WO2024156045A1

WO2024156045A1 - Sistema e processo de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica, conector e veículo

Info

Publication number: WO2024156045A1
Application number: PCT/BR2024/050029
Authority: WO
Inventors: Tainan Vinicius Ceron MAURI; Eugenio NORO; Rogério Botelho LIMA; Cassiano Henrique PEREIRA
Original assignee: Castertech Fundição E Tecnologia Ltda
Priority date: 2023-01-27
Filing date: 2024-01-29
Publication date: 2024-08-02

Abstract

A presente invenção descreve um sistema para carregar baterias por meio de energia AC, visando praticidade e otimização do carregamento e, consequente, viabilização do uso de veículos eletrificados que contribui com o meio ambiente ao reduzir emissão de poluentes. Especificamente, é apresentado o sistema de carregamento e descarregamento de baterias que possui um distribuidor de energia AC conectado a um conversor de energia, possibilitando fluxo de energia AC entre as baterias, motores e conectores elétricos. A presente invenção se situa nos campos da automobilística, engenharias elétrica e mecânica, voltados para gerenciamento, carregamento e armazenamento de energia.

Description

Relatório Descritivo de Patente de Invenção

SISTEMA E PROCESSO DE CARREGAMENTO E DESCARREGAMENTO DE ARMAZENADOR DE ENERGIA ELÉTRICA, CONECTOR E VEÍCULO

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção descreve um sistema de carregamento e descarregamento de baterias dispostas em veículo, utilizando corrente alternada (AC). A presente invenção se situa nos campos da automobilística, engenharias elétrica e mecânica, voltados para gerenciamento, carregamento e armazenamento de energia.

Antecedentes da Invenção

[0002] Veículos tem agregado, de modo crescente, eletrônica embarcada, seja para controle e monitoramento de parâmetros relacionados ao veículo e à via, ou para própria propulsão, por exemplo, nos veículos híbridos e elétricos. Para isso, os veículos necessitam de baterias que alimentam componentes embarcados e motores elétricos.

[0003] Assim, os motores elétricos impulsionam os veículos em maior ou menor medida conforme aplicação. Em uma primeira aplicação, o veículo híbrido possui dois motores para propulsão, sendo um motor à combustão com papel principal e um motor elétrico alimentado por uma bateria, sendo recarregada pelo próprio motor quando o veículo desacelera ou é freado. Em uma segunda aplicação, o veículo híbrido plug-in dispõe de uma bateria, sendo recarregada por uma tomada elétrica. Em uma terceira aplicação, o veículo 100% elétrico possui propulsão exclusivamente elétrica, de modo que as baterias são recarregadas pela tomada elétrica.

[0004] A bateria pode ser considerada como um componente que armazena energia, como um pack de energia. Para uso dos referidos motores elétricos em veículos, o carregamento de baterias tem se mostrado uma das grandes dificuldades, uma vez que se gasta muito tempo para um carregamento completo. Ainda, mesmo em uma carga rápida, a autonomia do veículo, bem como, a durabilidade da bateria são prejudicadas.

[0005] Uma solução conhecida do estado da técnica é a utilização de um carregador como um dispositivo eletrônico. Assim, para o carregamento da bateria, o veículo é conectado ao referido dispositivo, muitas das vezes, instalado em estações próprias para carregamento. A figura 8 exemplifica a transmissão de energia desde a energia armazenada no pack de energia até a alimentação de corrente alternada ao motor elétrico. Assim, para o carregamento do pack de energia, o referido dispositivo é conectado diretamente ao pack de energia ou a uma unidade de distribuição de energia (PDU), Power Distribution Unity. Este PDU está conectado ao pack de energia, operando sob corrente contínua (DC) para controle da alimentação de um conversor de energia. Com isso, para alimentar o motor elétrico, o conversor transforma a energia de corrente contínua (DC) fornecida pela bateria em energia de corrente alternada (AC). Com isso, a solução da técnica submete o condutor do veículo a possuir o referido dispositivo ou a deslocar o veículo até a estação de carregamento.

[0006] Alternativamente, há soluções da técnica que propõem a redução de massa do veículo ao utilizar o próprio conversor de energia DC-AC, sem precisar embarcar dispositivos ou conectar sistemas de carregamentos ao veículo, conforme solução revelada no documento KR201 10105034A. O veículo elétrico de KR201 10105034A possui uma bateria conectada, em sequência, com um conversor DC-DC, um conversor DC-AC, um dispositivo de chaveamento que alterna entre dois modos de conexão, sendo um modo para conexão com um motor trifásico e outro modo para conexão com uma rede elétrica externa. O chaveamento entre os dois modos depende se o veículo está estacionado para carregamento da bateria ou está em movimento descarregando a bateria para alimentação do motor trifásico. No entanto, a operação do dispositivo de chaveamento é limitada aos dois modos, a partir da identificação se o veículo está estacionado ou em movimento, não se confundindo com a presente invenção. [0007] O documento FR2945899B1 apresenta um veículo híbrido que possui um sistema de carregamento de bateria possuindo um motor que também funciona como gerador, além de um dispositivo de chaveamento conectado entre uma interface com a rede elétrica, de modo que um controlador que abre as conexões da interface quando detecta um comando de partida do veículo. Ainda, quando o veículo está parado, o controlador automaticamente fecha circuito com a interface, acionando o dispositivo de chaveamento. Desse modo, o documento CN214929131 U também apresenta um circuito de controle para carregamento e descarregamento de baterias possuindo um módulo bidirecional AC-DC conectado um motor e com uma rede de alimentação AC por meio de respectivos módulos de chaveamento, de modo que um outro módulo controla o chaveamento do motor, o chaveamento da rede, o módulo bidirecional AC-DC e o módulo bidirecional DC-DC conectado com a bateria. No entanto, os veículos de FR2945899B1 e CN214929131 U necessitam acrescentar controladores para operação dos chaveamentos.

[0008] Com isso, carece a técnica de soluções que viabilizem mais a mobilidade elétrica tanto no carregamento de baterias a partir da rede elétrica ou a partir da regeneração de energia pelos motores elétricos, quanto no descarregamento de baterias para alimentação do motor ou para fornecimento de energia à rede elétrica.

[0009] Nesse sentido, busca-se desenvolver soluções para carregamento e descarregamento de baterias, de modo mais simples e prático ao condutor, visando reduzir dispositivos adicionais embarcados em veículos, além de aumentar a segurança nos mesmos, o que viabiliza o uso de veículos eletrificados e, consequentemente, contribui para o meio ambiente ao reduzir a emissão de poluentes.

[0010] Assim, do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontrados documentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção, de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventiva frente ao estado da técnica. Sumário da Invenção

[0011] Dessa forma, a presente invenção resolve os problemas do estado da técnica a partir de um sistema de carregamento e descarregamento de energia de um armazenador de energia elétrica como uma bateria disposta em veículo, em que, o sistema compreende um distribuidor de energia AC conectado a um conversor de energia associado à bateria, de modo que o distribuidor de energia AC permite a conexão entre a bateria e um motor elétrico do veículo ou uma rede elétrica. A partir disso, a presente invenção possibilita tanto que a bateria seja carregada por uma tomada elétrica ou pelo motor por regeneração de energia, quanto que a bateria seja descarregada para alimentação do motor ou de uma saída de energia ou ainda para fornecimento de energia à rede elétrica. Assim, a invenção permite o uso de energia AC aplicada diretamente ao sistema, promovendo simplicidade e praticidade para carregamento em menor tempo, dispensando dispositivos eletrônicos e alterações adicionais ao controle eletrônico do veículo.

[0012] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um sistema de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, em que, o sistema compreende ao menos um conversor de energia (3) associado ao armazenador de energia elétrica (1 ), um distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) e conectável com ao menos um elemento elétrico para: recebimento de energia proveniente do elemento elétrico, carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e fornecimento de energia ao elemento elétrico, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o elemento elétrico é ao menos um entre: uma máquina de fluxo (4); uma tomada elétrica (5); e/ou uma saída de energia.

[0013] Em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um conector (5) para carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, sendo que o veículo compreende ao menos um conversor de energia (3) associado ao armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o conector (5) compreende ao menos uma conexão entre o conversor de energia (3) e uma rede elétrica AC.

[0014] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um veículo eletrificado compreendendo ao menos um armazenador de energia elétrica (1 ), um conversor de energia (3) para alimentação de uma máquina de fluxo (4) disposta no veículo, e um distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) para: recebimento de energia proveniente da máquina de fluxo (4) ou de uma tomada elétrica (5), carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e fornecimento de energia à máquina de fluxo (4) ou a uma saída de energia, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o distribuidor de energia AC (6) é conectável com a máquina de fluxo (4), a tomada elétrica (5) e/ou a saída de energia.

[0015] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta um processo de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, sendo que o veículo compreende ao menos um conversor (3) de energia associado ao armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o processo compreende as etapas de: conexão de um elemento elétrico ao conversor de energia (3) por meio de um distribuidor de energia AC (6); recebimento de energia proveniente do elemento elétrico por meio do distribuidor de energia AC (6), carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e fornecimento de energia ao elemento elétrico por meio do distribuidor de energia AC (6), descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o elemento elétrico é ao menos um entre: uma máquina de fluxo (4); uma tomada elétrica (5); e/ou uma saída de energia.

[0016] É ainda um objeto da invenção um inversor de frequência associado a uma máquina de fluxo (4) disposta em veículo, em que, o inversor se conecta a um conversor de energia (3) por meio de um distribuidor de energia AC (6) embutido no inversor de frequência, para carregamento e descarregamento de ao menos um armazenador de energia elétrica (1 ) disposto no veículo. [0017] Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizados pelos versados na arte e serão descritos detalhadamente a seguir.

Breve Descrição das Figuras

[0018] Com o intuito de melhor definir e esclarecer o conteúdo do presente pedido de patente, são apresentadas as seguintes figuras:

[0019] A figura 1 ilustra uma concretização do sistema da presente invenção para carregamento e descarregamento de um armazenador de energia (1 )-

[0020] A figura 2 ilustra uma concretização do circuito elétrico (6.1 ) implementado no distribuidor de AC (6).

[0021] A figura 3 ilustra uma concretização do sistema possuindo duas máquinas de fluxo (4), sendo cada uma conectada a um distribuidor de energia AC (6).

[0022] A figura 4 ilustra uma concretização de conexão direta do conector

(5) da presente invenção com o conversor de energia (3) para carregamento e descarregamento do armazenador de energia (1 )

[0023] A figura 5 mostra uma concretização do distribuidor de energia AC

(6).

[0024] A figura 6 mostra a concretização da figura 5, suprimindo uma tampa do distribuidor de energia AC (6).

[0025] A figura 7 mostra a concretização da figura 5, com destaques aos circuitos implementados no distribuidor de energia AC (6).

[0026] A figura 8 representa um diagrama de componentes - PDU DC (2) e conversor de energia (3) -utilizados no estado da técnica, sendo dispostos entre a bateria (1 ) e o motor elétrico (4), em que, um sistema de carregamento convencional é comumente conectado ao PDU DC (2) ou à própria bateria (1 ).

Descrição Detalhada da Invenção

[0027] O uso de veículos elétricos tem apresentado obstáculos com relação às baterias em razão, por exemplo, do peso agregado a veículos, tempo de carga e disponibilidade de estações de carregamento compatíveis com o veículo. Nesse sentido, a presente invenção propõe o carregamento e descarregamento das baterias no veículo, de maneira eficiente pelo uso de energia AC como entrada ou saída em um distribuidor de energia, promovendo redução do tempo de carga e do número de componentes, bem como, aproveitamento da energia durante a carga e descarga das baterias.

[0028] Em um primeiro objeto, a presente invenção apresenta um sistema de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo.

[0029] Em uma concretização, o veículo é provido de uma pluralidade de armazenadores de energia (1 ). Em uma concretização, o armazenador de energia (1 ) é um pack de energia que abriga células de bateria. Durante o funcionamento do veículo, a energia armazenada é consumida, alimentando tanto eletrônica embarcada no veículo quanto motores elétricos do veículo. Além disso, o armazenador de energia (1 ) é carregado quando recebe em seus terminais alimentação elétrica com energia DC. Em uma concretização, esse fluxo de energia DC é controlado por um distribuidor de energia DC (2) conectado entre o pack de baterias e um conversor de energia (3). Em uma concretização, o sistema da invenção possui o conversor de energia (3) associado ao armazenador de energia elétrica (1 ) por meio do distribuidor de energia DC (2).

[0030] Assim, a alimentação elétrica flui entre correntes DC e AC por meio do conversor de energia (3) disposto entre o distribuidor de DC (2) e elementos elétricos. Em uma concretização, o conversor de energia (3) é um inversor de corrente. Em uma concretização, cada elemento elétrico recebe ou opera em corrente alternada (AC).

[0031] Para fins de exemplificação, sem limitar o escopo da invenção, o veículo é um veículo híbrido, plug-in ou 100% elétrico. Em uma concretização, o veículo é um veículo de transporte, seja de carga ou de passageiros. Em uma concretização, o veículo é um veículo dotado de um eixo elétrico de tração auxiliar. De modo geral, veículos elétricos da técnica anterior são providos do sistema de carregamento formado pela bateria conectada com o distribuidor de energia DC (2) sendo, por sua vez, conectado com o conversor de energia (3) para fornecimento de corrente AC ao motor elétrico do veículo. A presente invenção provê entrada e/ou saída de energia AC no conversor de energia (3), não sendo necessária a aplicação de um segundo componente para conversão de corrente AC em corrente DC e vice-versa. Dessa forma, o sistema da presente invenção é capaz de ser instalado em veículos, mesmo após sua fabricação, utilizando componentes previamente existentes no veículo.

[0032] Para isso, a energia AC flui não apenas no sentido do conversor de energia (3) para o elemento elétrico, mas também no sentido contrário do elemento elétrico para o conversor de energia (3). Com isso, em um segundo objeto, a presente invenção apresenta um conector (5) para carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, sendo que o veículo possui ao menos um conversor de energia associado ao armazenador de energia elétrica (1), em que, o conector (5) possui ao menos uma conexão entre o conversor de energia (3) e uma rede elétrica AC.

[0033] Para fins da presente invenção, o conector (5) é conectado a uma rede elétrica provida de energia AC. Em uma concretização, a energia do conector (5) é proveniente de uma rede trifásica. Em uma concretização, o conector (5) é uma tomada trifásica que fornece 380 V e 20 A. Em uma concretização, o conector (5) é conectado a uma rede com infraestrutura capaz de receber, além de fornecer energia elétrica.

[0034] Para a presente invenção, a energia DC é obtida por conversão realizada por meio do conversor de energia (3) que recebe energia AC proveniente do conector (5). Em uma concretização, conector (5) é conectado diretamente com o conversor de energia (3). Nessa concretização, o conversor (5) converte a energia AC em energia DC e transmite esta energia DC para o distribuidor DC (2) que fornece a energia DC aos packs de energia e a outros componentes de eletrônica embarcada no veículo. Com isso, a presente invenção permite reduzir o número de componentes utilizados para carregamento, por exemplo, eliminando um controlador adicional disposto entre o conversor (3) e elemento elétrico sendo, nesta concretização, um conector ou uma tomada elétrica (5). Dessa forma, a presente invenção possibilita redução da dissipação de energia, aumentando a eficiência do carregamento.

[0035] Adicionalmente, no dito sentido contrário, os armazenadores de energia (1 ) também são descarregados, fornecendo energia AC à rede elétrica por meio do conector (5).

[0036] Dessa maneira, a conexão do conector (5) com o conversor (3) é uma conexão direta. Alternativamente, o conector (5) é conectado indiretamente ao conversor (3) por meio de um distribuidor de energia AC (6) conectável entre o conversor (3) e o conector (5). Além disso, o distribuidor de energia AC (6) é conectável com demais elementos elétricos.

[0037] Assim, o sistema da invenção possui o distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) e conectável com ao menos um elemento elétrico para fornecimento de energia ao elemento elétrico, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ). Em uma concretização, o elemento elétrico é uma máquina de fluxo (4) ou uma saída de energia. Em uma concretização, a máquina de fluxo (4) é um motor elétrico que possui um inversor de frequência para conexão com o distribuidor de energia AC (6). Em uma concretização, a saída de energia é associada a um local ou outro veículo que demanda alimentação elétrica, aproveitando uma energia sobressalente no veículo. Nessas concretizações, o motor elétrico (4) e a saída de energia consomem carga dos armazenadores de energia (1 ).

[0038] Ademais, o distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) também é conectável com elementos elétricos sendo uma máquina de fluxo (4) como gerador ou uma tomada elétrica (5), para recebimento de energia proveniente do elemento elétrico, carregando o armazenador de energia elétrica (1 ). Em uma concretização da máquina de fluxo (4) como gerador, o motor elétrico (4) regenera energia por meio de frenagens ou desacelerações do veículo. Em uma concretização, a tomada elétrica (5) é associada a uma estação de carregamento. Nessas concretizações, o motor (4) e a tomada (5) elétricos geram carga para o armazenador de energia elétrica (1 ). [0039] Para fins da presente invenção, o distribuidor de energia AC (6) é conectável com o elemento elétrico, de modo que o distribuidor de energia AC (6) realiza a conexão, bem como, a desconexão com o elemento elétrico. A partir disso, a presente invenção possibilita que além da máquina de fluxo (4), demais elementos elétricos possam interagir com o sistema, de maneira segura e eficiente em um fluxo de energia presente no sistema.

[0040] Para isso, o distribuidor de energia AC (6) possui:

[0041] i) um estado fechado de conexão com a máquina de fluxo (4) para: alimentação da máquina de fluxo (4) ou recebimento de energia pela máquina de fluxo (4) regenerando energia, enquanto o distribuidor de energia AC (6) mantém um estado aberto com demais elementos elétricos por meio de um dispositivo de proteção;

[0042] ii) um estado fechado de conexão com a tomada elétrica (5) ou com a saída de energia para: fornecimento ou recebimento de energia elétrica, enquanto o distribuidor de energia AC (6) mantém estado aberto com demais elementos elétricos por meio do dispositivo de proteção; e

[0043] iii) um estado aberto com o conversor de energia (3) e/ou entre todas as conexões com os elementos elétricos.

[0044] Em uma concretização, o dispositivo de proteção é um relé. Em uma concretização, o estado aberto protege tanto o sistema da invenção com armazenadores de energia (1 ) quanto os elementos elétricos. Em uma concretização, o distribuidor de energia AC (6) alterna entre os ditos estados por meio de operações de chaveamento.

[0045] Dessa forma, o distribuidor de energia AC (6) opera, de modo seguro, prevenindo sobrecarga no armazenador de energia (1 ) e um curto- circuito no sistema. Em uma concretização, o distribuidor de energia AC (6) opera com base em um dado do armazenador de energia elétrica (1 ). Em uma concretização, o dado do armazenador de energia elétrica (1 ) é um estado de carga (SoC) das baterias (1 ). Em uma concretização, o dado do armazenador de energia elétrica (1 ) é uma indicação de carga cheia ou vazia das baterias (1 ). Em concretização da tomada elétrica (5) ou motor elétrico (4) carregando as baterias (1 ), o distribuidor de energia AC (6) automaticamente interrompe o carregamento ao alternar do estado fechado para o estado aberto quando o dado do armazenador de energia elétrica (1 ) indica carga cheia.

[0046] Adicionalmente, o sistema da invenção possui um módulo de comunicação de informações relativas ao recebimento e/ou ao fornecimento de energia. Em uma concretização, essas informações se referem a:

[0047] i) uma quantidade de carga consumida ou fornecida pelas baterias (1 );

[0048] ii) uma quantidade de energia recebida ou fornecida pelo sistema;

[0049] iii) um valor para pagamento em relação à energia recebido no sistema ou fornecida à tomada elétrica (5);

[0050] iv) uma posição do veículo durante o carregamento ou descarregamento aplicado pelo sistema.

[0051] Dessa maneira, a presente invenção permite o monitoramento em tempo real das informações, de modo que um condutor do veículo verifica essas informações em um painel de instrumento do veículo ou em seu dispositivo móvel, por exemplo, celular. Ainda, a presente invenção permite que um gestor de frotas avalie a performance do veículo e do condutor, analisando possíveis melhorias de planejamento logístico. Em uma concretização, o próprio sistema calcula as referidas informações ou realiza medições para aquisição das referidas informações. Em uma concretização, as referidas informações são fornecidas pela estação de carregamento através do conector (5).

[0052] Em uma concretização, o distribuidor de energia AC (6) possui o módulo de comunicação embarcado. Em uma concretização, o módulo de comunicação é comunicante com uma unidade de controle do veículo (VCU), de forma sem fio. Com isso, a VCU transmite as referidas informações para o painel de instrumento no veículo e para um servidor remoto.

[0053] Em uma concretização alternativa, o distribuidor de energia (6) possui um controlador que executa uma configuração de alimentação elétrica em relação ao elemento elétrico que esteja conectado ao sistema. Em uma concretização, as configurações de alimentação do controlador são associadas a um circuito elétrico (6.1 ). Em uma concretização, o circuito elétrico (6.1 ) é um circuito de chaveamento.

[0054] Em uma concretização em que o elemento elétrico é uma tomada elétrica (5) ou um gerador (4), o controlador executa uma configuração de alimentação para carregamento do armazenador de energia (1 ). Nessa concretização, o circuito elétrico (6.1 ) aciona um sentido de carregamento do armazenador de energia (1 ). Com isso, em uma concretização, o sentido de carregamento do armazenador de energia (1 ) corresponde à energia proveniente da máquina de fluxo (4) quando elemento elétrico é um gerador, em que o veículo está em movimento regerando energia por frenagens ou desacelerações. De outra forma, em uma concretização, o sentido de carregamento do armazenador de energia (1 ) corresponde à energia proveniente da tomada elétrica (5) quando o veículo está parado.

[0055] Assim, o controlador opera diferentes configurações de alimentação, promovendo praticidade para carregamento de baterias. Além disso, o circuito elétrico (6.1 ) possui um sentido de descarregamento do armazenador de energia (1 ); e/ou um sentido de aproveitamento de energia para a saída de energia. O sentido de descarregamento do armazenador (1 ) corresponde ao consumo de energia pela máquina de fluxo (4) sendo um motor elétrico. Adicionalmente, o sentido de aproveitamento de energia corresponde ao direcionamento de uma energia remanescente no sistema para uma saída de energia.

[0056] Em uma concretização, o controlador do distribuidor de AC (6) alterna entre os estados fechados e aberto, operando com base no dado do armazenador de energia elétrica (1 ). Em uma concretização, o distribuidor de AC (6) possui uma porta (67), onde o módulo de comunicação se conecta para receber dados do armazenador de energia elétrica (1 ) e enviar informações relativas ao carregamento e descarregamento.

[0057] Desse modo, as operações no distribuidor de energia AC (6) ocorrem independentemente de controle externo (VCU ou por outra unidade de controle eletrônico (ECU)), de modo que o controlador ou dispositivo de proteção no distribuidor de energia AC (6) alterna entre os estados, com base no nível de carga do pack de energia. Em uma concretização, a VCU recebe normalmente os dados do pack de energia, não sendo necessárias alterações na VCU para aquisição de tais dados pelo distribuidor de energia AC (6). Em uma outra concretização, o módulo de comunicação é comunicante com um sistema de gerenciamento de baterias (BMS), de modo que o distribuidor de energia AC (6) opera de maneira precisa e otimizada ao receber os dados dos armazenadores de energia elétrica (1 ) diretamente do sistema de gerenciamento, não sendo necessárias alterações na VCU ou outra ECU. Em uma concretização, o módulo de comunicação recebe dados dos armazenadores de energia elétrica (1 ) provenientes tanto da VCU como do sistema de gerenciamento, proporcionando uma redundância de dados para promoção da confiabilidade do sistema.

[0058] Em um terceiro objeto, a presente invenção apresenta um veículo eletrificado compreendendo ao menos um armazenador de energia elétrica (1 ), um conversor de energia (3) para alimentação de uma máquina de fluxo (4) e um distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) para: recebimento de energia proveniente da máquina de fluxo (4) ou de uma tomada elétrica (5), carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e fornecimento de energia à máquina de fluxo (4) ou a uma saída de energia, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o distribuidor de energia AC (6) é conectável com a máquina de fluxo (4), a tomada elétrica (5) e/ou a saída de energia.

[0059] Em uma concretização, o veículo eletrificado é um veículo híbrido, plug-in ou 100% elétrico. Em uma concretização, o veículo é dotado de uma unidade de controle (VCU) e dois motores elétricos (4). Para isso, em uma concretização, a energia que alimenta os motores elétricos (4) é provinda de um armazenador de energia elétrica (1 ), de modo que o consumo do armazenador (1 ) é gerenciado pela VCU. Assim, em uma concretização, o armazenador (1 ) é conectado a um distribuidor DC (2), por sua vez, este é conectado a dois conversores de energia (3), sendo que cada conversor (3) se conecta ao respectivo motor (4).

[0060] A partir disso, máquinas de fluxo (4) são conectadas ao sistema da invenção. Em uma concretização, a máquina de fluxo (4) opera em corrente alternada (AC). Em uma concretização, a máquina de fluxo (4) é um motor elétrico que consome energia. Em uma concretização, a máquina de fluxo (4) é um gerador que regenera energia a partir da frenagem ou desaceleração do veículo. Ainda, em uma concretização, a máquina de fluxo (4) é uma combinação entre motor e gerador.

[0061] Em uma concretização, a máquina de fluxo (4) é um motor elétrico atuando como uma fonte de energia auxiliar ou como um regenerador de energia quando motor está acoplado a um eixo do veículo. Em uma concretização, o dito eixo é trativo, em que o motor elétrico auxilia em momentos de maior demanda de energia, por exemplo, em aclives ou regenera energia, por exemplo, em declives.

[0062] Em uma concretização, o veículo é um veículo de transporte de carga ou uma combinação de veículos de carga (CVC). Em uma concretização, o veículo de transporte de carga é um implemento rodoviário, por exemplo, semirreboque, reboque, bitrem, bitrenzão e rodotrem.

[0063] Adicionalmente, o sistema da invenção é embarcado no veículo, de modo que o distribuidor de energia AC (6) opera com base em dados de acoplamento ou desacoplamento entre o eixo trativo e o motor (4).

[0064] Em uma concretização para funções de tração auxiliar ou regeneração de energia por meio do motor (4), o módulo de comunicação inicialmente recebe informação sobre o término do acoplamento mecânico entre o eixo trativo e o motor (4) e, em seguida, o distribuidor de energia AC (6) alterna de um dos estados para um estado fechado de conexão do distribuidor de energia AC (6) com o motor (4), prevenindo folgas ou falhas de encaixe entre o eixo trativo e motor (4) antes da conexão elétrica para carga ou descarga das baterias (1 ).

[0065] Em uma concretização para fornecimento ou recebimento de energia pela saída de energia ou tomada elétrica (5), o distribuidor de energia AC (6) inicialmente alterna de um dos estados para um estado fechado de conexão do distribuidor de energia AC (6) com a saída de energia ou tomada elétrica (5) e, em seguida, o módulo de comunicação informa à VCU que o sistema está pronto para carga ou descarga das baterias (1 ). A partir disso, com intuito de enviar falhas elétricas, a VCU realiza o desacoplamento mecânico entre o eixo trativo e o motor (4).

[0066] Assim, a presente invenção propõe o sistema de carregamento do armazenador de energia (1 ) por meio de energia AC. Em uma concretização, o sistema possui dois distribuidores de energia AC (6) como controladores dispostos, sendo que cada distribuidor de energia AC (6) é disposto entre um dos conversores (3) e o respectivo motor (4). Com isso, o distribuidor de energia AC (6) executa configurações de alimentação para carregamento do armazenador de energia (1 ) e para consumo da energia pelo motor (4).

[0067] Em um quarto objeto, a presente invenção apresenta um processo de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, sendo que o veículo compreende ao menos um conversor (3) de energia associado ao armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o processo compreende as etapas de: conexão de um elemento elétrico ao conversor de energia (3) por meio de um distribuidor de energia AC (6); recebimento de energia proveniente do elemento elétrico por meio do distribuidor de energia AC (6), carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e fornecimento de energia ao elemento elétrico por meio do distribuidor de energia AC (6), descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o elemento elétrico é ao menos um entre: uma máquina de fluxo (4); uma tomada elétrica (5); e/ou uma saída de energia.

[0068] Ainda, essa etapa de conexão possui subetapas de: recebimento de ao menos um dado do armazenador de energia elétrica (1 ) por meio de um módulo de comunicação; operação, com base no dado do armazenador de energia elétrica (1 ), do distribuidor de energia AC (6); e recebimento de ao menos um dado relativo ao recebimento e/ou ao fornecimento de energia por meio do módulo de comunicação.

[0069] Em uma concretização, o módulo de comunicação recebe os seguintes dados do armazenamento de energia (1 ) provenientes da VCU e/ou do sistema de gerenciamento de bateria (BMS): estado de saúde (SoH) estado de carga (SoC) da bateria e estado de balanceamento das baterias (1 ). Assim, visando durabilidade das baterias (1 ) com prevenção de sobrecargas, o distribuidor de energia AC (6) opera entre os seguintes estados: um estado fechado de conexão com a máquina de fluxo (4); um estado fechado de conexão com a tomada elétrica (5) ou com a saída de energia; em um estado aberto. Com isso, o módulo de comunicação recebe as informações de carga ou descarga das baterias (1 ) provenientes do conector (5) ou calculadas pelo próprio sistema da invenção.

[0070] Nesse sentido, a presente invenção otimiza, de forma confiável, o carregamento e descarregamento de baterias, permitindo o uso de energia AC aplicada diretamente ao conversor de energia, permitindo conexão com a rede elétrica para fornecimento ou recebimento de energia da rede, além da conexão com o motor para consumo ou recebimento de energia regenerada pelo motor. Ainda, a invenção propicia segurança por meio do distribuidor de energia AC alternando entre estados fechados e aberto, com base em dados das baterias e/ou em estados de acoplamento do motor a eixos do veículo.

[0071] Além disso, alterações na VCU do veículo são desnecessárias, uma vez que o distribuidor de energia AC configura o fluxo energético proveniente das baterias, da rede ou do motor. Assim, a presente invenção viabiliza o tráfego de veículos eletrificados, contribuindo para o meio ambiente. [0072] Os exemplos aqui mostrados têm o intuito somente de exemplificar uma das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitar, o escopo da mesma.

Exemplo 1 - Sistema de Carregamento e Descarregamento de Baterias em Veículos

[0073] Um sistema de carregamento de baterias do exemplo é mostrado na figura 1. A bateria, sendo um pack de energia (1 ), opera em corrente DC, de modo que a corrente DC é gerenciada por um controlador DC sendo um PDU DC (2).

[0074] Para interação elétrica com itens de eletrificação, por exemplo, motores elétricos que operam em corrente AC, um conversor de energia (3) é disposto entre o PDU DC (2) e o item de eletrificação. Com isso, a energia do pack (1 ) é consumida conforme o estado da técnica mostrado na figura 8.

[0075] Para carregar a energia do pack (1 ), a presente invenção possibilita carregamento por energia AC, em vez de energia DC aplicada ao pack (1 ) ou ao PDU DC (2) como aplicada no estado da técnica. Com isso, um PDU AC (6) é conectado entre o conversor (3) e o item de eletrificação, sendo que o item de eletrificação corresponde a um motor elétrico (4) e/ou uma tomada elétrica (5).

[0076] A figura 2 mostra que o PDU AC (6) possui um circuito de chaveamento (6.1 ) para configurar a alimentação em relação ao item de eletrificação conectado ao sistema. Ou seja, quando o veículo está parado, o pack (1 ) é carregado diretamente da rede elétrica por meio da tomada elétrica (5). De outra forma, quando o veículo está desacelerando ou freando, regenera- se uma energia que carrega o pack (1). Assim, a presente invenção permite carregamento do pack (1 ) por energia AC. Ainda, o descarregamento do pack (1 ) é atribuído ao consumo de energia pelo motor (4) ou ao fornecimento de energia a uma rede elétrica, um veículo ou um estabelecimento desprovido de rede elétrica. [0077] A figura 3 mostra uma aplicação da presente invenção para dois motores (4), sendo cada motor (4) conectado a um conversor (3) e a um PDU AC (6). Assim, a referida aplica permite otimização do carregamento, fornecendo energia em paralelo para o pack (1 ), sendo a energia proveniente da tomada elétrica (5) ou proveniente dos motores (4).

[0078] Os referidos motores são acopláveis a um eixo trativo para auxiliar tanto na tração em situações de alta demanda para gerenciamento de fontes de energia disponíveis no veículo. Ainda, os motores atuam como geradores ao regenerar energia para carregamento das baterias (1 ), durante frenagens ou desacelerações do veículo.

Exemplo 2 - Carregador Trifásico

[0079] Para o exemplo, o carregador do exemplo possui um conector (5) sendo um power plug de três pinos mais um pino terra, que fornece tensão de 380 V e 20 A conforme mostrado na figura 4. Adicionalmente, o conector (5) possui um furo central para conexão com um barramento de dados. Com isso, o conector (5) permite transferência de informações (por exemplo, quantidade de energia fornecida e valor pago pela energia fornecida) relativas ao carregamento para o sistema da invenção.

Exemplo 3 - Distribuidor de Energia AC para Sistema de Carregamento

[0080] O PDU AC (6) do exemplo possibilita carregamento e descarregamento, de forma mais eficiente, despendendo menos tempo, ao prover fluxo energético bidirecional sobre o conversor de energia (3), com base em dados de baterias (1 ) e no (des)acoplamento de itens de eletrificação (por exemplo, motores e carregador. Com isso, o sistema da invenção pode ser implementado, inclusive, em veículos eletrificados após sua fabricação, por meio da conexão do PDU AC (6) ao conversor de energia (3).

[0081] As figuras 5 a 7 mostram uma concretização do PDU AC (6) do exemplo, não se limitando à quantidade de entradas tanto de carregadores quanto de inversores, e à quantidade de saídas para baterias, uma vez o PDU AC (6) possui a uma ou mais entradas e/ou saídas, dependendo do modelo do veículo.

[0082] A figura 6 mostra conectores dispostos em uma lateral da carcaça do PDU AC (6), onde estão associados dois pares de conectores (64) para ligação com respectivos dois inversores que estão associados ao respectivo motor (4), e três conectores (65) para ligação com o carregador trifásico.

[0083] Ainda, a figura 7 mostra uma outra lateral da carcaça do PDU AC (6), onde um par de conectores (61 ) para ligação com a bateria (1 ), além de um conector (67) para ligação com um barramento de dados. Assim, um módulo de comunicação embutido no PDU AC (6) recebe as informações relativas ao carregamento/descarregamento através do dito conector (67) para barramento de dados. Com isso, o módulo de comunicação transmite tais informações para a VCU do veículo que, por sua vez, transmite-as para um painel de instrumento no veículo e/ou para um servidor remoto, possibilitando monitoramento de operações de carga e descarga das baterias (1 ).

[0084] Ademais, o PDU AC (6) também recebe, através do conector (67) para barramento de dados via CAN, dados das baterias (1 ), por exemplo, estado de carga (SoC). A partir desses dados das baterias (1 ), a PDU AC (6) opera os dois contatores (63) para conexão com a rede elétrica e os dois barramentos (62) para conexão com os inversores associados aos motores (4), visando durabilidade das baterias (1 ) e gerenciamento de energia otimizado no veículo. [0085] Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados e poderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outras variantes e alternativas, abrangidas pelo escopo das reivindicações a seguir.

Claims

Reivindicações

1 . Sistema de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo compreendendo ao menos um conversor de energia (3) associado ao armazenador de energia elétrica (1 ) caracterizado por compreender um distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) e conectável com ao menos um elemento elétrico para: a. recebimento de energia proveniente do elemento elétrico, carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e b. fornecimento de energia ao elemento elétrico, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o elemento elétrico é ao menos um entre: uma máquina de fluxo (4); uma tomada elétrica (5); e/ou uma saída de energia.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender ao menos um módulo de comunicação de informações relativas ao recebimento e/ou ao fornecimento de energia.

3. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo distribuidor de energia AC (6) compreendendo: a. um estado fechado de conexão com a máquina de fluxo (4); b. um estado fechado de conexão com a tomada elétrica (5) ou com a saída de energia; e c. um estado aberto.

4. Sistema, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo distribuidor de energia AC (6) operar com base em um dado do armazenador de energia elétrica (1 ).

5. Conector (5) para carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, sendo que o veículo compreende ao menos um conversor de energia (3) associado ao armazenador de energia elétrica (1 ), caracterizado por compreender ao menos uma conexão entre o conversor de energia (3) e uma rede elétrica AC.

6. Conector (5), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pela conexão do conector (5) com o conversor (3) ser: a. uma conexão direta; ou b. uma conexão indireta por meio de um distribuidor de energia AC (6) conectável entre o conversor (3) e o conector (5).

7. Veículo eletrificado compreendendo ao menos um armazenador de energia elétrica (1 ) e um conversor de energia (3) para alimentação de uma máquina de fluxo (4) disposta no veículo caracterizado por compreender um distribuidor de energia AC (6) conectado com o conversor de energia (3) para: a. recebimento de energia proveniente da máquina de fluxo (4) ou de uma tomada elétrica (5), carregando o armazenador de energia elétrica (1 ); e b. fornecimento de energia à máquina de fluxo (4) ou a uma saída de energia, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o distribuidor de energia AC (6) é conectável com a máquina de fluxo (4), a tomada elétrica (5) e/ou a saída de energia.

8. Veículo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pela máquina de fluxo (4) ser um motor elétrico atuando como uma fonte de energia auxiliar ou como um regenerador de energia.

9. Processo de carregamento e descarregamento de armazenador de energia elétrica (1 ) disposto em veículo, sendo que o veículo compreende ao menos um conversor de energia (3) associado ao armazenador de energia elétrica (1 ), caracterizado por compreender as etapas de: a. conexão de um elemento elétrico ao conversor de energia (3) por meio de um distribuidor de energia AC (6); b. recebimento de energia proveniente do elemento elétrico por meio do distribuidor de energia AC (6), carregando o armazenador de energia elétrica (1); e c. fornecimento de energia ao elemento elétrico por meio do distribuidor de energia, descarregando o armazenador de energia elétrica (1 ), em que, o elemento elétrico é ao menos um entre: uma máquina de fluxo (4); um conector (5); e/ou uma saída de energia.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pela etapa de conexão compreender subetapas de: a. recebimento de ao menos um dado do armazenador de energia elétrica (1 ) por meio de um módulo de comunicação; b. operação, com base no dado do armazenador de energia elétrica (1 ), do distribuidor de energia AC (6): em um estado fechado de conexão com a máquina de fluxo (4); em um estado fechado de conexão com a tomada elétrica (5) ou com a saída de energia; ou em um estado aberto. c. recebimento de ao menos um dado relativo ao recebimento e/ou ao fornecimento de energia por meio do módulo de comunicação.