BRPI0811793B1

BRPI0811793B1 - Equipamento para estimar uma tensão de circuito aberto (ocv) e processo para estimar a mesma, equipamento para estimar um estado de carga (soc) e processo para estimar o mesmo, módulo de hardware para estimar uma ocv e módulo de hardware para estimar um soc

Info

Publication number: BRPI0811793B1
Application number: BRPI0811793-4A
Authority: BR
Inventors: Jung-Soo KANG; Do-youn Kim; Chang-Gi Jung; Do-Yang Jung
Original assignee: Lg Chem, Ltd.
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2019-03-26
Also published as: JP2010523971A; US8175826B2; US8639460B2; KR20090020470A; BRPI0811793A2; EP2181339A1; CA2697011C; US20120191390A1; CN101688899A; EP2181339B1; EP2181339A4; CN101688899B; JP4860768B2; WO2009025528A1; CA2697011A1; US20100174499A1; KR100985667B1

Abstract

equxpamento para estxmar a tensão de cxrcuxto aberto de baterxa, equxpamento para estxmar o estado de carga de baterxa e processo para controlar o mesmo um equipamento para estimar uma ocv de uma bateria inclui uma unidade de medição de tensão para medir uma tensão de saída de bateria; uma unidade de medição de temperatura para medir uma temperatura de bateria; uma unidade de armazenamento de dados para receber periodicamente a tensão de saída de bateria e dados de temperatura a partir das unidades de medição e armazenar os dados em uma memória; uma unidade de estimação de variação de ocv para calcular uma variação de ocv de um padrão variante de tensões de saída de bateria medidas no passado e no presente, armazenadas na memória, pela aplicação de um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação e a variação de ocv, e estimar uma ocv em uma fase atual refletindo um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria na variação de ocv calculada; e uma unidade de estimação de ocv para estimar uma ocv na fase atual refletindo a variação de ocv calculada na ocv estimada em uma última fase.

Description

EQUIPAMENTO PARA ESTIMAR UMA TENSÃO DE CIRCUITO ABERTO (OCV) E

PROCESSO PARA ESTIMAR A MESMA, EQUIPAMENTO PARA ESTIMAR UM ESTADO

DE CARGA (SOC) E PROCESSO PARA ESTIMAR O MESMO, MÓDULO DE HARDWARE

PARA ESTIMAR UMA OCV E MÓDULO DE HARDWARE PARA ESTIMAR UM SOC

Campo Técnico

A presente invenção está relacionada a equipamento e processo para estimar uma tensão de circuito aberto (OCV - Open Circuit Voltage) e um estado de carga (SOC - State Of Charge) de uma batería, e, mais especificamente, a equipamento e processo para estimar uma tensão de circuito aberto (OCV) de uma batería, de acordo com um padrão de carga de uma tensão de saída de batería e, a seguir, estimar um estado de carga (SOC) da batería com base na OCV estimada e uma temperatura de batería.

Histórico

Geralmente, uma batería recarregável é montada em um carro elétrico ou um dispositivo eletrônico portátil, tal como uma câmera de vídeo, um telefone móvel, um PC portátil, tocadores de PMP e de MP3; assim o dispositivo eletrônico portátil ou o carro elétrico é operado usando a energia emitida a partir da batería.

No caso de uma batería ser usada em um dispositivo eletrônico portátil, a batería é recarregada usando uma unidade de carregamento separada. No caso de uma batería ser usada para um carro elétrico, a batería é recarregada usando a eletricidade gerada por uma força de rotação de uma roda motriz enquanto o carro estiver em movimento.

Nesse ínterim, se uma batería é conectada a uma carga para iniciar descarga, uma tensão terminal entre um ânodo e um cátodo é gradualmente reduzida. Adicionalmente, se a tensão terminal atinge um determinado limite, a tensão terminal entre o cátodo e o ânodo é reduzida rapidamente a uma tensão final de descarga, e, depois disso, a capacidade de descarga é perdida. Se a batería é descarregada abaixo da tensão final de descarga, uma reação química ocorre entre um eletrólito e uma placa de eletrodo, danificando a placa de eletrodo que gera corrente elétrica. Se este fenômeno for repetido, a batería pode perder sua função ou ter encurtado seu ciclo de vida.

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 9/16

Assim, ao usar uma batería, é muito importante carregar a batería em um ponto adequado, verificando exatamente o SOC (estado de carga) da batería, e, também, impedir que a batería seja descarregada até uma tensão final de descarga. Em particular, no caso de um carro elétrico ou um carro híbrido, o SOC de uma batería deveria ser verificado acuradamente de modo a impedir, com antecedência, que o carro pare abruptamente enquanto em movimento e, também, de modo a estabilizar a fonte de alimentação para o motor do carro. Porém, uma vez que a característica de batería é mudada não linearmente (por exemplo, variando de acordo com temperatura, descarga ou algo semelhante), é difícil medir exatamente o SOC da batería.

Existe um processo frequentemente usado para estimar o SOC de uma bateria de acordo com a OCV (tensão de circuito aberto) da bateria e um processo para estimar o SOC de uma bateria com base em uma corrente descarregada da bateria.

No primeiro processo, um padrão de variação de OCV é preparado na forma de uma tabela de consulta para cada SOC com antecedência, e então um SOC é mapeado a partir da tabela de consulta de acordo com uma tensão de saída da bateria. Porém, não é acurado estimar o SOC de uma bateria com base em uma tensão de bateria, pois na etapa de carregar ou descarregar a bateria pode ocorrer um erro entre uma tensão real e uma tensão medida devido à queda de IR.

Para referência, uma queda de IR significa que uma tensão é mudada rapidamente quando uma bateria é conectada a uma carga e inicia carga ou descarga. Isto é, a tensão de bateria é rapidamente reduzida quando a bateria inicia descarregamento, enquanto a tensão é aumentada rapidamente quando a bateria inicia o carregamento.

No último processo, o SOC é estimado por uma carga de corrente da bateria, isto é uma capacidade de corrente calculada pelo acúmulo de correntes que fluem para a carga. Porém, a precisão na estimação de SOC ao longo do tempo deste processo mostra-se prejudicada, uma vez que os erros de medida da corrente elétrica acumulam-se.

Consequentemente, atualmente, foram sugeridos vários processos para corrigir o SOC de uma batería para resolver os problemas convencionais mencionados. Tais processos adotam modelos matemáticos complicados, que, no entanto, requerem muito tempo para estimação de SOC de uma bateria e também precisam de hardware de alta tecnologia para executar operações complexas.

Descrição da Invenção

Problema Técnico

A presente invenção é projetada em atenção aos problemas mencionados; assim, visa prover um equipamento capaz de corrigir um erro de medida de tensão de saída de bateria, causado por queda de IR, e também estimar facilmente e acuradamente uma tensão de circuito aberto (OCV) e um estado de carga (SOC) de uma bateria usando apenas a tensão de saída de bateria, em que erros de medida não são acumulados, e também prover um processo para controlá-los.

Solução Técnica

Para realizar o objeto mencionado, a presente invenção provê um equipamento para estimar uma OCV (tensão de circuito aberto) de uma bateria, compreendendo: uma unidade de medição de tensão para medir uma tensão de saída de uma bateria; uma unidade de medição de temperatura para medir uma temperatura da bateria; uma unidade de armazenamento de dados para receber periodicamente a tensão de saída de bateria e os dados de temperatura da unidade de medição de tensão e da unidade de medição de temperatura e, a seguir, armazenar a tensão de saída de bateria e os dados de temperatura em uma memória; uma unidade de estimação de variação de OCV para calcular uma variação de OCV a partir de um padrão de variação de tensões de saída de bateria medidas no passado e no presente, armazenadas na memória, pela aplicação de um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria e a variação de OCV, e, a seguir, estimar uma OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria na variação de OCV calculada; e uma unidade de estimação de OCV para estimar uma OCV da bateria na fase atual ao refletir a variação de

OCV estimada na OCV estimada em uma última fase.

Em outro aspecto da presente invenção, também é provido um equipamento para estimar um SOC (estado de carga) de uma bateria, que compreende adicionalmente uma unidade de estimação de SOC para mapear o SOC da bateria que corresponde à OCV estimada e à temperatura de bateria a partir da informação de SOC de cada temperatura e cada OCV e, a seguir, emitir o SOC.

Preferivelmente, a unidade de estimação de OCV corrige a OCV ao somar uma diferença entre um valor de média ponderada para as tensões de saída de bateria do passado e do presente e a OCV da última fase à OCV estimada da fase atual, e, sendo o valor médio ponderado aumentado, o ponto de medida da tensão de saída de bateria é antecipado. Neste caso, a tensão de saída de bateria do passado pode ser uma tensão de saída de bateria da última fase.

Na presente invenção, a variação de OCV estimada pode ser calculada ao multiplicar a variação de OCV calculada pelo fator de correção.

Na presente invenção, a tensão de saída de bateria do padrão de variação pode incluir, pelo menos, as tensões de saída de bateria (V_n, V_n_i e V_n.₂) medidas em uma fase atual, uma última fase e na fase antes da última.

Preferivelmente, o modelo matemático é definido pela operação matemática entre uma variação de tensão de saída de bateria entre a fase atual e a última fase e uma função padrão definida por cada tensão de saída do padrão de variação de tensão de saída de bateria.

Na presente invenção, o fator de correção é calculado preferivelmente ao alimentar a temperatura da bateria em um modelo matemático que define uma temperatura de bateria (T) como uma variável de entrada e um fator de correção da variação de OCV de bateria como uma variável de saída.

Para realizar o objeto mencionado, a presente invenção provê também um processo para estimar uma OCV de uma bateria, compreendendo: obter periodicamente tensão de saída e dados de temperatura de uma bateria; calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saída de bateria medidas no presente e no passado ao aplicar um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria e a variação de OCV, e estimar uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria na variação de OCV calculada; e estimar uma OCV de bateria na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada em uma OCV de bateria estimada em uma última fase.

Em outro aspecto da presente invenção, também é provido um processo para estimar o SOC de uma bateria, que compreende adicionalmente a etapa de mapear o SOC da bateria que corresponde à OCV estimada e a temperatura de bateria com referência à informação de SOC de cada temperatura e cada OCV e, a seguir, emitir o SOC.

O objeto acima também pode ser realizado por um módulo de hardware tal como um microprocessador que executa cada etapa requerida para estimar uma OCV ou um SOC de uma bateria.

Para realizar o objeto mencionado, a presente invenção provê também um módulo de hardware para estimar uma OCV de uma bateria, que executa: um processo de calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saída de bateria medidas no presente e no passado, armazenadas em uma memória, ao aplicar um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria e a variação de OCV; um processo de estimação de uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde a uma temperatura de bateria na variação de OCV calculada; e um processo de estimar uma OCV de bateria na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada em uma OCV de bateria estimada em uma última fase.

Em outro aspecto da presente invenção, também é provido um módulo de hardware para estimar o SOC de uma bateria, que executa adicionalmente um processo para mapear o SOC que corresponde à OCV estimada e a temperatura de bateria da informação de SOC provida previamente de cada temperatura e cada OCV e, a seguir, emitir o SOC.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estas e outras características, aspectos, e vantagens de modalidades preferidas da presente invenção serão mais completamente descritas na seguinte descrição detalhada, tomada em conjunto com os desenhos. Nos desenhos:

A Figura 1 é um diagrama de blocos que mostra um equipamento para estimar uma tensão de circuito aberto (OCV) de uma bateria e um equipamento para estimar um estado de carga (SOC) de uma bateria que usa o mesmo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 2 é um diagrama de blocos para ilustrar funções de um módulo de estimação de parâmetro de bateria, de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção;

A Figura 3 é um fluxograma que ilustra um processo para estimar a OCV de uma bateria e um processo para estimar o SOC de uma bateria usando o mesmo, de acordo com uma modalidade da presente invenção;

A Figura 4 é um gráfico que mostra comparativamente o SOC de uma bateria, estimada de acordo com o processo da presente invenção, e o SOC de uma bateria, estimado de acordo com um processo de integração atual convencional, quando um ciclo de carga/descarga do exemplo 1 experimental é aplicado;

A Figura 5 é um gráfico que mostra comparativamente a OCV estimada, de acordo com o processo da presente invenção e uma tensão de saída de bateria medida atualmente, em um ciclo de carga/descarga sob condições propostas no exemplo experimental 1;

A Figura 6 é um gráfico que mostra comparativamente a OCV estimada, de acordo com o processo da presente invenção e uma tensão de saída de bateria medida atualmente, quando um ciclo de carga/descarga de 250 segundos e um período de silêncio de 10 minutos são configurados;

A Figura 7 é um gráfico que mostra comparativamente a OCV estimada, de acordo com o processo da presente invenção e uma tensão de saída de bateria medida atualmente, quando um ciclo de carga/descarga de 500 segundos e um período de silêncio de 10 minutos são configurados; e

A Figura 8 é uma tabela que mostra as temperaturas de bateria, OCV medida, OCV estimada, diferenças (valores de erro) entre a OCV medida e a OCV estimada, SOC medido,

SOC estimado, e diferenças (valores de erro) entre o SOC medido e o SOC estimado, de uma forma comparativa e analítica.

Numerais de Referência de Partes Essenciais dos Desenhos

100:	bateria
200:	equipamento para estimar a OCV e o SOC de

bateria

210:	unidade de medição de tensão
220:	unidade de medição de temperatura
230:	memória
240:	microprocessador
240 '	: módulo de estimação de parâmetro de bateria
241:	unidade de armazenamento de dados
242 :	unidade de estimação de variação de OCV
243 :	unidade de estimação de OCV
244:	unidade de estimação de SOC
300:	carga
310:	sistema de gerenciamento de bateria

Melhor Modo de Realizar a Invenção

Em seguida, as modalidades preferidas da presente invenção serão descritas em detalhes, fazendo-se referência aos desenhos anexos. Tintes da descrição, deve ser entendido que os termos usados no relatório e as reivindicações anexas não devem ser interpretadas como limitativos aos significados gerais e literais, mas interpretados com base nos significados e conceitos que correspondem a aspectos técnicos da presente invenção, com base no princípio de que ao inventor é permitido definir termos apropriadamente para melhor explicação. Então, a descrição proposta neste relatório é apenas um exemplo eleito com a finalidade de ilustração apenas, sem pretender limitar o escopo da

invenção; do mesmo

modo, deve ser entendido que outros

equivalentes e modificações podem ser realizados, sem afastar-se do espírito e do escopo da invenção.

A Figura 1 é um de diagrama de blocos que mostra esquematicamente um equipamento para estimar uma tensão de circuito aberto (OCV) e um estado de carga (SOC) de uma bateria de acordo com uma modalidade da presente invenção.

Fazendo referência à Figura 1, o equipamento 200 para estimar a OCV e o SOC de uma bateria, de acordo com a presente invenção, inclui uma unidade de medição de tensão 210, uma unidade de medição de temperatura 220, uma memória 230, e um microprocessador 240. Preferivelmente, o equipamento 200 é conectado entre uma bateria 100 e um BMS (sistema de gerenciamento de bateria) 310 de uma carga 300 para o qual a alimentação é provida a partir da bateria 100.

A unidade de medição de tensão 210 mede periodicamente uma tensão de saída da bateria 100 e emite a tensão de saída para o microprocessador 240.

A unidade de medição de temperatura 220 mede periodicamente uma temperatura da bateria 100 e emite a temperatura para o microprocessador 240.

A memória 230 armazena SOC (estado de carga) de bateria a cada temperatura e cada OCV, obtido pelas experiências com antecedência, e também armazena tensão de saída e dados de temperatura da bateria, obtidos periodicamente a partir da bateria 100.

Neste caso, o SOC de bateria a cada temperatura e a cada OCV é armazenado em uma área não-volátil da memória 230. Assim, os dados relativos ao SOC de bateria a cada temperatura e cada OCV não são perdidos, apesar da alimentação não ser provida à memória 230.

Os dados de tensão de saída e os dados de temperatura, medidos pela unidade de medição de tensão 210 e pela unidade de medição de temperatura 220, são armazenados em uma área volátil da memória 230. Os dados de tensão de saída e os dados de temperatura da bateria são armazenados e mantidos apenas quando a alimentação é provida à memória 230.

microprocessador 240 recebe a tensão de saída e os dados de temperatura a partir da unidade de medição de tensão 210 e da unidade de medição de temperatura 220, os armazena na memória 230, e executa um módulo de estimação de parâmetro de batería 240' que é um algoritmo de programa para estimar a OCV e o

SOC de uma batería. A configuração e a operação do módulo de estimação de parâmetro de batería 240' serão explicadas depois em maiores detalhes.

O tipo de batería 100 não é limitado especialmente, e pode adotar uma batería de íon de lí tio, uma batería de polímero de lítio, uma batería de níquel-cádmio, uma batería de níquel-hidrogênio, ou uma batería de níquel-zinco, que são recarregáveis e cujo SOC deveria ser considerado.

tipo de carga 300 não é limitado especialmente, e pode adotar um dispositivo eletrônico portátil tal como uma câmera de vídeo, um telefone móvel, um PC portátil, PMP, e um reprodutor de MP3; um motor de um carro elétrico ou um carro híbrido; ou um conversor CC-CC.

Enquanto isso, a carga 300 é provida com um sistema de gerenciamento de batería (BMS) 310. 0 BMS 310 tem um papel de verificar um estado anormal da bateria 100 e exibir a OCV e/ou o SOC da bateria através de um display para um usuário.

A Figura 2 é um diagrama de blocos para ilustrar funções do módulo de estimação de parâmetro de bateria 240' de acordo com uma modalidade preferida da presente invenção.

Fazendo referência à Figura 2, o módulo de estimação de parâmetro de bateria 240' inclui uma unidade de armazenamento de dados 241, uma unidade de estimação de variação de OCV 242, uma unidade de estimação de OCV 243 e uma unidade de estimação de SOC 244.

A unidade de armazenamento de dados 241 recebe periodicamente tensão de saída e dados de temperatura de uma bateria a partir da unidade de medição de tensão 210 e da unidade de medição de temperatura 220, mostrada na Figura 1, e armazena os dados em uma área de trabalho temporário que é uma área não-volátil da memória 230.

A unidade de estimação de variação de OCV 242 estima uma variação de OCV com base de OCV em uma última fase usando um padrão de variação de uma tensão de saída de bateria de modo a estimar a OCV da bateria em uma fase atual. Isto é, a unidade de estimação de variação de OCV 242 estima quanto a OCV da bateria na fase atual é variada com base na OCV na última fase.

Em maiores detalhes, a unidade de estimação de variação de OCV 242 lê uma tensão de saída de bateria na fase atual, uma tensão de saída de bateria na última fase, e uma temperatura de bateria na fase atual da memória 230. A seguir, a unidade de estimação de variação de OCV 242 estima uma variação úOCV_n de OCV ao usar a seguinte equação 1.

	Equação 1:
	AOCV_n = OCV_n	- OCVn-! = G(V)xF(T)
	Na equação	1, G(V) é uma função de	cálculo	de
variação	de OCV para mapear	uma variação de tensão	de	saída	de
bateria	'VnVn-i' entre a fase	atual e a última fase em	uma	variação

AOCV_n de OCV, e F(T) é uma função de correção de OCV para corrigir a variação AOCV_n de OCV, de acordo com a temperatura de bateria ao refletir um efeito de mudança de OCV, de acordo com a temperatura.

G(V) é uma função que converte uma variação da tensão de saída de bateria em uma variação de OCV ao corrigir um erro (uma diferença entre a tensão medida e a tensão real) da tensão de saída de bateria, causada por uma queda de IR, sem usar a variação da tensão de saída de bateria como ocorre. Isto é, se a variação de tensão de saída de bateria tende a aumentar em lugar de um anterior, G(V) diminui a variação da tensão de saída de bateria e, a seguir, a emite como uma variação de OCV de bateria. Adicionalmente, se a variação de tensão de saída de bateria tende a ser mantida constante, G(V) emite a variação da tensão de saída de bateria como uma variação de OCV de bateria. Ademais, se a tensão de saída de bateria tende a diminuir em lugar de um anterior, G(V) aumenta um pouco a variação de tensão de saída de bateria e, a seguir, a emite como a variação de OCV de bateria.

G(V) pode ser obtido por modelamento matemático de uma correlação entre um padrão de variação da tensão de saída de bateria e uma variação de OCV correspondente sob uma condição de temperatura específica. Como um exemplo, uma função para a modelagem matemática pode ser obtida depois de analisar uma correlação entre um padrão de variação de tensões de saída de bateria V_n, V_n-i e V_n-₂ em uma fase atual, em uma última fase e na fase antes da última e uma variação AOCV_n de OCV correspondente sob. uma condição experimental que permite medida de uma tensão de saída de bateria e uma OCV de bateria. O número de tensões de saída de bateria que configuram um padrão de variação da tensão de saída de bateria pode ser estendido a 4 ou mais.

G(V) pode ser generalizado e definido como na seguinte equação 2.

Equação 2:

G(V) - (V_n-V_n_₁)xg(V_n, V_n._lz V_n_₂, ...)

Em que, g(V_n, V_n-i, V_n_₂, ...) é uma função padrão de tensão de saída de bateria. O símbolo significa que uma padrão pode ser definida usando três ou mais tensões de saída de bateria, incluindo a tensão de saída de bateria medida em uma fase atual. A função padrão está definida pela análise de uma correlação entre uma pluralidade de variações de tensão de saída de bateria obtidas experimentalmente e uma variação de OCV. Como um exemplo, a função g pode ser definida como uma taxa relativa da variação de tensão de saída na última fase para a variação de tensão de saída na fase atual. Porém, a presente invenção não é limitada às equações detalhadas da função padrão.

Uma resistência de bateria interna varia dependendo da temperatura. Se a resistência interna de bateria variar, o padrão de tensão de saída de bateria e a variação de OCV de bateria também são mudados, apesar da mesma condição de carga/descarga. Nesta consideração, F(T) corrige a variação de OCV, calculada por G(V), de acordo com a condição de temperatura. Em outras palavras, F(T) é uma função de correção da variação de OCV estimada por G(V) no caso da temperatura de bateria ser diferente da temperatura ajustada como uma condição de cálculo de

G(V). F(T) pode ser obtida pela análise de uma correlação entre o padrão de variação da tensão de saída de bateria e a variação de OCV de bateria com temperatura variável a intervalos regulares. Isto é, F(T) pode ser calculado por modelagem matemática que mede quantitativamente uma largura de variação da variação AOCV_n de OCV de bateria, enquanto ajusta condições experimentais tal que o padrão de tensão de saída de bateria seja idêntico a cada temperatura medida em intervalos regulares, por exemplo, 1²C, e usa a temperatura T e a largura de variação de AOCV_n como uma variável de entrada e uma variável de saída, respectivamente. F(T) obteve como descrito acima, torna-se uma função para emitir um fator de correção de variação de OCV de bateria usando a temperatura T de bateria como uma variável de entrada. Para simplificação do cálculo, fatores de correção de cada valor T são configurados como uma tabela de consulta e, a seguir, gravados na memória 230, e o fator de correção de cada temperatura pode ser referido quando uma variação de OCV de bateria for calculada.

A unidade de estimação de OCV 243 lê a (n-1)ésima OCV, estimada na última fase, a partir da memória 230, e, a seguir, estima a n-ésima OCV ao somar a variação AOCV_n de OCV, estimada pela unidade de estimação de variação de OCV 242, para o (n-l)-ésima OCV.

Preferivelmente, a unidade de estimação de OCV 243 calcula um valor de média ponderada V_n(vai_Ormédio) entre a tensão de saída de bateria V_n na fase atual e a tensão de saída de bateria medida na última fase usando a seguinte equação 3.

Equação 3:

V_n (valormédio) ~ ( Αχ * Vi +A2 * V2 + . . . +Α_η_χ * V_n_i+A_n* V_n ) / At_ot_ai

Atotal ~ Ai + A₂ + A3 + ... + A_n

Na equação 3 acima, A_k é reduzido conforme k aumenta. Por exemplo, no caso de n=100, A_k pode ter um valor inicial de 100 e pode ser reduzido 1 a 1. Como um exemplo alternativo, A₁*Vi+A₂*V₂+ . . . +A_k_₂*V_k_₂ (3^k^n) pode ser excluído da equação 3. Neste caso, a tendência de A_k é mantida também de modo idêntico como acima. Por exemplo, no caso de k=n, Ai*Vi+A₂*V₂+ . . . +A_n_2*V_n_2 é considerado como 0, e um valor relativamente maior pode ser atribuído a A_n_i em lugar de A_n. Por exemplo, 90 e 10 podem ser atribuídos a A_n_i e A_n, respectivamente.

A unidade de estimação de OCV 243 pode corrigir o valor estimado do n-ésimo OCV mais uma vez, ao fazer uma correção de adição de modo a somar um valor de diferença entre o valor médio ponderado calculado V_n(vai_Onnédio) θ a OCV_n_! estimada na última fase a n-ésima OCV estimada. Se uma correção adicional for realizada a n-ésima OCV por um valor de média ponderada, é possível reduzir um erro da n-ésima OCV estimada por uma tensão de saída a partir da bateria 100 é mudada rapidamente.

A unidade de estimação de SOC 244 mapeia o SOC (estado de carga) de uma bateria que corresponde a n-ésima OCV estimada pela unidade de estimação de OCV 243 e uma temperatura medida quando a n-ésima OCV foi estimada, a partir da informação de SOC de cada temperatura e cada OCV armazenada na memória 23 0, e, a seguir, a emite.

As informações de SOC de cada temperatura e cada OCV podem ser configuradas em um formato de tabela de consulta como mostrado na Tabela 1 a seguir.

Tabela 1:

SOC	....	-30^aC	o^ec	30^eC	....
0%	....	2,7V	2,78V	2,77V	....
1%	....	2,82V	....	....	....
2%	....	2,97V	....	....	....
•		•	•	•
•		•	•	•
•		-	•	-

A unidade de estimação de SOC 244 estima o nésimo SOC de uma bateria pelo mapeamento da n-ésima OCV estimada e da temperatura a partir da tabela de consulta em que a informação de SOC de cada temperatura e cada OCV é gravada como na Tabela 1. Por exemplo, assumindo que a n-ésima OCV seja 2,97 e uma temperatura de bateria medida quando se estima a n-ésima OCV seja 3O^aC, deve ser compreendido que o n-ésimo SOC da bateria é 2%.

A unidade de estimação de SOC 244 emite a informação de SOC de bateria mapeada para o BMS 310. A seguir, o BMS 310 pode prover a informação de SOC de bateria para um usuário através de um display ou semelhante ou utilizar a informação de SOC de bateria como dados para controlar operações de uma bateria tal como iniciação de carga ou término de descarga da bateria.

O módulo de estimação de parâmetro de bateria 240’ explicado acima pode ser ajustado para calcular e emitir apenas uma OCV de uma bateria, ou ajustado para estimar até SOC de uma bateria usando a OCV estimada. No caso do módulo de estimação de parâmetro de batería 240' ser ajustado para estimar apenas uma OCV de batería, o microprocessador 240 que executa o módulo de estimação de parâmetro de bateria 240' pode ser chamado um módulo de hardware para estimar uma OCV de uma bateria. Ademais, no caso de ser ajustado que a OCV estimada pelo módulo de estimação de parâmetro de bateria 240' é usada para estimar até SOC de uma bateria, o microprocessador 240 que executa o módulo de estimação de parâmetro de bateria 240' pode ser chamado um módulo de hardware para estimar SOC de bateria.

	A Figura 3	é	um	fluxograma	que ilustra um
processo	para estimar uma OCV de	uma	bateria e	um	processo para
estimar	SOC de uma bateria	que	usa	o mesmo,	de	acordo com a
presente	invenção.

Primeiramente, na etapa S100, uma I^a tensão de saída logo antes de uma carga é conectada à bateria que está sendo medida. Neste caso, a I^a tensão de saída é uma tensão de saída no estado que uma carga não é conectada à bateria, assim corresponde a uma I^a OCV.

Na etapa S200, a I^a tensão de saída é alocada a uma I^a OCV (OCVi) e uma 2^a OCV (OCV2) , iniciando assim a I^a OCV (OCVJ e a 2^a OCV (OCV2) .

Da mesma maneira, na etapa S300, a I^a tensão de saída é alocada a uma I^a tensão de saída Vi e uma 2 ^a tensão de saída V2, de modo a iniciar também a I^a tensão de saída Vx e a 2 ^atensão de saída V₂.

Na etapa S400, é determinado se um ciclo de estimação de OCV ocorre. A OCV pode ser ajustada arbitrariamente.

A etapa S500 é executada quando o ciclo de estimação de OCV ocorre, e na etapa S500, a n-ésima tensão de saída e temperatura são lidas. Na etapa S500, n é alocado com 3.

Na etapa S600, uma n-ésima variação de OCV é estimada usando um padrão de variação de tensão de saída de bateria e uma temperatura de bateria. Para a estimação da n-ésima variação de OCV, a equação 1 acima é usada. Uma vez que n é 3, o padrão de variação da tensão de saída de bateria é um padrão de variação de 3^a, 2^a e I^a tensões de saída. Porém, se n for 4 ou maior, o padrão de variação de tensão de saída pode ser um padrão de variação para 4 ou mais tensões de saída.

Na etapa S700, a n-ésima variação de OCV é adicionada a uma (n-l)-ésima OCV para estimar uma n-ésima OCV. Uma vez que n é 3 no presente, a etapa S700 é executada para estimar uma 3 ^a OCV ao adicionar uma 3^a variação de OCV a uma 2 ^a OCV.

A etapa S800 pode ser executada seletivamente, e corrige adicionalmente uma n-ésima OCV ao calcular um valor de média ponderada entre uma n-ésima OCV e uma OCV na última fase e, a seguir, adicionando uma diferença entre o valor médio ponderado calculado e uma (n-l)-ésima OCV a n-ésima OCV calculada. Para cálculo do valor de média ponderada, pode ser usada a equação 3 acima.

Na etapa S900, o SOC da batería que corresponde a n-ésima OCV estimada e a temperatura medida na estimação da n-ésima OCV é mapeada a partir da tabela de consulta em que a informação de SOC de cada temperatura e cada OCV é gravada, de modo a estimar a informação de n-ésimo SOC da bateria.

Na etapa S1000, a informação de n-ésimo SOC estimado é emitida ao BMS. A seguir, o BMS pode prover a informação de SOC da bateria a um usuário através de um display ou semelhantes, ou utilizar a informação de SOC como dados para controlar operações de bateria tal como iniciação de carga ou término de descarga da bateria.

Na etapa S1100, é determinado se a carga ainda está conectada.

A etapa S1200 é executada quando é determinado que a carga é conectada à bateria, e na etapa S1200, é determinado se um ciclo de OCV de bateria ocorre.

A etapa S1300 é executada quando o ciclo de OCV de bateria ocorre, e o processo progride para a etapa S500 com o valor de n sendo aumentado em 1. A seguir, os processos de estimação de uma n-ésima variação de OCV, estimar uma n-ésima OCV ao adicionar a n-ésima variação de OCV estimada em uma (n-l)-ésima OCV, corrigindo a n-ésima OCV usando uma diferença entre o valor de média ponderada das tensões de saída e a (n-l)-ésima OCV, estimando um n-ésimo SOC de batería usando a tabela de consulta, e emitir o SOC estimado são repetidos.

Exemplos Experimentais

Em seguida, exemplos experimentais da presente invenção serão explicados em maiores detalhes. Porém, o exemplo experimental tem finalidade apenas ilustrativa, e a presente invenção não está limitada aos mesmos.

Exemplo Experimental 1

No exemplo experimental 1, o equipamento para estimar o SOC de uma batería de acordo com a presente invenção foi montado a um carro real. Adicionalmente, uma batería foi carregada e descarregada ao aplicar sucessivamente um modelo de acionamento de carro, de acordo com o UDDS (Urban Dynamometer Driving Cycle), HWFET (Highway Fuel Economy Driving Schedule), NYCC (New York City Cycle Driving Schedule) e US60 (Aggressive Driving Cycle), regulados pela EPA (Environmental Protection Agency) considerados como um padrão para teste de carro na indústria de carros elétricos ou híbridos. Neste caso, UDDS e NYCC são modelos de acionamento de carro padronizados para mudança de estado de um carro quando o carro estiver em movimento em uma região urbana, HWFET é um modelo de acionamento de carro padronizado para mudança de estado de um carro quando o carro está em movimento em uma rodovia, e US60 é um modelo de acionamento de carro padronizado para mudança de estado de um carro quando o carro estiver em movimento a uma velocidade alta.

A Figura 4 é um gráfico que mostra comparativamente um valor de SOC estimado pelo processo da presente invenção e um valor de SOC estimado por um processo de acumulação de corrente convencional, quando o ciclo de carga/descarga, de acordo com o exemplo experimental 1, for aplicado.

Fazendo referência à Figura 4, se o SOC de uma batería é estimado usando o processo de acumulação de corrente convencional, erros de medida de corrente são acumulados, de modo que o perfil de SOC progride enquanto treme levemente. Porém, deve ser entendido que o SOC de uma bateria estimado de acordo com a presente invenção oferece um perfil de SOC mais estável que no caso de aplicar o processo de acumulação de corrente. Neste sentido, deve ser entendido que a presente invenção permite estimação de SOC de uma bateria de um modo mais estável em comparação ao processo de acumulação de corrente convencional.

A Figura 5 é um gráfico que mostra comparativamente uma OCV de bateria de acordo com a presente invenção e uma tensão de saída de bateria medida realmente no ciclo de carga/descarga proposto no exemplo experimental 1.

Fazendo referência à Figura 5, deve ser entendido que, apesar da tensão de saída de bateria medido realmente ter um padrão de tensão de variação abrupta devido à queda de IR, a OCV estimada de acordo com a presente invenção não mostra um padrão de tensão de variação abrupta. Em outras palavras, de acordo com a presente invenção, é possível obter um perfil de OCV estabilizado sem efeito de queda de IR, e assim é possível reduzir um erro de valor estimado para SOC.

Exemplo Experimental 2

Neste exemplo experimental 2, um ciclo de carga/descarga de uma bateria foi ajustado em 250 segundos de intervalo e 500 segundos de intervalo, respectivamente, sob as mesmas condições como no exemplo experimental 1, e um período de silêncio de 10 minutos foi aplicado sempre que cada ciclo de carga/descarga foi terminado para esperar até que a tensão de saída da bateria esteja em um estado estável, e, a seguir, o ciclo de carga/descarga foi executado. O processo acima foi executado repetidamente.

A Figura 6 é um gráfico que mostra comparativamente uma OCV estimada de acordo com o processo da presente invenção e uma tensão de saída de bateria medida realmente quando um ciclo de carga/descarga de 250 segundos e um período de silêncio de 10 minutos é ajustado, e a Figura 7 é um gráfico que mostra comparativamente uma OCV estimada de acordo com o processo da presente invenção e uma tensão de saída de bateria medida realmente quando um ciclo de carga/descarga de 500 segundos e um período de silêncio de 10 minutos é ajustado.

Fazendo referência às Figuras 6 e 7, apesar de um período de silêncio ser provido entre ciclos de carga/descarga para estabilizar um estado de tensão de uma bateria, deve ser entendido que o processo para estimar uma OCV de acordo com a presente invenção pode eliminar efeitos de queda de IR. Assim, pode ser confirmado mais uma vez que a presente invenção permite estimação mais acurada de SOC de uma bateria.

A Figura 8 é uma tabela que mostra temperaturas de bateria, OCV medido, OCV estimado, diferenças (valores de erro) entre a OCV medida e a OCV estimada, SOC medido, SOC estimado, e diferenças (valores de erro) entre o SOC medido e o SOC estimado, obtidos 38 vezes sob a condição do exemplo experimental 2, de uma maneira comparativa e analítica.

Na Figura 8, um ciclo de carga/descarga de 250 segundos e um período de silêncio de 10 minutos é ajustado nos casos 1 a 25, e um ciclo de carga/descarga de 500 segundos e um período de silêncio de 10 minutos é ajustado nos casos 26 a 38.

Pela análise dos erros de OCV e dos erros de SOC mostrados na Figura 8, foi encontrado que RMSE (erro de raiz média quadrática) é 1,4% e MAE (erro médio absoluto) é 1,14%, que são muito mais baixos que os erros permitidos regulados na técnica relacionada.

A presente invenção foi descrita em detalhes. Porém, deve ser entendido que a descrição detalhada e exemplos específicos, enquanto indicando modalidades preferidas da invenção, são dados apenas por ilustração, uma vez que várias

mudanças e modificações dentro	do	espírito	e escopo da	invenção
ficarão aparentes aos técnicos	na	área a partir desta	descrição
detalhada.
Aplicabilidade Industrial
De acordo com	a	presente	invenção, é	possível

estimar o SOC de uma bateria com mais acurácia pela estimação de uma OCV em um estado em que um erro de tensão de saída de bateria gerado por queda de IR e mudança de temperatura é corrigido. Em particular, uma vez que o SOC de uma bateria é estimado sem usar corrente de bateria, o SOC de uma bateria pode ser estimado com mais acurácia do que em um processo de acumulação de corrente convencional. Ademais, uma vez que o princípio de estimar SOC de uma bateria é simples, o tempo gasto para estimar SOC de uma bateria é curto, e a especificação de hardware usada para a estimação pode ser inferior, o que permite redução de custo.

Claims

1. Equipamento para estimar uma tensão de circuito aberto (OCV) de uma bateria (100), compreendendo:

uma unidade de medição de tensão (210) para medir uma tensão de saída de uma bateria (100);

uma unidade de medição de temperatura (220) para medir uma temperatura da bateria (100); e uma unidade de armazenamento de dados (241) para receber periodicamente a tensão de saída de bateria (100) e os dados de temperatura a partir da unidade de medição de tensão (210) e da unidade de medição de temperatura (220) e, a seguir, armazenar a tensão de saída de bateria (100) e os dados de temperatura em uma memória;

caracterizado por compreender adicionalmente:

uma unidade de estimação de variação de OCV (242) para calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) medidos no passado e no presente, armazenadas na memória, pela aplicação de um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) e a variação de OCV, e, a seguir, estimar uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria (100) na variação de OCV calculada; e uma unidade de estimação de OCV (243) para estimar uma OCV da bateria (100) na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada na OCV estimada em uma última fase.

2. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a unidade de estimação de OCV (243) corrige a OCV ao adicionar uma diferença entre um valor de média ponderada para as tensões de saída de bateria (100) do passado e do presente e a OCV da última fase à OCV estimado da fase atual, o valor médio ponderado sendo aumentado como um ponto de medida da tensão de saída de bateria (100) é anterior.

3. Equipamento, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a tensão de saída de bateria (100) do passado é uma tensão de saída de bateria (100) da última fase.

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 10/16

4. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a variação de OCV estimada é calculada ao multiplicar a variação de OCV calculada pelo fator de correção.

5. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a tensão de saída de bateria (100) do padrão de variação inclui, pelo menos, as tensões de saída de bateria (V_n, V_n-± e V_n-2) medidas em uma fase atual, uma última fase e na fase antes da última.

6. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático é definido pela operação matemática entre uma variação de tensão de saída de bateria (100) entre a fase atual e a última fase e uma função padrão definida por cada tensão de saída do padrão de variação de tensão de saída de bateria (100).

7. Equipamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fator de correção é calculado ao alimentar a temperatura da bateria (100) em um modelo matemático que define uma temperatura de bateria (T) como uma variável de entrada e um fator de correção da variação de OCV de bateria (100) como uma variável de saída.

8. Processo para estimar uma OCV de uma bateria (100), caracterizado por compreender:

obter periodicamente tensão de saída e dados de temperatura de uma bateria (100);

calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) medidas no presente e no passado ao aplicar um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) e a variação de OCV, e estimar uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria (100) na variação de OCV calculada; e estimar uma OCV de bateria (100) na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada em uma OCV de bateria (100) estimada em uma última fase.

9. Equipamento para estimar um estado de carga (SOC) de uma bateria (100), caracterizado por compreender:

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 11/16 uma unidade de medição de tensão (210) para medir uma tensão de saída de uma bateria (100);

uma unidade de medição de temperatura (220) para medir uma temperatura da bateria (100);

um SOC de armazenamento de memória de cada temperatura e cada OCV;

uma unidade de armazenamento de dados (241) para receber periodicamente a tensão de saída de bateria (100) e os dados de temperatura a partir da unidade de medição de tensão (210) e da unidade de medição de temperatura (220) e, a seguir, armazenar a tensão de saída de bateria (100) e os dados de temperatura na memória;

uma unidade de estimação de variação de OCV (242) para calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saida de bateria (100) medidas no passado e no presente, armazenadas na memória, ao aplicar um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saida de bateria (100) e a variação de OCV, e, a seguir, estimar uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria (100) na

variação de OCV calculada; uma unidade de estimação de OCV (243) para estimar uma OCV da bateria (100) na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada na OCV estimada em uma última fase; e

uma unidade de estimação de SOC para mapear o SOC da bateria (100) que corresponde à OCV estimado e a temperatura de bateria (100) a partir da informação de SOC de cada temperatura e cada OCV e, a seguir, emitir o SOC.

10. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a unidade de estimação de OCV (243) corrige a OCV ao adicionar uma diferença entre um valor de média ponderada para as tensões de saida de bateria (100) do passado e do presente e a OCV da última fase à OCV estimado da fase atual, o valor médio ponderado sendo aumentado como um ponto de medida da tensão de saida de bateria (100) é anterior.

11. Equipamento, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a tensão de saida de bateria

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 12/16 (100) do passado é uma tensão de saída de bateria (100) da última fase.

12. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a variação de OCV estimada é calculada ao multiplicar a variação de OCV calculada pelo fator de correção.

13. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a tensão de saída de bateria (100) do padrão de variação inclui, pelo menos, as tensões de saída de bateria (V_n, V_n-i e V_n-2) medidas em uma fase atual, uma última fase e na fase antes da última.

14. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o modelo matemático está definido pela operação matemática entre uma variação de tensão de saída de bateria (100) entre a fase atual e a última fase e uma função padrão definida por cada tensão de saída do padrão de variação de tensão de saída de bateria (100).

15. Equipamento, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o fator de correção é calculado ao alimentar a temperatura da bateria (100) em um modelo matemático que define uma temperatura de bateria (T) como uma variável de entrada e um fator de correção da variação de OCV de bateria (100) como uma variável de saída.

16. Processo para estimar um estado de carga (SOC) de uma bateria (100), caracterizado por compreender:

informação de SOC de armazenando de cada temperatura e cada OCV;

calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) medidas no presente e no passado ao aplicar um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) e a variação de OCV, e estimar uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde à temperatura de bateria (100) na variação de OCV calculada;

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 13/16 estimar uma OCV de bateria (100) na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada em uma OCV de bateria (100) estimada em uma última fase; e mapear o SOC da bateria (100) que corresponde à OCV estimado e a temperatura de bateria (100) com referência à informação de SOC de cada temperatura e cada OCV e, a seguir, emitir o SOC.

17. Módulo de hardware para estimar uma tensão de circuito aberto (OCV) de uma bateria (100), caracterizado por executar:

um processo de calcular uma variação de OCV de um padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) medidas no presente e no passado, armazenadas em uma memória, ao aplicar um modelo matemático que define uma correlação entre o padrão de variação de tensões de saída de bateria (100) e a variação de OCV;

um processo de estimação de uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde a uma temperatura de bateria (100) na variação de OCV calculada; e um processo de estimar uma OCV de bateria (100) na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada em uma OCV de bateria (100) estimada em uma última fase.

18. Módulo de hardware para estimar um estado de carga (SOC) de uma bateria (100), caracterizado por executar:

um processo de estimação de uma variação de OCV em uma fase atual ao refletir um fator de correção que corresponde a uma temperatura de bateria (100) na variação de OCV calculada;

um processo de estimação de uma OCV de bateria (100) na fase atual ao refletir a variação de OCV estimada em uma OVC de bateria OCV estimada em uma última fase; e um processo para mapear o SOC que corresponde à OCV estimada e a temperatura de bateria da informação de SOC

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 14/16 provida previamente de cada temperatura e cada OCV e, a emitir o SOC.

seguir,

Petição 870180151755, de 14/11/2018, pág. 15/16