BR112017011948B1 - OVERLOAD DETECTION METHOD, OVERLOAD DETECTION SYSTEM AND OVERLOAD DETECTION DEVICE - Google Patents
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Abstract
MÉTODO DE DETECÇÃO DE SOBRECARGA, PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR E DISPOSITIVO DE DETECÇÃO DE SOBRECARGA. Um método de detecção de sobrecarga para detectar uma sobrecarga de um acumulador (11) de uma bateria (10), que compreende um conjunto de ramais paralelos (B1,..., BN), cada um compreendendo acumuladores (11) dispostos em série, o dito método sendo caracterizado por incluir as seguintes etapas: (i) coletar as medições das correntes que fluem nos ramais da bateria; (ii) identificar pelo menos uma variação na corrente em um ramal em relação a pelo menos outro ramal como uma função das medições de corrente coletadas; (iii) determinar um nível de estado de carga do dito ramal; e (iv) detectar uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal como uma função de pelo menos a dita variação na corrente identificada e do nível de estado de carga determinado.OVERLOAD DETECTION METHOD, COMPUTER PROGRAM PRODUCT AND OVERLOAD DETECTION DEVICE. An overload detection method for detecting an overload of an accumulator (11) of a battery (10), comprising a set of parallel branches (B1,..., BN), each comprising accumulators (11) arranged in series , said method being characterized by including the following steps: (i) collecting measurements of the currents flowing in the battery branches; (ii) identify at least one variation in current in one branch relative to at least one other branch as a function of the collected current measurements; (iii) determine a load state level of said extension; and (iv) detecting an overload of an accumulator in said branch as a function of at least said variation in the identified current and the determined state of charge level.
Description
[001] A presente invenção refere-se à detecção de uma sobrecarga de um acumulador de uma bateria que compreende um conjunto de ramais paralelos, cada ramal compreendendo os acumuladores dispostos em série.[001] The present invention relates to detecting an overload of a battery accumulator comprising a set of parallel branches, each branch comprising accumulators arranged in series.
[002] A operação de carga para carregar baterias que incorpora esses acumuladores é realizada por aplicação de uma tensão de carga para os terminais dos ramais da bateria.[002] The charging operation to charge batteries that incorporate these accumulators is carried out by applying a charging voltage to the battery branch terminals.
[003] Alguns acumuladores, em particular os que contêm lítio, não suportam sobrecarga. De fato, um acumulador de íons de lítio que é submetido à sobrecarga resulta em um fenômeno citado como “ventilação” correspondente a uma liberação de gás (fora do envelope do compartimento mecânico do acumulador, que pode ser acompanhado por uma fina névoa de eletrólito e que leva à degradação (aquecimento, sobrepressão ou até mesmo explosão).[003] Some accumulators, particularly those containing lithium, cannot withstand overcharging. In fact, a lithium-ion accumulator that is subjected to overcharge results in a phenomenon referred to as “ventilation” corresponding to a release of gas (outside the envelope of the mechanical compartment of the accumulator, which may be accompanied by a fine mist of electrolyte and which leads to degradation (heating, overpressure or even explosion).
[004] A operação de carga para carregar baterias que incorporam esses acumuladores deve ser acompanhada do monitoramento da bateria a fim de detectar qualquer caso possível de sobrecarga e para interromper muito rapidamente a carga.[004] The charging operation to charge batteries incorporating these accumulators must be accompanied by battery monitoring in order to detect any possible case of overload and to very quickly stop charging.
[005] Tradicionalmente, a tensão aplicada aos terminais dos acumuladores é monitorada, ou mesmo controlada por um sistema de gestão de baterias, citado como BMS (abreviação de “Sistema de Gestão da Bateria”) que é capaz de acionador de um alarme ou um corte de carga se a tensão de um acumulador ficar muito alta. No entanto, ocorrem defeitos nestes BMS, devido ao grande número de componentes eletrônicos necessários e, dessa forma, é desejável ter várias soluções de monitoramento a fim de evitar modos comuns de falhas.[005] Traditionally, the voltage applied to the accumulator terminals is monitored, or even controlled by a battery management system, referred to as a BMS (short for “Battery Management System”), which is capable of triggering an alarm or a load cut if the voltage of an accumulator becomes too high. However, defects occur in these BMS due to the large number of electronic components required and, therefore, it is desirable to have multiple monitoring solutions in order to avoid common failure modes.
[006] Outras soluções para prevenir a ocorrência de defeitos nas baterias estão baseadas na medição de correntes que fluem através dos ramais conforme descrito, por exemplo, na patente EP13008739 A2.[006] Other solutions to prevent the occurrence of defects in batteries are based on measuring currents flowing through the branches as described, for example, in patent EP13008739 A2.
[007] No entanto, estas soluções na técnica anterior levam ao corte de carga ou alarmes em casos onde na realidade não há acumuladores que tenham sido efetivamente sobrecarregados.[007] However, these solutions in the prior art lead to load shedding or alarms in cases where in reality there are no accumulators that have been effectively overloaded.
[008] Para avançar o propósito mencionado acima, de acordo com um primeiro aspecto, a invenção propõe um método de detecção de sobrecarga para detectar uma sobrecarga de um acumulador de uma bateria que compreende um conjunto de ramais paralelos, cada ramal compreendendo os acumuladores dispostos em série, o dito método sendo caracterizado por incluir as seguintes etapas: - coletar as medições das correntes que fluem através dos ramais da bateria; - identificar pelo menos uma variação na corrente em um ramal do dito conjunto de ramais em relação a pelo menos outro ramal do dito conjunto de ramais como uma função das medições de correntes coletadas; - determinar um nível de estado de carga do dito ramal; e - detectar uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal como uma função de pelo menos a dita variação na corrente identificada e do nível de estado de carga determinado.[008] To advance the purpose mentioned above, according to a first aspect, the invention proposes an overload detection method for detecting an overload of an accumulator of a battery comprising a set of parallel branches, each branch comprising the accumulators arranged in series, said method being characterized by including the following steps: - collecting measurements of the currents flowing through the battery branches; - identify at least one variation in current in one branch of said set of branches in relation to at least one other branch of said set of branches as a function of collected current measurements; - determine a load status level of said extension; and - detecting an overload of an accumulator in said branch as a function of at least said variation in the identified current and the determined state of charge level.
[009] A presente invenção torna possível limitar os casos de falsa detecção de sobrecarga identificada com as soluções na técnica anterior.[009] The present invention makes it possible to limit cases of false overload detection identified with prior art solutions.
[0010] Em particular, a presente invenção torna possível distinguir as variações na corrente entre ramais devido a uma sobrecarga de um acumulador de um ramal e variações na corrente devido aos ramais da bateria com diferentes capacidades de armazenamento, evitando assim os problemas encontrados na técnica anterior, relacionados às desconexões inoportunas desse ramal quando não tem qualquer bateria sobrecarregada.[0010] In particular, the present invention makes it possible to distinguish variations in current between branches due to an overload of an accumulator of a branch and variations in current due to battery branches with different storage capacities, thus avoiding problems encountered in the art. previous, related to inopportune disconnections of this extension when there is no overloaded battery.
[0011] Em algumas realizações, o método de detecção de sobrecarga para detectar uma sobrecarga de um acumulador de uma bateria de acordo com a invenção adicionalmente também inclui um ou mais dentre os seguintes recursos característicos: - a detecção de uma sobrecarga inclui o teste de pelo menos uma condição relativa à variação na corrente identificada, a dita condição a ser testada em relação à variação na corrente identificada sendo uma função do nível de estado de carga determinado; - uma diferença entre a corrente medida no dito ramal (B1, ..., BN) e uma corrente de referência determinada como uma função de pelo menos a corrente medida no outro ramal é calculada; - a dita diferença é em comparação a um valor de limiar; - uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal é detectada com base no resultado da dita comparação e no nível de carga determinado; - uma primeira variação na corrente é identificada no dito ramal em um primeiro instante de tempo como uma função de um primeiro valor de limiar de variação de corrente, uma segunda variação na corrente é identificada no dito ramal em um segundo instante de tempo como uma função de um segundo valor de limiar de variação de corrente que é distinto do primeiro valor de limiar de variação de corrente, e uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal é detectada como uma função da dita primeira variação na corrente, da dita segunda variação na corrente e do nível de estado de carga determinado; - pode-se distinguir pelo menos uma primeira faixa de estado de níveis de carga e uma segunda faixa, subsequente à dita primeira faixa de estado de níveis de carga, e se um estado de nível de carga do ramal for determinado como estando na segunda faixa, uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal é detectada se a variação na corrente identificada no dito ramal primeiramente ultrapassar um primeiro limiar e subsequentemente ultrapassar um segundo limiar, o primeiro e segundo valores de limiar tendo sinais opostos; - o primeiro valor de limiar é igual ao oposto do segundo valor de limiar; - uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal é detectada para um nível de estado de carga determinado como estando na primeira faixa, logo que a variação da corrente identificada no dito ramal ultrapassar o primeiro valor de limiar.[0011] In some embodiments, the overload detection method for detecting an overload of an accumulator of a battery according to the invention additionally also includes one or more of the following characteristic features: - detecting an overload includes testing at least one condition relating to the variation in the identified current, said condition being tested in relation to the variation in the identified current being a function of the determined state of charge level; - a difference between the current measured in said branch (B1, ..., BN) and a reference current determined as a function of at least the current measured in the other branch is calculated; - said difference is in comparison to a threshold value; - an overload of an accumulator in said branch is detected based on the result of said comparison and the determined load level; - a first variation in current is identified in said branch at a first instant of time as a function of a first current variation threshold value, a second variation in current is identified at said branch at a second instant of time as a function of a second current variation threshold value that is distinct from the first current variation threshold value, and an overload of an accumulator in said branch is detected as a function of said first variation in current, said second variation in current and the determined state of charge level; - one can distinguish at least a first load level status range and a second range, subsequent to said first load level status range, and if a load level state of the branch is determined to be in the second range , an overload of an accumulator in said branch is detected if the variation in current identified in said branch first exceeds a first threshold and subsequently exceeds a second threshold, the first and second threshold values having opposite signs; - the first threshold value is equal to the opposite of the second threshold value; - an overload of an accumulator in said branch is detected for a state of charge level determined to be in the first range, as soon as the current variation identified in said branch exceeds the first threshold value.
[0012] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção fornece um programa de computador para a detecção de uma sobrecarga de um acumulador de uma bateria que compreende um conjunto de ramais paralelos, cada um incluindo acumuladores dispostos em série, o dito produto de programa de computador incluindo instruções do programa de computação que, quando executado nos meios de computação, implementa de modo operacional as etapas de um método de acordo com o primeiro aspecto da invenção.[0012] According to a second aspect, the present invention provides a computer program for detecting an overcharge of an accumulator of a battery comprising a set of parallel branches, each including accumulators arranged in series, said product of computer program including computing program instructions that, when executed on the computing means, operatively implements the steps of a method in accordance with the first aspect of the invention.
[0013] De acordo com um terceiro aspecto, a presente invenção fornece um dispositivo de detecção de sobrecarga para detectar uma sobrecarga de um acumulador de uma bateria que compreende um conjunto de ramais paralelos, cada ramal compreendendo acumuladores dispostos em série, o dito dispositivo sendo caracterizado por ser adequado e capaz de coletar as medições das correntes que fluem através dos ramais da bateria; de identificar pelo menos uma variação na corrente em um ramal do dito conjunto de ramais em relação a pelo menos outro ramal do dito conjunto de ramais como uma função das medições de correntes coletadas; de determinar um nível de estado de carga do dito ramal; e de detectar uma sobrecarga de um acumulador no dito ramal como uma função de pelo menos a dita variação na corrente identificada e do nível de estado de carga determinado.[0013] According to a third aspect, the present invention provides an overload detection device for detecting an overload of an accumulator of a battery comprising a set of parallel branches, each branch comprising accumulators arranged in series, said device being characterized by being suitable and capable of collecting measurements of the currents flowing through the battery branches; of identifying at least one variation in current in one branch of said set of branches relative to at least one other branch of said set of branches as a function of collected current measurements; to determine a load state level of said extension; and detecting an overload of an accumulator in said branch as a function of at least said variation in the identified current and the determined state of charge level.
[0014] Estes recursos característicos e vantagens da invenção serão claramente evidentes após a leitura da descrição que se segue, fornecida puramente a título de exemplo e com referência sendo feita aos desenhos anexos, nos quais: - A Figura 1 representa a visão de um sistema de bateria em uma realização da invenção; - A Figura 2 é uma vista de um gráfico representando a evolução da tensão de um acumulador de uma bateria como uma função do estado de carga do acumulador em uma realização da invenção; - A Figura 3 é um fluxograma de etapas de um método em uma realização da invenção.[0014] These characteristic features and advantages of the invention will be clearly evident after reading the following description, provided purely by way of example and with reference being made to the attached drawings, in which: - Figure 1 represents the view of a system of battery in an embodiment of the invention; - Figure 2 is a view of a graph representing the evolution of the voltage of a battery accumulator as a function of the state of charge of the accumulator in an embodiment of the invention; - Figure 3 is a flowchart of steps of a method in an embodiment of the invention.
[0015] A Figura 1 é uma vista de um sistema (10) de bateria em uma realização da invenção.[0015] Figure 1 is a view of a battery system (10) in an embodiment of the invention.
[0016] O sistema (10) de bateria inclui uma bateria que compreende pacotes N, também chamados de ramais B1, B2, ..., BN, e dispostos em paralelo.[0016] The battery system (10) includes a battery comprising N packages, also called branches B1, B2, ..., BN, and arranged in parallel.
[0017] N é um número inteiro que é maior ou igual a 2.[0017] N is an integer that is greater than or equal to 2.
[0018] A tensão entre os terminais positivo e negativo da bateria é igual à tensão nos terminais de cada ramal.[0018] The voltage between the positive and negative terminals of the battery is equal to the voltage at the terminals of each branch.
[0019] Cada ramal inclui os acumuladores (11) conectados em série.[0019] Each branch includes accumulators (11) connected in series.
[0020] Por exemplo, o número de acumuladores em um ramal é igual a M, M é um número inteiro que é maior ou igual a 2.[0020] For example, the number of accumulators in a branch is equal to M, M is an integer that is greater than or equal to 2.
[0021] De uma maneira conhecida, um acumulador é um bloco de energia básico que é adequado para armazenar energia.[0021] In a known manner, an accumulator is a basic energy block that is suitable for storing energy.
[0022] O sistema de bateria (10) inclui um dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1).[0022] The battery system (10) includes an overload monitoring device (1).
[0023] Em uma realização, a bateria (10) é uma bateria de íon-Li e os acumuladores são baseados na tecnologia LFP (Lítio Ferro Fosfato).[0023] In one embodiment, the battery (10) is a Li-ion battery and the accumulators are based on LFP (Lithium Iron Phosphate) technology.
[0024] A bateria (10), por exemplo, é destinada a assegurar o fornecimento de energia para um submarino.[0024] The battery (10), for example, is intended to ensure the energy supply for a submarine.
[0025] Na realização considerada, o sistema de bateria (10) ainda inclui os dispositivos de controle para controlar a tensão dos acumuladores, referenciados (2i, 2i, ..., 2N).[0025] In the considered embodiment, the battery system (10) further includes control devices for controlling the voltage of the accumulators, referenced (2i, 2i, ..., 2N).
[0026] Cada dispositivo de controle 2i para controlar a tensão dos acumuladores está associado com um respectivo ramal (Bi) e está adaptado para medir e controlar a tensão nos terminais de cada acumulador (ii) do ramal (Bi), i = i a N.[0026] Each control device 2i for controlling the voltage of the accumulators is associated with a respective branch (Bi) and is adapted to measure and control the voltage at the terminals of each accumulator (ii) of the branch (Bi), i = i to N .
[0027] Por exemplo, o dispositivo de controle (2i) para controlar a tensão dos acumuladores é adequado para a realizar o equilíbrio das tensões de operação nos terminais dos acumuladores dispostos em série no ramal (Bi) de modo a assegurar que todos os acumuladores da ramal (Bi) concluam suas cargas de maneira sincronizada. De fato, durante o carregamento, todos os acumuladores não são carregados à mesma velocidade por conta de disparidades nas características intrínsecas entre os acumuladores. O dispositivo de controle (2i) para controlar a tensão dos acumuladores, dessa forma então descarrega os acumuladores do ramal (Bi) que são carregados ao mais alto grau, e progressivamente com isto as cargas dos acumuladores no ramal (Bi) se equilibram.[0027] For example, the control device (2i) for controlling the voltage of the accumulators is suitable for balancing the operating voltages at the terminals of the accumulators arranged in series in the branch (Bi) in order to ensure that all accumulators of the branch (Bi) complete their loads synchronously. In fact, during charging, all accumulators are not charged at the same speed due to disparities in the intrinsic characteristics between the accumulators. The control device (2i) for controlling the voltage of the accumulators, thus discharges the accumulators of the branch (Bi) which are loaded to the highest degree, and progressively with this the charges of the accumulators in the branch (Bi) are balanced.
[0028] O dispositivo de controle (2i) para controlar a tensão dos acumuladores adicionalmente também é capaz de, quando a tensão de um acumulador do ramal (Bi) atinge o limite superior da tensão do acumulador, acionando uma suspensão de carga do ramal (Bi) do acumulador (em outras realizações, somente uma suspensão de carga do acumulador é acionada), por exemplo, por meio de atuação de chaves (não representada).[0028] The control device (2i) for controlling the voltage of the accumulators is also capable of, when the voltage of a branch accumulator (Bi) reaches the upper limit of the accumulator voltage, triggering a suspension of the branch load ( Bi) of the accumulator (in other embodiments, only a load suspension of the accumulator is activated), for example, by means of key actuation (not shown).
[0029] O sistema de bateria (10) adicionalmente também inclui os sensores de corrente (CC1, CC2, ..., CCN).[0029] The battery system (10) additionally also includes current sensors (CC1, CC2, ..., CCN).
[0030] O sensor de corrente (CCi) está adaptado para medir regularmente a corrente que flui no ramal (Bi) do sistema de bateria (10), i = 1 a N.[0030] The current sensor (CCi) is adapted to regularly measure the current flowing in the branch (Bi) of the battery system (10), i = 1 to N.
[0031] A Figura 2 representa a curva de evolução da tensão (V) de um acumulador (11) como uma função do estado de carga (Ech) do acumulador.[0031] Figure 2 represents the voltage evolution curve (V) of an accumulator (11) as a function of the state of charge (Ech) of the accumulator.
[0032] O estado de carga indica a quantidade de energia armazenada em relação à quantidade máxima que pode ser armazenada pela bateria e que corresponde a uma tensão de operação nominal (V2) (100% de estado de carga significa que algum atingiu a tensão de carga máxima do acumulador conforme definido pelo fabricante que não deve ser excedida sob risco de entrar em uma zona de operação insegura). Fisicamente, quando esta tensão máxima é obtida, para a LFP, isto significa que todos os locais de inserção dos íons-lítio foram preenchidos. (Se este nível for ultrapassado, ele começa a causar a deterioração do acumulador e de seus eletrodos).[0032] The state of charge indicates the amount of energy stored in relation to the maximum amount that can be stored by the battery and which corresponds to a nominal operating voltage (V2) (100% state of charge means that some has reached the voltage of maximum accumulator charge as defined by the manufacturer which must not be exceeded otherwise there is a risk of entering an unsafe operating zone). Physically, when this maximum voltage is obtained for the LFP, this means that all lithium-ion insertion sites have been filled. (If this level is exceeded, it begins to cause deterioration of the accumulator and its electrodes).
[0033] O estado de carga do acumulador é, por exemplo, expresso como uma porcentagem.[0033] The charge state of the accumulator is, for example, expressed as a percentage.
[0034] A quantidade de energia, armazenada ou armazenável, por uma bateria é, por exemplo, medida em Watt-hora (Wh) e corresponde à capacidade da bateria, por exemplo, medida em ampere-hora (Ah).[0034] The amount of energy, stored or storable, by a battery is, for example, measured in Watt-hours (Wh) and corresponds to the capacity of the battery, for example, measured in ampere-hours (Ah).
[0035] O valor (V1) representa o valor mínimo de tensão de operação do acumulador, (V2) representa o valor máximo de tensão do acumulador e (V3) representa o valor de tensão de saturação do acumulador no momento da sobrecarga.[0035] The value (V1) represents the minimum operating voltage value of the accumulator, (V2) represents the maximum accumulator voltage value and (V3) represents the saturation voltage value of the accumulator at the time of overload.
[0036] No caso de um acumulador de íon-Li com base na tecnologia LFP, tipicamente: V1 = 2,5 V, V2 = 3,6 V e V3 = 5V.[0036] In the case of a Li-ion accumulator based on LFP technology, typically: V1 = 2.5 V, V2 = 3.6 V and V3 = 5V.
[0037] A curva representada na Figura 2 mostra um patamar de tensão, uma zona em que a inclinação da tensão como uma função do estado de carga é muito baixa, em seguida, a tensão sobe de um modo abrupto ao longo dos últimos 5 por cento de carga antes de atingir a tensão máxima de carga (V2).[0037] The curve represented in Figure 2 shows a voltage plateau, a zone in which the voltage slope as a function of state of charge is very low, then the voltage rises abruptly over the last 5 percent charge before reaching the maximum charge voltage (V2).
[0038] Se a carga continua além desse ponto, o acumulador atinge a saturação na tensão limite superior (V3), a tensão em que pode permanecer mais ou menos por muito tempo antes de começar a “ventilação”, dependendo da taxa de carga. Quanto menor for esta taxa maior será o tempo gasto pelo acumulador sobrecarregado antes do fenômeno de “ventilação” ser provocado.[0038] If charging continues beyond this point, the accumulator reaches saturation at the upper limit voltage (V3), the voltage at which it can remain more or less for a long time before “venting” begins, depending on the charge rate. The lower this rate, the longer the time spent by the overloaded accumulator before the “ventilation” phenomenon is triggered.
[0039] Para que exista sobrecarga em um acumulador (11) em série dentro de um ramal (Bi), este acumulador (11) deve ser encontrado sob as seguintes condições: - ele está saturado na tensão (V3); e - ele continua a experimentar uma corrente de carga, isto é, os outros acumuladores dispostos em série com ele apresentam tensões que são mais baixas do que as tensões dos acumuladores dos outros ramais por conta da disposição em paralelo dos pacotes.[0039] For there to be an overload in an accumulator (11) in series within a branch (Bi), this accumulator (11) must be found under the following conditions: - it is saturated at voltage (V3); and - it continues to experience a charging current, that is, the other accumulators arranged in series with it present voltages that are lower than the voltages of the accumulators of the other branches due to the parallel arrangement of the packages.
[0040] Deve-se notar que se um acumulador (11) em um ramal (Bi) está sobrecarregado, isso significa que o dispositivo de controle de tensão (2i) para controlar a tensão dos acumuladores no ramal (Bi) do acumulador (11), não funciona corretamente e não realiza o equilíbrio, nem aciona a interrupção de carga quando a tensão do acumulador atinge a tensão limite superior (V3).[0040] It should be noted that if an accumulator (11) in a branch (Bi) is overloaded, this means that the voltage control device (2i) for controlling the voltage of the accumulators in the branch (Bi) of the accumulator (11 ), does not work correctly and does not balance, nor does it trigger charging interruption when the accumulator voltage reaches the upper limit voltage (V3).
[0041] Em uma realização da invenção, o espaço (V, Ech) do acumulador é subdividido em zonas distintas.[0041] In one embodiment of the invention, the space (V, Ech) of the accumulator is subdivided into distinct zones.
[0042] Cada zona corresponde a uma fase de carga.[0042] Each zone corresponds to a charging phase.
[0043] As fases de carga são definidas por um ou mais respectivas faixas de valores de estado de carga.[0043] The charging phases are defined by one or more respective ranges of state of charge values.
[0044] No presente caso, três zonas I, II e III são consideradas e foram identificadas para facilidade de referência na Figura 2 - a zona I associada com um estado de carga do acumulador compreendido entre (0, Ech1) corresponde a um início de carga; - a zona II associada com um estado de carga do acumulador compreendido entre (Ech1, Ech3) corresponde a um fim de carga; - a zona III associada com um estado de carga do acumulador que é maior que Ech3 corresponde a uma sobretensão, e eventualmente assim sobretempo para uma sobrecarga; na Figura 2, a zona de sobrecarga, correspondente ao alcance de saturação de tensão (V3), pela tensão do acumulador, é indicada por listras.[0044] In the present case, three zones I, II and III are considered and have been identified for ease of reference in Figure 2 - zone I associated with an accumulator charge state comprised between (0, Ech1) corresponds to a start of charge; - zone II associated with an accumulator charge state between (Ech1, Ech3) corresponds to an end of charge; - zone III associated with a state of charge of the accumulator that is greater than Ech3 corresponds to an overvoltage, and possibly therefore an overtime for an overload; In Figure 2, the overload zone, corresponding to the reach of voltage saturation (V3), by the accumulator voltage, is indicated by stripes.
[0045] No caso de um acumulador de íon-Li com base na tecnologia LFP, Ech1 = 90%, Ech3 = 100%.[0045] In the case of a Li-ion accumulator based on LFP technology, Ech1 = 90%, Ech3 = 100%.
[0046] Em uma realização, o estado de carga de cada ramo da bateria também é considerado, e similar ao que foi aqui descrito acima em referência aos acumuladores, as fases de carga de um ramal da bateria são definidas por um ou mais das respectivas faixas dos valores de estado de carga.[0046] In one embodiment, the state of charge of each battery branch is also considered, and similar to what was described here above in reference to accumulators, the charge phases of a battery branch are defined by one or more of the respective ranges of state of charge values.
[0047] Em uma realização, são consideradas três zonas ZI, ZII e ZIII: - a zona ZI associada com um estado de carga de um ramal compreendido entre (0, Ech1) corresponde a um início de carga; - a zona ZII associada com um estado de carga de um ramal compreendido entre (Ech1, Ech3) corresponde a um fim de carga: - a zona III associada com um estado de carga de um ramal, que é maior que Ech3 corresponde a uma sobretensão, e eventualmente assim sobretempo para uma sobrecarga.[0047] In one embodiment, three zones ZI, ZII and ZIII are considered: - the ZI zone associated with a load state of a branch comprised between (0, Ech1) corresponds to a load start; - zone ZII associated with a branch load state that is between (Ech1, Ech3) corresponds to an end of load: - zone III associated with a branch load state that is greater than Ech3 corresponds to an overvoltage , and eventually overtime for an overload.
[0048] Na realização considerada, o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) é adequado e capaz de implementar operacionalmente o conjunto inteiro de etapas (100) descritas aqui abaixo com referência à Figura 3.[0048] In the considered embodiment, the overload monitoring device (1) is suitable and capable of operationally implementing the entire set of steps (100) described here below with reference to Figure 3.
[0049] Em uma realização, o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) compreende uma unidade de armazenamento de memória e um microprocessador. A unidade de armazenamento de memória armazena as instruções de programa de computação, que quando são executadas pelo microprocessador do dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1), efetivamente realiza o conjunto inteiro de etapas (100).[0049] In one embodiment, the overload monitoring device (1) comprises a memory storage unit and a microprocessor. The memory storage unit stores the computing program instructions, which when executed by the microprocessor of the overload monitoring device (1), effectively performs the entire set of steps (100).
[0050] O conjunto inteiro de etapas (100) é, por exemplo, reiterado pelo dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) em cada instante de tempo de iteração Tn = T0 + n / F0 durante a carga da bateria, onde T0 é o instante de tempo de início de carga da bateria.[0050] The entire set of steps (100) is, for example, reiterated by the overload monitoring device (1) at each iteration time instant Tn = T0 + n / F0 during battery charging, where T0 is the battery charge start time.
[0051] Durante uma etapa (101), o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) é adequado e capaz de coletar as medições em tempo real, realizadas pelos sensores de corrente CCi, i = 1 a N, das correntes nos ramais (Bi) e o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) é também adicionalmente adequado e capaz de determinar o estado de carga atual da bateria ou de cada ramal (Bi).[0051] During a step (101), the overload monitoring device (1) is suitable and capable of collecting real-time measurements, carried out by the current sensors CCi, i = 1 to N, of the currents in the branches (Bi ) and the overload monitoring device (1) is also additionally suitable and capable of determining the current state of charge of the battery or each branch (Bi).
[0052] Durante uma etapa (102) o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) é adequado e capaz de identificar uma variação na corrente em um ramal em relação a pelo menos outro destes ramais como uma função das medições de corrente coletadas durante a etapa (101) e de detecção, como uma função da variação da corrente identificada e do nível de estado de carga determinado (da bateria ou de cada ramal (Bi)), a presença ou a ausência de sobrecarga de um acumulador no ramal (Bi).[0052] During a step (102) the overload monitoring device (1) is suitable and capable of identifying a variation in current in one branch in relation to at least one other of these branches as a function of current measurements collected during the step (101) and detection, as a function of the variation of the identified current and the determined state of charge level (of the battery or of each branch (Bi)), the presence or absence of overload of an accumulator in the branch (Bi) .
[0053] Durante uma etapa (103), no caso onde um ramal (Bi0) foi detectado como estando sobrecarregado durante uma etapa (102), o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) é adequado e capaz de acionar a interrupção da carga no ramal (Bi0). Essa interrupção da carga no ramal (Bi0) é acionada, por exemplo, emitindo um alarme ou acionando as chaves (não representado) que desconectam o ramal (Bi0) dos terminais de aplicação de tensão para aplicar a tensão de carga da bateria.[0053] During a step (103), in the case where a branch (Bi0) was detected as being overloaded during a step (102), the overload monitoring device (1) is suitable and capable of triggering the load interruption in the extension (Bi0). This load interruption on the branch (Bi0) is triggered, for example, by issuing an alarm or activating the switches (not shown) that disconnect the branch (Bi0) from the voltage application terminals to apply the battery charging voltage.
[0054] Em uma realização, os acumuladores são equilibrados antes da carga de um modo que eles estejam em um estado de carga assumido ser idêntico e conhecido, com a avaliação do estado de carga a ser realizado por meio dos sensores de corrente. Por exemplo, em uma etapa preliminar, antes da recarga da bateria, os acumuladores (11) da bateria são equilibrados a um nível comum fixo de baixa descarga (por exemplo, correspondendo a um nível de tensão (V1)) pelo dispositivo de controle de tensão (2i) para controlar a tensão dos acumuladores. Dessa forma, em uma realização, o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) é adequado e capaz de determinar o estado atual de carga na etapa (101) levando-o a ser igual ao estado de carga da bateria, calculado pela contagem do total de amperes armazenados pela bateria, com base nas medições de corrente coletadas desde o tempo (T0).[0054] In one embodiment, the accumulators are balanced before charging such that they are in an assumed identical and known state of charge, with the assessment of the state of charge being carried out by means of the current sensors. For example, in a preliminary step, before recharging the battery, the battery accumulators (11) are balanced to a fixed common low discharge level (e.g. corresponding to a voltage level (V1)) by the charge control device. voltage (2i) to control the voltage of the accumulators. Thus, in one embodiment, the overload monitoring device (1) is suitable and capable of determining the current state of charge in step (101) causing it to be equal to the state of charge of the battery, calculated by counting the total of amps stored by the battery, based on current measurements collected since time (T0).
[0055] Esse método torna possível reduzir o risco de detectar instâncias de sobrecarga onde de fato não existe nenhuma.[0055] This method makes it possible to reduce the risk of detecting instances of overload where none actually exists.
[0056] Em uma realização, as seguintes operações são realizadas pelo dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) durante a etapa (102) no instante de tempo de iteração (Tn).[0056] In one embodiment, the following operations are performed by the overload monitoring device (1) during step (102) at the iteration time instant (Tn).
[0057] A fim de identificar uma diferença na distribuição da corrente entre os ramais, o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) calcula o valor de uma corrente de referência (Iref_n) que é igual à soma das correntes atualmente medidas nos ramais N dividido pelo número N de ramais.[0057] In order to identify a difference in the current distribution between the branches, the overload monitoring device (1) calculates the value of a reference current (Iref_n) which is equal to the sum of the currents currently measured in the branches N divided by number N of extensions.
[0058] Em seguida o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) calcula a diferença ΔIBi_n entre a medição de corrente no ramal (Bi) coletado atualmente na etapa (100), citado como (IBi_n) e a corrente de referência (Iref_n) para i = 1 a N, que é: Iref_n = (∑i=1 à N lBi_n) / N; ΔIBi_n = Iref_n - IBi_n.[0058] Then the overload monitoring device (1) calculates the difference ΔIBi_n between the current measurement in the branch (Bi) currently collected in step (100), cited as (IBi_n) and the reference current (Iref_n) for i = 1 to N, which is: Iref_n = (∑i=1 to N lBi_n) / N; ΔIBi_n = Iref_n - IBi_n.
[0059] Em seguida, o dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1) testa as seguintes condições cond(I) e cond(II) para i = 1 a N e dessa forma detecta a presença ou a ausência de uma sobrecarga de um acumulador em um ramal: - cond(I): Se o estado de carga determinado na etapa (101) do instante de tempo de iteração Tn for igual a ZI e ΔIBi_n > Δlimitar, então há um acumulador sobrecarregado (11) no ramal (Bi); e - cond(II): se, durante a carga na zona ZII, for detectado que o valor de limiar Δlimiar foi ultrapassado, com o nível posteriormente caindo abaixo do limite -Δ limiar, então existe assim um acumulador sobrecarregado (11) no ramal (Bi); a implementação da condição cond(II) é, por exemplo, da seguinte forma: se o estado de carga determinado na etapa (101) do instante de tempo de iteração Tn for igual a ZII e ΔIBi_n < -Δlimiar, e se tiver sido determinado durante a carga na zona ZII e em um instante de tempo anterior, por exemplo, citado como Tm (Tm<Tn) que ΔIBi_m > Δlimiar, então existe assim um acumulador sobrecarregado (11) no ramal (Bi).[0059] Next, the overload monitoring device (1) tests the following conditions cond(I) and cond(II) for i = 1 to N and thus detects the presence or absence of an overload of an accumulator in a branch: - cond(I): If the charge state determined in step (101) of the iteration time instant Tn is equal to ZI and ΔIBi_n > Δlimitar, then there is an overloaded accumulator (11) in the branch (Bi); e - cond(II): if, during charging in zone ZII, it is detected that the threshold value Δthreshold has been exceeded, with the level subsequently falling below the -Δthreshold limit, then there is thus an overloaded accumulator (11) in the branch (Bi); the implementation of the cond(II) condition is, for example, as follows: if the charge state determined in step (101) of the iteration time instant Tn is equal to ZII and ΔIBi_n < -Δthreshold, and if it has been determined during charging in zone ZII and at a previous instant of time, for example, cited as Tm (Tm<Tn) that ΔIBi_m > Δthreshold, then there is an overloaded accumulator (11) in the branch (Bi).
[0060] O valor de limiar Δlimiar é um valor positivo que é fixado experimentalmente.[0060] The threshold value Δthreshold is a positive value that is fixed experimentally.
[0061] Deve-se notar também que em algumas realizações, pode ser feito uso de um valor de limiar Δlimiar 1 a fim de testar a condição cond(I), e um valor de limiar separado e distinto, Δlimiar 2, a fim de testar a condição cond(II) de ultrapassagem deste valor de limiar Δlimiar 2e de seu valor oposto -Δlimiar 2. Em uma realização, valores separados e distintos são tomados para o valor de limiar positivo Δlimiar 2_1e o valor de limiar negativo -Δlimiar 2_2 das sucessivas ultrapassagens dos mesmos são detectados pela condição cond(II).[0061] It should also be noted that in some embodiments, use may be made of a threshold value Δthreshold 1 in order to test the condition cond(I), and a separate and distinct threshold value, Δthreshold 2, in order to test the condition cond(II) of exceeding this threshold value Δthreshold 2and its opposite value -Δthreshold 2. In one embodiment, separate and distinct values are taken for the positive threshold value Δthreshold 2_1and the negative threshold value -Δthreshold 2_2 of the successive exceeding of them are detected by condition cond(II).
[0062] Se o teste dessas condições cond(I) e cond(II) para cada i, i = 1 a n, não resultar na detecção de sobrecarga pelo dispositivo de monitoramento de sobrecarga (1), este último forma uma conclusão confirmando a ausência de sobrecargas dentro da bateria no instante de tempo Tn.[0062] If testing these conditions cond(I) and cond(II) for each i, i = 1 to n, does not result in overload detection by the overload monitoring device (1), the latter forms a conclusion confirming the absence of overloads within the battery at the instant of time Tn.
[0063] Considerar os seguintes cenários de caso.[0063] Consider the following case scenarios.
[0064] Caso A: um acumulador (11) em um ramal (Bi0) entra em estado de sobrecarga na zona ZI.[0064] Case A: an accumulator (11) in a branch (Bi0) enters an overload state in the ZI zone.
[0065] Neste caso, a sobretensão é causada no nível do ramal (Bi0) pelo acumulador (11) que está sobrecarregado (por exemplo, maior que 1,5 V), que apresenta a ilusão de que outros ramais do que o ramal (Bi0) têm um estado de carga que é maior que o deles por uma certa porcentagem. Naturalmente, a corrente no ramal (Bi0) irá então diminuir e os outros ramais irão distribuir entre eles uma corrente adicional, no total equivalente à redução da corrente neste ramal (Bi0). Dessa forma, os outros ramais compensam seu atraso (“lag”) sobre o ramal (Bi0).[0065] In this case, the overvoltage is caused at the branch level (Bi0) by the accumulator (11) which is overloaded (for example, greater than 1.5 V), which presents the illusion that other branches than the branch ( Bi0) have a charge state that is greater than theirs by a certain percentage. Naturally, the current in the branch (Bi0) will then decrease and the other branches will distribute an additional current among them, in total equivalent to the reduction in current in this branch (Bi0). This way, the other extensions compensate for their delay (“lag”) on the extension (Bi0).
[0066] Caso B: um acumulador (11) em um ramal (Bi0) entra em estado de sobrecarga na zona ZII. O ramal (Bi0) assume então um atraso na sua carga porque o aumento na tensão em seus terminais, devido à sobretensão do acumulador com uma falha, não corresponde a um aumento real no estado de carga do ramal. Uma vez que a tensão deste acumulador alcança a tensão de saturação, o ramal (Bi0) deve então compensar o atraso cumulativo no estado de carga aceitando um aumento de corrente.[0066] Case B: an accumulator (11) in a branch (Bi0) enters an overload state in zone ZII. The branch (Bi0) then experiences a delay in its charging because the increase in voltage at its terminals, due to the overvoltage of the accumulator with a fault, does not correspond to a real increase in the branch's state of charge. Once the voltage of this accumulator reaches the saturation voltage, the branch (Bi0) must then compensate for the cumulative delay in the state of charge by accepting an increase in current.
[0067] Caso C: Na zona ZIII, os outros ramais que impõem uma tensão máxima sobre o ramal (Bi0), os acumuladores do ramal (Bi0) têm uma tensão que é alta o suficiente para prevenir que o ramal (Bi0) vá além de uma tensão onde um acumulador possa saturar a 5V se o dispositivo de controlo de tensão (2i0) para controlar a tensão dos acumuladores não funcionar corretamente.[0067] Case C: In zone ZIII, the other branches that impose a maximum voltage on the branch (Bi0), the accumulators of the branch (Bi0) have a voltage that is high enough to prevent the branch (Bi0) from going beyond of a voltage where an accumulator can saturate at 5V if the voltage control device (2i0) to control the voltage of the accumulators does not work correctly.
[0068] Dessa forma, quando o estado de carga é ZI, a ultrapassagem por ΔIBi0_n do valor de limiar Δlimiar é característica da presença de um acumulador que está sobrecarregado no ramal Bi0, conforme descrito no caso A.[0068] Therefore, when the charge state is ZI, the exceeding by ΔIBi0_n of the threshold value Δthreshold is characteristic of the presence of an accumulator that is overloaded in branch Bi0, as described in case A.
[0069] Quando o estado de carga é ZII e a diferença entre a medição da corrente no ramal Bi0 e a corrente de referência Iref_n, primeiro torna- se maior que o primeiro valor de limiar igual ao Δlimiar, e então menor que o segundo valor de limiar igual ao -Δlimiar, isso significa que um acumulador não foi devidamente equilibrado e que está com sobrecarga.[0069] When the load state is ZII and the difference between the measured current in branch Bi0 and the reference current Iref_n, first becomes greater than the first threshold value equal to Δthreshold, and then smaller than the second value threshold equal to -Δthreshold, this means that an accumulator has not been properly balanced and is overloaded.
[0070] A ultrapassagem do segundo valor de limiar após o primeiro torna possível determinar que houve uma falha na gestão de tensão de pelo menos um acumulador. Se a detecção de sobrecarga não levasse em conta que a ultrapassagem do primeiro valor de limiar seria considerada, uma sobrecarga poderia ter sido relatada de uma maneira errada se o ramal (Bi0) fosse menor no total do que os outros ramais, sem isto significando que há uma sobrecarga de um acumulador no ramal (Bi0).[0070] Exceeding the second threshold value after the first makes it possible to determine that there has been a failure in the voltage management of at least one accumulator. If overload detection did not take into account that exceeding the first threshold value would be considered, an overload could have been reported in a wrong way if the branch (Bi0) was smaller in total than the other branches, without this meaning that there is an overload of an accumulator in the branch (Bi0).
[0071] No caso da bateria incluir um ramal com capacidade menor que os outros ramos, haveria de fato na zona ZII uma ultrapassagem de Δ limiar, mas não a subsequente ultrapassagem de -Δlimiar, dessa forma a presente invenção irá prevenir a falsa detecção de sobrecarga nesse caso.[0071] In case the battery includes a branch with a lower capacity than the other branches, there would in fact be in zone ZII an exceeding of Δ threshold, but not the subsequent exceeding of -Δthreshold, thus the present invention will prevent false detection of overload in this case.
[0072] Em uma realização descrita acima no presente pedido, a condição a ser testada em relação a uma variação na corrente de um ramal (Bi) inclui o cálculo da diferença entre a medição da corrente no ramal (Bi) e uma corrente de referência igual à média das correntes que fluem nos diferentes ramais, então a comparação desta diferença com um valor de limiar. Em outras realizações, a condição a ser testada em relação a uma variação na corrente em um ramal (Bi) assume diferentes formas, por exemplo, a corrente de referência é escolhida para ser igual a uma corrente que flui no outro ramal.[0072] In an embodiment described above in the present application, the condition to be tested in relation to a variation in the current of a branch (Bi) includes calculating the difference between the measurement of the current in the branch (Bi) and a reference current equal to the average of the currents flowing in the different branches, then comparing this difference with a threshold value. In other embodiments, the condition to be tested with respect to a variation in current in a branch (Bi) takes different forms, for example, the reference current is chosen to be equal to a current flowing in the other branch.
[0073] A presente invenção fornece, portanto uma solução para detectar problemas relacionados à sobrecarga dentro de uma bateria e, em particular, para detectar e solucionar o mau funcionamento dos dispositivos de controlo de tensão dos acumuladores da bateria. Em uma realização, a invenção torna assim possível realizar a detecção de sobrecarga com base exclusivamente nas medições de corrente, e independentemente das medições da tensão dos acumuladores.[0073] The present invention therefore provides a solution for detecting problems related to overload within a battery and, in particular, for detecting and solving malfunctions in the voltage control devices of the battery accumulators. In one embodiment, the invention thus makes it possible to perform overload detection based exclusively on current measurements, and independently of voltage measurements of the accumulators.
Claims (15)
Applications Claiming Priority (3)
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