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HESS: Sistema híbrido de almacenamiento de energía controlado digitalmente

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El HESS es la solución a este dilema

El sistema limita la corriente de descarga de la batería a su corriente nominal de, por ejemplo, 10 A, lo que significa que rinde exclusivamente en su rango operativo óptimo.

El supercondensador cubre los picos de corriente. Para lograr esto, un sensor mide el índice de aumento de corriente (di/dt) en nanosegundos.

Los valores medidos se envían al circuito de control digital, que activa el MOSFET en unos pocos microsegundos, antes de que realmente ocurra el pico de corriente.

Este circuito OR-MOS ultrarrápido permite al supercondensador cubrir los picos de corriente (Figura 2).

Gracias a la detección ultrarrápida de los índices de aumento de corriente, el circuito OR-MOS patentado puede pronosticar los picos de corriente y cambiar entre la batería y el supercondensador en cuestión de microse-gundos.
Gracias a la detección ultrarrápida de los índices de aumento de corriente, el circuito OR-MOS patentado puede pronosticar los picos de corriente y cambiar entre la batería y el supercondensador en cuestión de microsegundos.

Tres ejemplos muestran cómo funciona el HESS (Figura 3):

El circuito OR-MOS controla el flujo de corriente en función de la corriente requerida por la carga.
El circuito OR-MOS controla el flujo de corriente en función de la corriente requerida por la carga.
  1. Con una corriente de 10 A, toda la corriente fluye de la batería a la carga.
  2. Si la carga sólo requiere 5 A durante un determinado periodo de tiempo, la batería todavía suministra 10 A. Los 5 A restantes se usan para cargar el supercondensador, por lo que estará listo para funcionar cuando se necesiten corrientes superiores.
  3. Con un pico de corriente de 30 A, la batería continúa entregando 10 A, con los otros 20 llegando desde el supercondensador.

Detección en nanosegundos

La Figura 4 ilustra los niveles de tiempo en los que operan los procesos. La monitorización del estado energético se realiza en el segundo rango. Con “potencia compartida” entre dos depósitos de energía, ya que el HESS cuenta con batería y supercondensador, se pueden modificar en unos pocos milisegundos. Los propios MOSFET se cambian en el rango de los microsegundos, con la velocidad de conmutación sólo limitada por el retardo de puerta de los arrays lógicos.

Para facilitar esto, la circuitería patentada de Rutronik y el centro universitario detecta el índice de aumento de corriente en nanosegundos, pudiendo así pronosticar los picos de corriente. Esto también se puede utilizar con corrientes inversas y de recuperación para cambiar el supercondensador. Además, el sistema posee lógica de cierre, a saber, los interruptores de MOSFET se bloquean entre sí para evitar un arco voltaico en los circuitos de puente o el diodo parásito del MOSFET.

La detección ultrarrápida en el rango de los nanosegundos permite conmutar los MOSFET en unos pocos micro-segundos.
La detección ultrarrápida en el rango de los nanosegundos permite conmutar los MOSFET en unos pocos microsegundos.

En este objetivo, el circuito de control digital combina un circuito lógico ultrarrápido con los algoritmos de control más rápidos posibles en la electrónica de potencia, desarrollada por Rutronik en colaboración con el Profesor Lutz Zacharias y su equipo de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Zwickau, junto con sensores ultrarrápidos. Rutronik denomina a esta topología Buck-OR-MOS-Boost. Esto permite al HESS crear un balance ideal entre energía y densidad de potencia, capacidad, costes, peso y volumen.

Por otro lado, Rutronik está trabajando en un diseño de referencia, que estará disponible para los clientes con una lista de materiales (BoM) completa. El distribuidor también cubre todos los componentes, desde los semiconductores, pasando por los supercondensadores y las baterías Li-ion, en su gama actual.

HESS: Sistema híbrido de almacenamiento de energía controlado digitalmente

Andreas Mangler, director de marketing estratégico de Rutronik

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