) en el módulo de control de potencia (1’), con la unidad de control electrónico (2’) del convertidor DC/DC (2), y con un grupo de dispositivos auxiliares (500) de acumulación de energía eléctrica.

En la Figura 9 se representa, mediante doble franja rayada, el aislamiento galvánico proporcionado por la placa de aislamiento (400), así como un aislamiento galvánico proporcionado también en el módulo de control de potencia (1’).

Las instrucciones o datos enviados y recibidos en el bloque maestro (200) y en los bloques esclavo (300) tienen lugar, según una posible forma de realización, de acuerdo al protocolo SPI (del inglés, “Serial Peripheral Interface"). Según posibles formas de realización, la conexión de comunicaciones entre los bloques esclavo (300) y el bloque maestro (200) puede realizarse en paralelo o en cadena tipo margarita.

De manera preferente, la comunicación ente el bloque maestro (200) y los bloques esclavo (300) se realiza mediante comunicación diferencial. Así pues, las instrucciones o datos enviados y recibidos en el bloque maestro (200) y en los bloques esclavo (300) pasan por una etapa de codificación/descodificación a la entrada/salida del bloque maestro (200) y de los bloques esclavo (300), para ser transmitidas mediante comunicación diferencial aislada isoSPI (SPI aislado).

La Figura 10 muestra un diagrama de una forma de realización de un bloque esclavo (300) del sistema de gestión de batería (BMS). El bloque esclavo (300) comprende una unidad de monitorización (301) del estado de carga del módulo (100) y de las temperaturas en las celdas (101) del módulo (100). Esta unidad de monitorización (301) también recibe el nombre de “zona de suministro” ASIC (por las siglas en inglés de “Application-Specific Integrated Circuit’)). Se trata de un circuito integrado que hace la monitorización de la tensión en las celdas (101), la temperatura en las mismas ejecuta los comandos de equilibrado y se comunica con el bloque maestro (200) mediante comunicaciones isoSPI.

Según una posible forma de realización, el bloque esclavo (300) está configurado para gestionar hasta doce celdas (101) en serie (con el fin de garantizar una tensión extra baja de seguridad a nivel de módulo (100)) y tres sensores de temperatura (109). Puede administrar celdas (101) a base de iones de litio de cualquier composición química y está configurado para permitir la conexión en serie con otros bloques esclavo (300) mediante comunicación diferencial.

El bloque esclavo (300) puede comprender una unidad de acondicionamiento (302) de tensión, una unidad de equilibrado (304) de tensiones y temperatura de las celdas (101), una unidad de memoria (303) (p.ej., memoria EEPROM) y una unidad de comunicación (305) diferencial.

La conexión con la unidad de memoria (303) posibilita la identificación individual de cada bloque esclavo (300).

La unidad de comunicación (305) recibe la salida de datos de la unidad de monitorización (301), a través de una conexión dotada de aislamiento galvánico. Así, la salida de datos en modo SPI diferencial de la unidad de monitorización, se transmite a partir de la unidad de comunicación (305) en modo SPI diferencial aislado (isoSPI).

En la Figura 10 se representan las correspondientes unidades de transformación (306), que aíslan el circuito en contacto con la unidad de monitorización (301) del circuito de comunicaciones que sale del bloque esclavo (300) hacia el bloque maestro (200) o hacia otros bloques esclavo (300). Se representan asimismo dos puertos de comunicación (307) para la conexión del bus de comunicación. En la Figura 11 se representa de manera esquemática un diagrama de la comunicación entre el bloque maestro (200) y los bloques esclavo (300) del sistema de gestión de batería (BMS). Como se puede observar, esta comunicación se realiza a través de la placa de aislamiento (400) que proporciona un aislamiento galvánico reforzado, que garantiza el cumplimiento de las normativas en materia de aislamiento en caso de que el bus de continua para la carga de los dispositivos de acumulación de energía eléctrica (1) del sistema de acumulación de energía eléctrica tenga una tensión igual o superior a 1.500 V, y en caso de que el convertidor DC/DC (2) no esté aislado o en caso de que no exista tal convertidor DC/DC (2) en el sistema de acumulación de energía eléctrica.

Tal y como se puede observar en la Figura 11 , el bloque maestro (200) comprende un microcontrolador (201), una o más centros de comunicación (205) con los bloques esclavo (300), y uno o más centros de transformación (206) que proporcionan un aislamiento galvánico entre el circuito en contacto con el microcontrolador (201) y el circuito de comunicaciones que sale del bloque maestro (200) hacia los bloques esclavo (300).

El bloque maestro (200) está configurado para recibir las mediciones de nivel de tensión y corriente del bloque de potencia (T) y para proporcionar comandos a los actuadores del bloque de potencia (T). Según una posible forma de realización, el bloque maestro (200) puede comunicarse hasta con 36 bloques esclavo (300) y monitorizar así el estado de carga, el estado de conservación, de funcionamiento y el estado de equilibrio de los módulos (100) del dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1).

El bloque maestro (200) está también configurado para comunicarse con la unidad de control electrónico (2’) del convertidor DC/DC (2) mediante protocolo de comunicaciones CAN (del inglés, “Controller Area Network").

La gran ventaja de la arquitectura de comunicaciones del sistema de gestión de batería (BMS) según la presente invención, tal y como se representa en la Figura 11 , es que el bloque maestro (200) y los bloques esclavo (300) pueden presentar un alto grado de “estandarización” para cualquier aplicación y para la conexión a un bus de continua de cualquier nivel de tensión (típicamente entre 1 .500 V y 3.000 V).

De esta forma, conocida la aplicación específica y el nivel de tensión del bus de continua al que se vaya a conectar el sistema de acumulación de energía eléctrica objeto de la presente invención, simplemente bastará con seleccionar la placa de aislamiento (400) que proporcione el aislamiento galvánico más adecuado para la aplicación.

En la Figura 12 se muestra de manera esquemática la arquitectura de la placa de aislamiento (400), según una posible forma de realización.

La placa de aislamiento (400) comprende una única línea de conexión (401) o múltiples líneas de conexión (401), en función de que cada bloque esclavo (300) esté conectado directamente al bloque maestro (200) (este es el caso de múltiples líneas de conexión (401)) o de que los bloques esclavo (300) estén conectados en cadena margarita, de manera que el bloque maestro (200) está conectado únicamente con un bloque esclavo (300) (el bloque esclavo (300) correspondiente al primer módulo (100) del dispositivo de acumulación de energía eléctrica (1)).

De manera preferente, independientemente del conexionado que se establezca entre el bloque maestro (200) y los bloques esclavo (300), la placa de aislamiento (400) viene diseñada de fábrica con una pluralidad de líneas de conexión (401).

Cada línea de conexión (401) comprende una primera zona (401a) configurada para la conexión con un bloque esclavo (300), y una segunda zona (401b) configurada para la conexión con el bloque maestro (200).

La primera zona (401a) de cada línea de conexión (401) comprende un primer puerto de conexión (402) para la conexión con el bus de comunicaciones (no representado) con los bloques esclavo (300).

La segunda zona (401 b) de cada línea de conexión (401) comprende un segundo puerto de conexión (403) para la conexión con el bus de comunicaciones (no representado) con el bloque maestro (200).

La primera zona (401a) de cada línea de conexión (401) comprende un primer bus interno (404) que conecta el primer puerto de conexión (402) con el circuito primario de un transformador (406). La segunda zona (401b) de cada línea de conexión (401) comprende un segundo bus interno (405) que conecta el segundo puerto de conexión (403) con el circuito secundario del mencionado transformador (406).

Así pues, el transformador (406) está situado entre la primera zona (401a) y la segunda zona (401b) de cada línea de conexión (401), y proporciona un aislamiento galvánico entre el primer bus interno (404) y el segundo bus interno (405).

Mediante el dimensionamiento correcto del transformador (406) de la placa de aislamiento (400), se consigue adecuar la placa de aislamiento (400) al nivel de aislamiento galvánico necesario para cada aplicación específica, en función del nivel de tensión del bus de continua que alimenta al sistema de acumulación de energía eléctrica.

Así pues, en función de la aplicación específica y del nivel de aislamiento galvánico requerido según la normativa que rija en cada circunstancia, se selecciona una placa de aislamiento (400) específica que provea al sistema de gestión de batería (BMS) de dicho aislamiento galvánico necesario.

De manera preferente, entre las primeras zonas (401a) de cada línea de conexión (401) de la placa de aislamiento (400), se provee también un medio de aislamiento galvánico, que puede comprender una franja de separación con material aislante eléctrico.

Según una posible forma de realización, entre las segundas zonas (401 b) de cada línea de conexión (401) de la placa de aislamiento (400), se provee también un medio de aislamiento galvánico, que puede comprender también una franja de separación con material aislante eléctrico.