BRPI0902812A2

BRPI0902812A2 - equipment and method for rechargeable battery performance analysis, sorting and restoration

Info

Publication number: BRPI0902812A2
Application number: BRPI0902812-9A
Authority: BR
Inventors: Scarmínio Jair; Urbano Alexandre
Original assignee: Universidade Estadual De Londrina
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-05-03

Abstract

EQUIPAMENTO E MéTODO PARA ANáLISE, TRIAGEM E RESTAURAçãO DO DESEMPENHO DE BATERIAS RECARREGáVEIS A presente invenção proporciona uma solução para diversos problemas relacionados ao uso e/ou gestão de baterias recarregáveis novas, em uso e descartadas. O equipamento e o método da invenção proporcionam, de forma controlada, o carregamento e a descarga de baterias, controle este feito deacordo com os parâmetros construtivos do tipo de bateria a ser analisado. A presente invenção proporciona uma forma de adquirir dados relativos à operação de tais baterias e processar esses dados de modo a chegar a um resultado a respeito do estado de saúde da bateria analisada, proporcionando uma triagem em lotes de baterias, separando aquelas em bom estado, com substancial diminuição da disposição final de baterias descartadas. A presente invenção também realiza a restauração de baterias prejudicadas por efeito memória.EQUIPMENT AND METHOD FOR ANALYSIS, SCREENING AND RESTORING THE PERFORMANCE OF RECHARGEABLE BATTERIES The present invention provides a solution to several problems related to the use and / or management of new, in use and discarded rechargeable batteries. The equipment and method of the invention provide, in a controlled way, the charging and discharging of batteries, this control according to the constructive parameters of the type of battery to be analyzed. The present invention provides a way to acquire data regarding the operation of such batteries and to process that data in order to arrive at a result regarding the health status of the analyzed battery, providing a sorting in batches of batteries, separating those in good condition, with substantial decrease in the final disposal of discarded batteries. The present invention also performs the restoration of batteries impaired by the memory effect.

Description

Relatório Descritivo de Patente de InvençãoPatent Invention Descriptive Report

Equipamento ε Método para Análise, Triagem ε Restauração doDesempenho de Baterias RecarregáveisEquipment ε Method for Analysis, Screening ε Performance Restoration of Rechargeable Batteries

Campo da InvençãoField of the Invention

A presente invenção trata de um método de análise da capacidade decarga (estado de saúde - SOH) de baterias recarregáveis de Níquel-Cádmio(Ni-Cd)1 Niquei-Hidreto metálico (Ni-HM) e íon lítio e do projeto e construção deum equipamento que aplique tal processo em uma ou, simultaneamente, em1 quantas baterias se fizerem necessárias, tendo como exemplo de aplicação euso a aferição e restauração do desempenho de baterias recarregáveis e atriagem por estado de saúde de lotes de baterias novas, em uso oudescartadas. Em especial, a presente invenção é uma solução na investigaçãoe determinação do estado de saúde das baterias recarregáveis de modorápido, que agrega os sistemas necessários para realizar os processos decarregamento e descarga de baterias, controlados de acordo com osparâmetros construtivos do modelo de bateria a ser analisado; adquirir dadosrelativos ao funcionamento de tais baterias e processar esses dados de modo achegar a um resultado a respeito do estado de saúde da bateria analisada,operando então também como um analisador de bateria. A presente invençãotambém realiza a restauração de baterias prejudicadas por efeito memória.The present invention is a method of analyzing the charge capacity (health status - SOH) of rechargeable Nickel Cadmium (Ni-Cd) 1 Nickel Metal Hydride (Ni-HM) and lithium ion rechargeable batteries and the design and construction of a equipment that applies this process to one or simultaneously as many batteries as necessary, using as an example the use and measurement of rechargeable battery performance and health screening of batches of new, discarded or in-use batteries. In particular, the present invention is a solution in the research and determination of the health status of quick-mode rechargeable batteries, which aggregates the systems necessary to perform the battery discharge and discharge processes, controlled according to the constructive parameters of the battery model to be analyzed. ; acquire data relating to the operation of such batteries and process such data in order to arrive at a result regarding the health condition of the analyzed battery, and then also operate as a battery analyzer. The present invention also performs the restoration of memory impaired batteries.

Antecedentes da InvençãoBackground of the Invention

Equipamentos eletrônicos portáteis exigem fontes de energia depequenas dimensões e de baixo peso relativo, mas que também sejamcapazes de suprir a energia necessária para que o equipamento funcionedurante um período de tempo adequado. Pilhas e baterias, que fornecemenergia através de reações eletroquímicas, satisfazem tais condições mas nemsempre ápresentam um baixo custo de produção.Portable electronic equipment requires small, relatively low weight power sources that are also capable of supplying the power required for the equipment to function for an adequate period of time. Batteries, which supply energy through electrochemical reactions, satisfy these conditions but do not always have a low production cost.

Aparelhos portáteis que consomem uma considerável quantidade deenergia elétrica durante sua operação e que tendem a ser miniaturizados,beneficiam-se com o uso de baterias recarregáveis em detrimento às nãorecarregáveis. Isso é devido ao fato que ao reduzir-se o volume das pilhas oubaterias, a carga máxima armazenável, que é diretamente proporcional aovolume, também diminui. Com a possibilidade de recarregamentos, que naspilhas e baterias recarregáveis modernas podem chegar a 500 vezes, o custodestes dispositivos tem se tornado cada vez menor quando comparado ao daspilhas e baterias não recarregáveis. Diversas tecnologias estão disponíveisatualmente para a construção de baterias recarregáveis, dentre as quais sedestacam as baterias de Níquel-Cádmio (Ni-Cd), Niquel-Hidreto metálico (Ni-HM), doravante denominadas simplesmente baterias de Níquel, e de Íon-Lítio(IL). Em tais baterias, as reações eletroquímicas que fornecem a energiaelétrica é reversível. Ao se aplicar uma corrente elétrica controlada na bateria,no sentido contrário ao da corrente fornecida espontaneamente pela bateria,ela readquire uma determinada quantidade de carga, tornando-se capaz dealimentar novamente um aparelho eletrônico. Para o bom desempenho elétrico,tanto das baterias de Níquel como das de IL, o processo de carregamento deveser cuidadosamente controlado para que delas se consiga o maior número derecargas, com a máxima capacidade de carga armazenada.Portable devices that consume a considerable amount of electrical energy during operation and tend to be miniaturized benefit from the use of rechargeable batteries over non-rechargeable batteries. This is due to the fact that by reducing the volume of the batteries or batteries, the maximum storable charge, which is directly proportional to the volume, also decreases. With the possibility of recharging, which in modern rechargeable batteries and batteries can reach 500 times, the cost of these devices has become smaller and smaller when compared to non-rechargeable batteries. Several technologies are currently available for the construction of rechargeable batteries, including Nickel-Cadmium (Ni-Cd), Nickel-Metal Hydride (Ni-HM) batteries, hereafter simply referred to as Nickel, and Lithium-Ion batteries ( IL). In such batteries, the electrochemical reactions that provide the electrical energy are reversible. By applying a controlled electrical current to the battery, in the opposite direction to the current spontaneously supplied by the battery, it regains a certain amount of charge, making it capable of powering an electronic device again. For the good electrical performance of both Nickel and IL batteries, the charging process should be carefully controlled to achieve the highest number of recharges with the maximum stored charge capacity.

Ambos os tipo de baterias, de Níquel e de IL, são afetadas quando sãosobrecarregadas no processo de carregamento. Em ambos sistemas asobrecarga acarreta transformações nos eletrodos das baterias, tendo comoconseqüência o aumento no volume dos eletrodos e das baterias, a diminuiçãodo potencial eletroquímico dos eletrodos, com conseqüente diminuição davoltagem de operação das baterias e perda de sua capacidade dearmazenamento de carga, devido a inutilização de sítios das reaçõeseletroquímicas.Both Nickel and IL batteries are affected when they are overcharged in the charging process. In both systems, overcharging leads to changes in the battery electrodes, resulting in an increase in the volume of the electrodes and batteries, a decrease in the electrochemical potential of the electrodes, with a consequent reduction in the battery operating voltage and loss of charge storage capacity due to unusability. of sites of electrochemical reactions.

O carregamento das baterias de Níquel e IL é executado por diferentesprotocolos padrões. Enquanto as baterias de Níquel são carregadas sobcorrente constante (CC) durante todo o processo de carregamento, as bateriasde iL são carregadas em duas etapas, uma à corrente constante, seguida deoutra a corrente variável. Em ambos protocolos de carregamento das bateriasde Níquel e de IL, devem existir limites nos valores das correntes e tensões,para que as baterias não sejam sobrecarregadas.Nickel and IL battery charging is performed by different standard protocols. While Nickel batteries are charged constant current (DC) throughout the charging process, iL batteries are charged in two steps, one at constant current, followed by the other at variable current. In both Nickel and IL battery charging protocols, there must be limits on current and voltage values so that the batteries are not overloaded.

Para o carregamento das baterias de Níquel sob o protocolo CC, sãoutilizados em geral três métodos para se determinar com grande precisão omomento em que a bateria está plenamente carregada, sendo eles: 1) atemperatura da bateria, que aumenta bruscamente em torno de 20° C emrelação à temperatura ambiente (ΔΤ), 2) a voltagem da bateria, que diminui,gerando uma taxa negativa na variação da voltagem V com o tempo t (-AV/At) e3) a pressão interna da bateria, que aumenta bruscamente (Δρ).For the charging of Nickel batteries under the CC protocol, three methods are generally used to determine with great precision the moment when the battery is fully charged, namely: 1) the battery temperature, which increases sharply by around 20 ° C. in relation to ambient temperature (ΔΤ), 2) the battery voltage decreases, generating a negative rate of change in voltage V with time t (-AV / At) and3) the internal pressure of the battery increasing sharply (Δρ ).

Quando em sobrecarga, as baterias de Níquel podem sofrer o fenômenoconhecido como "efeito memória", caracterizado pela redução da voltagem deoperação da bateria, tornando-a incapaz de operar determinados dispositivoseletrônicos. A sobrecarga nas baterias de Níquel ocorre durante o processo decarregamento em baterias que foram apenas parcialmente descarregadas,quando então na recarga a parte ainda carregada do eletrodo da bateria sofresobrecarga. Tal efeito é particularmente pronunciado em baterias de Ni-Cd.When overcharged, Nickel batteries may suffer from the phenomenon known as the "memory effect", characterized by a reduction in the battery operating voltage, making it unable to operate certain electronic devices. Overcharging on Nickel batteries occurs during the discharge process on batteries that have only been partially discharged, when then on recharging the still charged part of the battery electrode is overcharged. Such an effect is particularly pronounced on Ni-Cd batteries.

Nas baterias de IL o protocolo de carregamento é composto por duasetapas distintas, a primeira pela aplicação de uma corrente constante (CC) nabateria, seguida da aplicação de uma voltagem constante (CV). Para asbaterias de IL cujo eletrodo positivo (catodo) é composto por óxido de cobaltolitiado, na etapa de CC a corrente constante é aplicada até a bateria atingir olimite superior de voltagem em 4,2 V, para garantir a estabilidade do eletrólito.In IL batteries the charging protocol consists of two distinct steps, the first by applying a constant current (DC) to the battery, followed by applying a constant voltage (CV). For IL batteries whose positive electrode (cathode) consists of cobaltolithium oxide, in the DC step constant current is applied until the battery reaches 4.2 V upper voltage limit to ensure electrolyte stability.

Até este limite de 4,2 V a quantidade de carga armazenada na bateria éaproximadamente 70% da sua carga máxima. Os 30% de carga restantes sãoarmazenados pela aplicação do potencial constante de 4,2 V, até que acorrente elétrica da bateria decline para 1% do valor da corrente aplicada naetapa de CC. Com estas duas etapas, conhecidas como protocolo CC-CV, seconsegue carregar plenamente as baterias de IL.Up to this 4.2 V limit the amount of charge stored in the battery is approximately 70% of its maximum charge. The remaining 30% of charge is stored by applying the constant potential of 4.2 V until the battery's electrical current declines to 1% of the current applied to the DC step. With these two steps, known as the CC-CV protocol, you can fully charge the IL batteries.

As baterias de IL apresentam uma melhor relação entre capacidade decarga e peso, em comparação com baterias de Níquei. Apesar deapresentarem um preço superior, tal vantagem fez com que o uso das bateriasde IL se tornasse predominante em aparelhos portáteis de uso contínuo.Dentre os aparelhos portáteis de uso contínuo destacam-se, como exemplos,os telefones celulares, máquinas fotográficas e tocadores de música.IL batteries have a better charge-to-weight ratio compared to Nickel batteries. Despite having a higher price tag, this advantage has made the use of IL batteries predominant in portable continuous-use handsets. For example, portable continuous-use handsets include cell phones, cameras and music players. .

Como estes aparelhos são de uso continuado, suas correspondentesbaterias se descarregam depois de um certo tempo, sendo necessáriosrecarregamentos periódicos. Entretanto, esses sucessivos e inevitáveisrecarregamentos levam a uma progressiva e inexorável diminuição dacapacidade de carga inicial da bateria nova, de forma que a máxima cargapossível de ser armazenada torna-se cada vez menor, até atingir um valorabaixo do qual a bateria não mais consegue operar os aparelhos que as usam,sendo então descartadas.As these devices are in continuous use, their batteries will discharge after a certain period of time, requiring periodic recharging. However, these successive and inevitable recharges lead to a progressive and inexorable decrease in the initial charge capacity of the new battery, so that the maximum charge that can be stored becomes smaller until it reaches a value below which the battery can no longer operate. devices that use them and are then discarded.

Outros fatores que podem reduzir a capacidade de armazenamento decarga de tais baterias e prejudicar o seu desempenho são: o armazenamentoda bateria por longos períodos de tempo no estado descarregado, a operaçãoou carregamento da bateria sob altas temperaturas, choques mecânicosbruscos e violentos e o armazenamento ou carregamento em ambientes comumidade excessiva.Other factors that may reduce the storage capacity of such batteries and impair their performance are: battery storage for long periods of time in an discharged state, battery operation or charging under high temperatures, sudden and violent mechanical shocks, and storage or charging. in excessive commonality environments.

Além da diminuição natural na capacidade de carga das bateriasrecarregáveis devido a sucessivas recargas, também pode ocorrer diminuiçãoda capacidade devido a falhas na operação de carregamento das baterias.Deve ser salientado ainda que o carregador destas baterias pode apresentardefeitos e causar danos inesperados às mesmas ou não carregá-lasadequadamente com 100% da capacidade de carga permitida. Em vista doexposto acima, para se saber a real capacidade de carga de uma bateriarecarregável, torna-se necessário um método agregado num equipamento quepermitam analisar a bateria de modo relativamente rápido, com os quais sejapossível medir a capacidade máxima de carga, restaurar a capacidade dearmazenamento de carga em baterias que exibam o efeito memória, além depossibilitar o carregamento pleno da bateria.In addition to the natural decrease in charge capacity of rechargeable batteries due to successive recharging, there may also be decreased capacity due to failures in battery charging operation. It should also be noted that the charger of these batteries may be defective and cause unexpected damage or not charge. adequately with 100% of the permitted load capacity. In view of the above, in order to know the actual charging capacity of a rechargeable battery, an aggregate method is required in a device which allows to analyze the battery relatively quickly, with which it is possible to measure the maximum charging capacity, restore the storage capacity. on batteries that exhibit the memory effect, as well as making it possible to fully charge the battery.

Como exemplo de aplicacao u uso de um equipamento que meca a capacidade de carga de uma bateria recarregável, destaca-se a possibilidadeda triagem em lotes de baterias descartadas, principalmente em bateriasadvindas de aparelhos que são continuamente renovados, como é o caso dostelefones celulares. Este tipo de aparelho eletrônico tem sido consumido numaescala de centenas de milhões de unidades, sendo renovados à medida quenovos implementos de hardware ou software são lançados. Comoconseqüência, a desova de aparelhos usados leva consigo igual número debaterias recarregáveis, que muitas vezes estão ainda em plenas condições deuso, ou seja, com capacidade de carga próxima a da bateria nova (capacidadenominal). Nestas baterias poderão ser realizadas, como exemplo, triagens,separando-as e classificando-as por capacidade de carga, de forma aidentificar as que ainda poderão ser usadas em telefones celulares, ou mesmoem outros usos, e as que necessariamente devam seguir para reciclagem.As an example of the use of equipment that can recharge the capacity of a rechargeable battery, we highlight the possibility of sorting in batches of discarded batteries, especially in handsets that are continuously renewed, such as cellular phones. This type of electronic device has been consumed on a scale of hundreds of millions of units and is being renewed as new hardware or software implements are launched. As a result, the spawning of used appliances carries with it the same number of rechargeable debates, which are often still in full working condition, ie with charging capacity close to that of the new battery (original capacity). These batteries may be screened, for example, by sorting and sorting them by charging capacity, in order to identify those that may still be used in mobile phones, or even other uses, and which must necessarily be followed for recycling.

Outro exemplo de aplicação é em baterias novas, onde esteequipamento poderá ser usado para medir a capacidade real de carga ecompará-la com sua capacidade nominal, indicada no corpo da bateria oufornecida pelo fabricante. Neste caso o equipamento pode ser usado comocertificador da qualidade da bateria analisada.Another example of application is in new batteries, where this equipment can be used to measure the actual charge capacity and compare it with its nominal capacity, indicated on the battery body or supplied by the manufacturer. In this case the equipment can be used as the quality tester of the analyzed battery.

Outro exemplo de aplicação é em baterias de Níquel, onde o método eequipamento de determinação da capacidade de carga, pode restaurar odesempenho elétrico das baterias prejudicadas pelo efeito memória.Another example of application is in nickel batteries, where the method and equipment for determining charge capacity can restore the electrical performance of batteries impaired by the memory effect.

No âmbito patentário, alguns documentos descrevem métodos paraanálise, triagem e desempenho de baterias.In the patent area, some documents describe methods for battery analysis, screening and performance.

O documento US 6,329,796 descreve um aparato que carrega e/oudescarrega baterias através do sensoriamento de um limiar de corrente (Ithresh).desacoplando a bateria da fonte de voltagem caso a corrente atinja um nívelinferior a um limite pré-estabelecido.US 6,329,796 describes an apparatus that charges and / or discharges batteries by sensing a current threshold (Ithresh) by disconnecting the battery from the voltage source if the current reaches a level below a pre-set threshold.

O documento WO 1996/15563 descreve um aparato que, acoplado auma bateria, carrega beterias de ni-Cd e Ni-HM controlado o carregamentopelos métodos padrões ΔΤ e -ÀV, e monitora a descarga destas bateriascoletando os parâmetros corrente e tempo. Estes parâmetros suprem umalgorítimo que permite que se determine o porcentual de descarga da bateria,ou seja, seu estado de carga (SOC). O cálculo do estado de saúde é realizadoao final da descarga somando-se toda e qualquer quantidade de carga extraídada bateria durante seu uso, de modo contínuo ou não.WO 1996/15563 describes an apparatus which, coupled to a battery, carries ni-Cd and Ni-HM batteries controlled by charging by the standard ΔΤ and -ÀV methods, and monitors the discharge of these batteries by collecting current and time parameters. These parameters provide a algorithm that allows you to determine the percentage of discharge from the battery, ie its charge state (SOC). The calculation of health status is performed at the end of discharge by summing any and all amounts of battery charge during use, whether continuous or not.

O documento US 4,423,379 descreve um sistema e método de análisedo estado de saúde de baterias de chumbo ácido. O método consiste emsolicitar da bateria uma seqüência de correntes com intervalos de circuitoaberto (repouso). As correntes são solicitadas através do curto circuito dospólos das baterias sobre resistências padronizadas, gerando correntes daordem de 150 Amperes. Ao final de 2 pulsos as quedas de voltagem sãocomparadas e, por dados tabulados, o estado de saúde das baterias é obtido.US 4,423,379 describes a system and method of analyzing the health of lead acid batteries. The method consists of requesting from the battery a sequence of currents with open circuit (rest) intervals. The currents are solicited through the short circuit of the battery poles over standard resistances, generating currents of the order of 150 Amps. At the end of 2 pulses the voltage drops are compared and, by tabulated data, the health status of the batteries is obtained.

O documento US 4,709,202 descreve um sistema para monitorarcontinuamente a situação elétrica de baterias recarregáveis de níquel cádmioincorporado a um dispositivo portátil operado por tais baterias, informando acapacidade de carga da bateria em qualquer tempo e uma estimativa para oesgotamento da carga, realizando o carregamento da bateria e seucondicionamento por descargas profundas, sempre em corrente constante devalor igual a C/5.US 4,709,202 describes a system for continuously monitoring the electrical condition of rechargeable nickel cadmium batteries incorporated in a portable device operated by such batteries, providing battery charge capacity at any time and an estimate of charge depletion, charging the battery and deep-discharge conditioning, always at constant current and equal to C / 5.

O documento US 7,072,871 / 2006 descreve um método e um sistemaque aplica a lógica "fuzzy" para indicar o estado de saúde e de carga (SOH eSOC) de um sistema em teste como resposta a uma pluralidade deparâmetros.US 7,072,871 / 2006 describes a method and system that applies fuzzy logic to indicate the health and load state (SOH eSOC) of a system under test in response to a plurality of parameters.

O documento WO 03/093849, descreve um método para analisarsistemas eletroquímicos através da obtenção e caracterização de dados deimpedância complexa em múltiplas freqüências, ajustando os dados deimpedância a dois ou mais modelos para o sistema a fim de se obter umconjunto de parâmetros que permitam o ajuste.WO 03/093849 describes a method for analyzing electrochemical systems by obtaining and characterizing complex impedance data at multiple frequencies by fitting the impedance data to two or more models for the system to obtain a set of parameters that allow the adjustment .

O documento WO 01/51947 descreve um método e um dispositivopara determinar em tempo real e com precisão os fatores relacionados aoestado de saúde de baterias recarregáveis. O sistema monitora os valores datemperatura, voltagem e corrente elétrica. Esses dados são entãomicroprocessados para se obter a resistência interna, a resistência depolarização e seu estado de carga. O estado de saúde da bateria é relacionadoa esses valores medidos e calculado.WO 01/51947 describes a method and device for accurately determining the health status factors of rechargeable batteries in real time. The system monitors the temperature, voltage and electric current values. These data are then microprocessed to obtain the internal resistance, the polarization resistance and its state of charge. Battery health is related to these measured and calculated values.

A presente invenção difere dos documentos acima apresentados porquantificar a capacidade de carga, ou seja, o estado de saúde, de baterias àbase de níquel, e de íon lítio, incluindo as poliméricas, monitorando a correnteelétrica de descarga da bateria em três etapas distintas: 1a) aplicando umacorrente de descarga constante, de valor proporcional à capacidade de carganominal da bateria sob análise, (preferencialmente a 70% desta capacidade, ouseja, 0,7C) até que a voltagem da bateria atinja o valor mínimo requerido paraoperar o aparelho eletrônico em questão (como exemplo, para telefonescelulares esse valor é 3,6 V), 2a) aplicando uma voltagem constante igual avoltagem mínima da 1a etapa até que a corrente da bateria diminua até o valormínimo requerido para operar o aparelho eletrônico em questão (comoexemplo, para telefones celulares esse valor é 180 mA), e 3a) aplicando umacorrente constante de valor igual à corrente final da 2a etapa, até que avoltagem da bateria diminua até o valor em que a bateria é consideradacompletamente descarregada (como exemplo, 3,0 V para as baterias de íonlítio). O conjunto dos procedimentos acima passa a ser denominado comoprotocolo de descarga CC-CV-CC. Este protocolo é aplicado após a bateria tersido plenamente carregada por quaisquer dos protocolos de carregamentoconhecidos no estado da técnica.The present invention differs from the above documents in that they charge the capacity, i.e. health status, of nickel-based and lithium-ion batteries, including polymeric ones, by monitoring the battery discharge current in three distinct steps: 1a ) by applying a constant discharge current proportional to the carganominal capacity of the battery under analysis (preferably 70% of this capacity, ie 0,7C) until the battery voltage reaches the minimum required to operate the electronic device in question. (for example, for mobile phones this value is 3.6 V), 2a) by applying a constant voltage equal to the minimum voltage of the 1st step until the battery current decreases to the minimum required to operate the electronic device in question (such as for mobile phones). this value is 180 mA), and 3a) by applying a constant current equal to the final current of step 2, until the voltage of the b The battery voltage will decrease to the value at which the battery is considered fully discharged (for example, 3.0 V for lithium batteries). The above set of procedures is now referred to as the CC-CV-CC discharge protocol. This protocol is applied after the fully charged tersed battery by any of the charging protocols known in the state of the art.

A capacidade de carga das baterias (seu estado de saúde) é obtidaintegrando-se a curva da corrente versus o tempo das etapas 1, 2 e 3 descritasacima, podendo ser obtidas a capacidade a 3,6 V (SOH3i6) e a 3,0 V (SOH3lo)·A presente invenção ainda traz como benefícios a possibilidade de se analisarsimultaneamente quantas baterias se desejarem (sistema modular), a rapidezna análise do estado de saúde e extrema precisão nos resultados das análisese medidas.Do que se depreende da literatura pesquisada, não foram encontradosdocumentos antecipando ou sugerindo os ensinamentos da presente invenção,de forma que a solução aqui proposta possui novidade e atividade inventivafrente ao estado da técnica.The charge capacity of the batteries (their health status) is obtained by integrating the current versus time curve of steps 1, 2 and 3 described above, and the capacity at 3.6 V (SOH3i6) and 3.0 may be obtained. V (SOH3lo) The benefits of the present invention include the ability to simultaneously analyze as many batteries as desired (modular system), the speed of health analysis and the extreme accuracy of the results of the measured analyzes. No documents were found anticipating or suggesting the teachings of the present invention, so that the solution proposed herein has novelty and inventive activity prior to the state of the art.

Sumário da InvençãoSummary of the Invention

É um dos objetos da presente invenção um equipamento para análise,triagem e/ou restauração de desempenho de baterias recarregáveiscompreendendo:It is an object of the present invention an equipment for analyzing, sorting and / or restoring performance of rechargeable batteries comprising:

a) módulo de controle, ea) control module, and

b) módulo de análise de bateria.b) battery analysis module.

Em uma realização preferencial, o módulo de controle compreendemeios para coordenação do funcionamento do módulo de análise de bateria.In a preferred embodiment, the control module comprises means for coordinating the operation of the battery analysis module.

Em uma realização preferencial, o módulo de controle compreendeinterface sonora, visual e/ou táctil para interação com usuários.In a preferred embodiment, the control module comprises sound, visual and / or touch interface for user interaction.

Em uma realização preferencial, o módulo de análise de bateriacompreende meios para realização dos procedimentos de descarga,carregamento, análise e restauração da capacidade de carga de uma bateria.In a preferred embodiment, the battery analysis module comprises means for performing the procedures for discharging, charging, analyzing and restoring the charge capacity of a battery.

Em uma realização preferencial, o equipamento compreende estruturamodular, o que possibilita o acoplamento de um ou mais módulos de análise debateria para cada módulo de controle.In a preferred embodiment, the apparatus comprises modular structure, which enables the coupling of one or more debug analysis modules to each control module.

Em uma realização preferencial, o equipamento compreende meios pararefrigeração interna.In a preferred embodiment, the apparatus comprises internal cooling means.

Em uma realização preferencial, o equipamento identifica o tipo debateria antes que o desempenho da mesma seja analisado e/ou restaurado.In a preferred embodiment, the apparatus identifies the debating type before its performance is analyzed and / or restored.

Em uma realização preferencial, o equipamento analisa o desempenhode baterias do tipo níquel-hidreto metálico (Ni-HM), níquel-cádmio (Ni-Cd) eíon-lítio.In a preferred embodiment, the apparatus analyzes the performance of nickel metal hydride (Ni-HM), nickel cadmium (Ni-Cd), and lithium ion batteries.

Em uma realização preferencial, o equipamento recupera o desempenhode baterias do tipo níquel-hidreto metálico (Ni-HM) e níquel-cádmio (Ni-Cd) emcaso de efeito memória.Em uma realização preferencial, o equipamento compreende meios paracarregar e/ou descarregar baterias do tipo níquel-hidreto metálico (Ni-HM),níquel-cádmio (Ni-Cd) e íon-lítio.In a preferred embodiment, the apparatus recovers the performance of nickel metal hydride (Ni-HM) and nickel cadmium (Ni-Cd) batteries in a memory effect case. In a preferred embodiment, the apparatus comprises means for charging and / or discharging nickel metal hydride (Ni-HM), nickel cadmium (Ni-Cd) and lithium ion batteries.

Em uma realização preferencial, o equipamento compreende meios paramonitoramento, tratamento, digitalização, processamento e/ou armazenamentode parâmetros de baterias, como modelo, temperatura, corrente e voltagem.In a preferred embodiment, the apparatus comprises means for monitoring, treating, digitizing, processing and / or storing battery parameters such as model, temperature, current and voltage.

Em uma realização opcional, o equipamento compreende meios parasegurança do equipamento escolhidos do grupo dos fusíveis, dos disjuntoresbimetálicos e de outros elementos de proteção contra sobrecorrente esobrevoltagem.In an optional embodiment, the equipment comprises equipment safety means chosen from the group of fuses, bimetallic circuit breakers and other overcurrent and overvoltage protection elements.

Em uma realização opcional, o equipamento pode ser interfaciado a ummicrocomputador através de portas de comunicação de dados.In an optional embodiment, the equipment may be interfaced to a microcomputer via data communication ports.

Em uma realização opcional, o equipamento pode gerar relatórios cominformações técnicas e/ou circunstanciais sobre a análise da bateria.In an optional embodiment, the equipment may generate reports with technical and / or circumstantial information on battery analysis.

É um dos objetos adicionais da presente invenção, um método deanálise e restauração de desempenho de bateria, tanto para as baterias deNíquel como para as IL, compreendendo as seguintes etapas:An additional object of the present invention is a method of battery performance analysis and restoration for both Nickel and IL batteries, comprising the following steps:

a) carregamento completo sob o protocolo CC para Níquel e CC-CVpara IL,a) complete loading under the CC protocol for Nickel and CC-CV for IL,

b) descarga da bateria até uma voltagem pré-determinada, por meio doprotocolo de descarga CC-CV-CC para ambos os tipos de baterias.b) discharge the battery to a predetermined voltage by means of the CC-CV-CC discharge protocol for both types of batteries.

Em uma realização opcional, o método de análise e restauração podecompreender uma etapa inicial de descarga até a voltagem pré-determinada deb), em caso de existência de voltagem residual na bateria.In an optional embodiment, the analysis and restoration method may comprise an initial discharge step up to the predetermined voltage (db) in the event of residual battery voltage.

Em uma realização opcional a aplicação da etapa inicial acimamencionada, compreende a ação do operador em selecionar uma das opções"sim" ou "não" em resposta a pergunta "a bateria é nova?" que aparece nodisplay do MC.In an optional embodiment the application of the above mentioned initial step comprises the action of the operator in selecting one of the "yes" or "no" options in response to the question "is the battery new?" which appears MC's nodisplay.

Em uma realização opcional, o método de análise e restauração podecompreender uma etapa finai de carregamento da bateria.Em uma realização preferencial, o método de análise e restauraçãocompreende a obtenção de dados através de meios para monitoramento deparâmetros da bateria, como temperatura, corrente e/ou voltagem, no decorrerda análise, para determinação do desempenho de bateria.In an optional embodiment, the analysis and restoration method may comprise a final battery charging step. In a preferred embodiment, the analysis and restoration method comprises obtaining data by means of monitoring battery parameters such as temperature, current and / or voltage throughout the analysis to determine battery performance.

Em uma realização preferencial, o método de restauração recuperabaterias prejudicadas pelo efeito memória.In a preferred embodiment, the restore method recovers batteries impaired by the memory effect.

Em uma realização opcional, o método de análise e restauração podeser utilizado em conjunto com outros equipamentos conhecidos do estado datécnica.In an optional embodiment, the analysis and restoration method may be used in conjunction with other known state-of-the-art equipment.

Estes e outros objetos da invenção serão imediatamente valorizadospelos versados na arte e pelas empresas com interesses no segmento, e serãodescritos em detalhes suficientes para sua reprodução na descrição a seguir.These and other objects of the invention will be immediately appreciated by those skilled in the art and by companies having an interest in the segment, and will be described in sufficient detail for their reproduction in the following description.

Breve Descrição das FigurasBrief Description of the Figures

A Figura 1 mostra um gráfico do processo de carregamento de umabateria de Níquel. Observa-se na figura a corrente máxima (A), a voltagemmáxima (B) e a queda de voltagem (-AV) ocorrida após a voltagem máxima (B)1e a curva de temperatura, caracterizando o carregamento pleno da bateria.Carregamento no protocolo CC.Figure 1 shows a graph of the process of charging a nickel battery. The figure shows the maximum current (A), the maximum voltage (B) and the voltage drop (-AV) that occurred after the maximum voltage (B) 1 and the temperature curve, characterizing the full charge of the battery. CC

A Figura 2 mostra um gráfico do processo de carregamento de umabateria de Íon-Lítio (IL). Observa-se na figura a corrente máxima decarregamento (A), a corrente mínima para finalização do processo decarregamento (B), a voltagem máxima (C), o carregamento à correnteconstante (segmento D) e á voltagem constante (segmento E). Carregamentono protocolo CC-CV.Figure 2 shows a graph of the charging process of a Lithium Ion (IL) battery. The figure shows the maximum discharge current (A), the minimum current to complete the discharge process (B), the maximum voltage (C), constant current charging (segment D) and constant voltage (segment E). Loading in the CC-CV protocol.

A Figura 3 mostra um gráfico do processo de descarga de baterias dostipos de níquel ou de IL, ao longo do qual será avaliado o desempenho dabateria em análise. Observa-se na figura a descarga à corrente constante devalor (C) (segmento A) até a voltagem (E), a descarga à voltagem constante devalor (E) (segmento B), até a corrente mínima (D) e na última etapa, adescarga sob a corrente constante (D) (segmento G), até a corrente mínima(F). Descarregamento sob o protocolo CC-CV-CC.A Figura 4 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando o circuito de carregamento da bateria, no qual se observa oterminal positivo da bateria (A), o terminal negativo da bateria (Β), o controleon/off (C) e o controle PWM (D).Figure 3 shows a graph of the process of discharging nickel or IL batteries, along which the performance of the battery under analysis will be evaluated. The figure shows the constant current devaluation discharge (C) (segment A) to voltage (E), the constant voltage devaluation discharge (E) (segment B) to the minimum current (D) and in the last step. , charge under constant current (D) (segment G) to minimum current (F). Unloading under the CC-CV-CC protocol. Figure 4 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating the battery charging circuit, wherein the positive battery terminal (A), the negative battery terminal (Β), the on / off control (C) and the PWM control (D).

A Figura 5 mostra gráficos que representam dois sinais PWM de mesmafreqüência, mas larguras de pulso diferentes (A e B).Figure 5 shows graphs representing two PWM signals of the same frequency but different pulse widths (A and B).

A Figura 6 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando o circuito de descarga da bateria, no qual se observa o terminalnegativo da bateria (A), o terminal positivo da bateria (B) e o controle PWM (C).Figure 6 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating the battery discharge circuit, wherein the negative battery terminal (A), the positive battery terminal (B) and the PWM control (C) are observed.

A Figura 7 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando os circuitos de tratamento dos sinais dos sensores. Observa-sena figura o tratamento do sinal do sensor de temperatura (7.1) e o sensor detemperatura (A), o tratamento do sinal referente à voltagem da bateria (7.2), otratamento do sinal referente à corrente de carregamento da bateria (7.3), otratamento do sinal referente à corrente de descarga da bateria (7.4), otratamento do sinal referente à voltagem do circuito de carregamento da bateria(7.5), o tratamento do sinal do terminal do sensor de temperatura da bateria(7.6) e o tratamento do sinal do terminal de identificação da bateria (7.7).Figure 7 shows a preferred embodiment of the invention contemplating sensor signal processing circuits. Note the signal treatment of the temperature sensor (7.1) and temperature sensor (A), the signal treatment of the battery voltage (7.2), the signal handling of the battery charging current (7.3), battery discharge current signal treatment (7.4), battery charge circuit voltage signal treatment (7.5), battery temperature sensor terminal signal treatment (7.6) and signal treatment battery identification terminal (7.7).

A Figura 8 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando a alimentação (8.1) e os reguladores de voltagem (8.2 e 8.3). NaFigura 8.1, observa-se a fonte (A) da alimentação.Figure 8 shows a preferred embodiment of the invention contemplating power supply (8.1) and voltage regulators (8.2 and 8.3). In Figure 8.1, the power source (A) is observed.

A Figura 9 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando os dispositivos de interface com o usuário (9.1, 9.2, 9.3 e 9.4) eo microcontrolador (9.5). Observa-se na figura a configuração do circuito queserve os botões (9.1), os LED's (9.2), o "buzzer" (9.3) e a tela de LCD (9.4).Figure 9 shows a preferred embodiment of the invention contemplating the user interface devices (9.1, 9.2, 9.3 and 9.4) and the microcontroller (9.5). The figure shows the circuit configuration that keeps the buttons (9.1), the LED's (9.2), the buzzer (9.3) and the LCD screen (9.4).

A Figura 10 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando os circuitos de comunicação (10.1 e 10.2) e de armazenamentode dados (10.3). Observa-se na figura o circuito de comunicação opcional viaUSB (10.1) e serial (10.2).Figure 10 shows a preferred embodiment of the invention contemplating communication (10.1 and 10.2) and data storage (10.3) circuits. The figure shows the optional communication circuit via USB (10.1) and serial (10.2).

A Figura 11 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando o diagrama do módulo de controle, no qual se observa a fontede alimentação (A), o regulador de voltagem (B)1 o microcontrolador (C)1 odisplay de cristal líquido (D), os botões (E)1 os LED's e "buzzer" (F)1 oconversor UART-USB (G)1 o computador (H)1 os módulos de análise (I), acomunicação UART (J) e a comunicação USB (L).Figure 11 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating the control module diagram, which shows the power supply (A), the voltage regulator (B) 1 the microcontroller (C) 1 liquid crystal display (D) , buttons (E) 1 LED's and buzzer (F) 1 UART-USB converter (G) 1 computer (H) 1 analysis modules (I), UART communication (J) and USB communication (L ).

A Figura 12 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando o diagrama do módulo de análise de baterias, no qual seobserva o microcontrolador (A), o regulador de voltagem (B)1 a bateria (C), ocircuito de descarga (D), o tratamento dos sinais analógicos dos sensores (E)1o sensor de temperatura (F), o circuito de carregamento (G), a memória (H), osbotões (I), os LED's (J), o módulo de análise (L), o módulo de análise oumódulo de controle (Μ), o controle por PWM (N)1 a comunicação UART (O) e aalimentação (P).Figure 12 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating the diagram of the battery analysis module, which observes the microcontroller (A), the voltage regulator (B) 1 the battery (C), the discharge circuit (D), the treatment of analog signals from sensors (E) 1st temperature sensor (F), charging circuit (G), memory (H), buttons (I), LEDs (J), analysis module (L) , the analysis module or control module (Μ), PWM control (N) 1, UART communication (O) and power (P).

A Figura 13 mostra um gráfico da variação da voltagem durante aaplicação do método de análise no carregamento e descarga de uma bateriade telefone celular de íon-Lítio.Figure 13 shows a graph of voltage variation during the application of the method of analysis on charging and discharging a Lithium-ion cell phone battery.

A Figura 14 mostra um gráfico da variação da temperatura da bateriadurante a análise de uma bateria de IL.Figure 14 shows a graph of battery temperature variation during analysis of an IL battery.

A Figura 15 mostra um gráfico do desempenho da corrente decarregamento da bateria durante a análise de uma bateria de IL.Figure 15 shows a graph of battery discharge current performance during the analysis of an IL battery.

A Figura 16 mostra um gráfico do desempenho da corrente de descargada bateria durante a análise de uma bateria de IL.Figure 16 shows a graph of discharged battery current performance during the analysis of an IL battery.

A Figura 17 mostra um gráfico do desempenho da carga nocarregamento da bateria durante a análise de uma bateria de IL.Figure 17 shows a graph of battery charge charge performance during the analysis of an IL battery.

A Figura 18 mostra um gráfico do desempenho da carga na descarga dabateria durante a análise de uma bateria de IL.Figure 18 shows a graph of the performance of the battery discharge charge during the analysis of an IL battery.

A Figura 19 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando a visão frontal (19.1) e a visão traseira (19.2) do módulo decontrole. Observa-se na figura o LED de funcionamento (A), os botões decontrole (Β), o LED de comunicação (C), o display de cristal líquido (D), achave liga/desliga (E), o conector de saia para comunicacao com modulos deanálise de baterias (F), o conector para fonte de alimentação (G), o conectorUSB (H) e as aberturas de ventilação (I).Figure 19 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating front view (19.1) and rear view (19.2) of the control module. The figure shows the operating LED (A), control buttons (Β), communication LED (C), liquid crystal display (D), on / off switch (E), communication with battery analysis modules (F), power supply connector (G), USB connector (H) and ventilation openings (I).

A Figura 20 mostra uma visão frontal (20.1) e a visão traseira (20.2) domódulo de análise de baterias, em uma de suas concretizações preferenciais.Figure 20 shows a front view (20.1) and rear view (20.2) of the battery analysis module in one of its preferred embodiments.

Observa-se na figura o botão para ejeção de baterias (A), o LED defuncionamento (Β), o botão de indicação do módulo selecionado (C), o LED destatus (D), a identificação dos modelos de baterias suportados pelo módulo (E),o conector de saída para comunicação com outros módulos (F), o conector deentrada para comunicação com outros módulos (G) e as aberturas paraventilação (H).The figure shows the battery eject button (A), the operation LED (Β), the selected module indication button (C), the destatus LED (D), the identification of the battery models supported by the module ( E), the output connector for communication with other modules (F), the inlet connector for communication with other modules (G) and the vent openings (H).

A Figura 21 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando o módulo de controle (A) ligado através de seu conector desaída ao conector de entrada de um módulo de análise de baterias (B1), cujoconector de saída está ligado ao conector de entrada do outro módulo deanálise de baterias (B2), sucessivamente até (Bn).Figure 21 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating the control module (A) connected through its output connector to the input connector of one battery analysis module (B1), whose output connector is connected to the input connector of the other. battery analysis module (B2) successively to (Bn).

A Figura 22 mostra uma concretização preferencial da invenção,contemplando um possível encaixe da bateria (A) ao módulo de análise debaterias (B).Figure 22 shows a preferred embodiment of the invention, contemplating a possible engagement of the battery (A) to the debug analysis module (B).

A Figura 23 mostra o diagrama dos pacotes e classes do software usadopara operar e controlar o Analisador de Baterias no modo "Controle PC".Figure 23 shows the diagram of the software packages and classes used to operate and control the Battery Analyzer in "PC Control" mode.

A Figura 24 mostra o diagrama de estados do software acima citado.Figure 24 shows the state diagram of the above software.

A Tabela abaixo descreve os elementos contidos nos diagramas dasFiguras 23 e 24.The Table below describes the elements contained in the diagrams of Figures 23 and 24.

<table>table see original document page 14</column></row><table><table>table see original document page 15</column></row><table><table> table see original document page 14 </column> </row> <table> <table> table see original document page 15 </column> </row> <table>

A Figura 25 mostra a corrente e a voltagem de um ensaio real decarregamento e descarga de uma bateria de níquel com voltagem originalacima de 3,0 V, usando-se o método e equipamento descritos. Deve sercomentado que as correntes de descarga no segmento (A) e no segmento (C)são sempre negativas, embora na figura estejam representadas com sinalpositivo.Figure 25 shows the current and voltage of a real charge and discharge test of a nickel battery with original voltage above 3.0 V using the method and equipment described. It should be noted that the discharge currents in segment (A) and segment (C) are always negative, although in the figure they are shown with a sign.

A Figura 26 mostra a corrente e a voltagem de um ensaio real decarregamento e descarga de uma bateria de íon-lítio com voltagem inicialacima de 3,0 V, usando-se o método e equipamento descritos. Deve sercomentado que as correntes de descarga no segmento (A) e no segmento (C)são sempre negativas, embora na figura elas estejam representas com sinalpositivo.Figure 26 shows the current and voltage of an actual charge and discharge test of a 3.0 V initial voltage lithium-ion battery using the method and equipment described. It should be noted that the discharge currents in segment (A) and segment (C) are always negative, although in the figure they are represented with a sign.

A Figura 27 mostra um resultado de um ensaio em uma bateria de íon-lítio, aplicando-se o método descrito, mas realizado com um equipamento depesquisa (Arbin). São mostrados 2 (dois) ciclos completos de carga-descarga.Os pontos (D)1 (E)1 (F), (G) e (H) delimitam um polígono usado para calcular acapacidade de carga da bateria em 3,6 V, ou seja, o valor do SOH3 6-Figure 27 shows a result of a lithium-ion battery test using the method described, but performed with a research device (Arbin). 2 (two) full charge-discharge cycles are shown. Points (D) 1 (E) 1 (F), (G), and (H) delimit a polygon used to calculate 3.6 V battery charge capacity , ie the value of SOH3 6-

Descrição Detalhada da InvençãoDetailed Description of the Invention

O equipamento da invenção, neste Relatório também referido comoAnalisador de Baterias, tem como função básica informar o desempenho, ouestado de saúde ("state of health", SOH em inglês) de baterias recarregáveis.The equipment of the invention, in this Report also referred to as the Battery Analyzer, is primarily intended to inform the performance or state of health of rechargeable batteries.

O equipamento e método da invenção são particularmente úteis em baterias detelefone celular dos tipos níquel-hidreto metálico (Ni-HM), níquel-cádmio (Ni-Cd) e íon-lítio, sejam elas usadas, em uso ou novas. No caso das baterias dotipo Ni-HM e Ni-Cd o equipamento pode funcionar também como restauradorda capacidade de carga daquelas baterias que apresentarem o efeito memória.The equipment and method of the invention are particularly useful in nickel metal hydride (Ni-HM), nickel cadmium (Ni-Cd) and lithium ion cell phone batteries, whether used, in use or new. In the case of Ni-HM and Ni-Cd type batteries, the equipment can also function as a restored capacity for those batteries that have a memory effect.

O Analisador é modular, formado por duas subunidades: o Módulo deControle (MC) e o Módulo de Análise de Bateria (MB), onde é encaixada abateria a ser analisada. Cada MC pode suportar um ou vários MB ligados emsérie, de forma que várias baterias, de diferentes formatos e marcas, podemser analisadas simultaneamente.The Analyzer is modular, made up of two subunits: the Control Module (MC) and the Battery Analysis Module (MB), where it is fitted with the battery to be analyzed. Each MC can support one or several MB connected in series, so that several batteries of different shapes and brands can be analyzed simultaneously.

O Módulo de Controle é responsável pela interface com o usuário doequipamento, através de botões e de um display de cristal líquido no modoautônomo, e por realizar a comunicação com um computador, através de umaporta de comunicação de dados no modo interfaciado. O Módulo de Análise debaterias contém os circuitos destinados aos processos de carregamento edescarga das baterias, tratamento de sinais e aquisição de dados ao longo daanálise. Devido à diferenças nos aspectos construtivos, os Módulos de Análisesão específicos para determinados modelos de baterias, os quais sãoidentificados no seu painel frontal.The Control Module is responsible for the equipment user interface, through buttons and a liquid crystal display in stand-alone mode, and for communicating with a computer via a data communication gate in interfaced mode. The Debate Analysis Module contains the circuits for battery charging and discharging, signal handling and data acquisition processes throughout the analysis. Due to differences in construction aspects, the Analysis Modules are specific to certain battery models, which are identified on their front panel.

O Módulo de Controle pode ser utilizado para controlar diversos Módulosde Análise de baterias, sendo o número de módulos utilizados dependente dacapacidade da fonte de alimentação utilizada. A conexão física e elétrica entreos modulos e feita atraves de um barramento de 4 vias, no qual se encontramvias de alimentação e de comunicação.Há duas formas de operação e controle do Analisador de Baterias. Épossível utilizá-lo de modo manual, no qual o usuário opera o equipamentoatravés de botões do Módulo de Controle, iniciando as análises e verificando osseus resultados através do display de cristal líquido. Outro modo de operação éo interfaciado a um computador, através de um programa computacional(software) elaborado especialmente para essa finalidade. Além de possibilitar aoperação e controle do equipamento, o programa exibe gráficos dosparâmetros analisados, permite salvar dados no formato ASCII e emitirrelatórios de análise.The Control Module can be used to control various Battery Analysis Modules, the number of modules used being dependent on the capacity of the power supply used. The physical and electrical connection between the modules is made through a 4-way bus, which provides power and communication. There are two ways to operate and control the Battery Analyzer. It is possible to use it manually, in which the user operates the equipment through buttons of the Control Module, starting the analyzes and verifying its results through the liquid crystal display. Another mode of operation is interfaced to a computer through a computer program (software) designed especially for this purpose. In addition to enabling equipment operation and control, the program displays graphs of the parameters analyzed, allows saving data in ASCII format and issue analysis reports.

Meios para Alimentação e Regulação da voltaqemPower Supply and Voltage Regulation

Para que o sistema apresente um funcionamento adequado, os circuitosenvolvidos no processo de análise de baterias devem ser alimentadosadequadamente. Os diversos componentes utilizados exigem níveis devoltagem distintos. Além disso, é necessário garantir que tais níveis devoltagem sejam estáveis.In order for the system to function properly, the circuits involved in the battery analysis process must be properly powered. The various components used require different voltage levels. In addition, it is necessary to ensure that such return levels are stable.

O sistema deve ser preferencialmente ligado a uma fonte de alimentaçãoexterna, a qual converte a voltagem alternada da rede elétrica em umavoltagem contínua e de menor amplitude. Uma chave Liga-Desliga encontra-seposicionada logo na entrada da alimentação. Um diodo posicionado em sériecom esta chave evita que uma fonte com polaridade invertida possa causardanos ao sistema.The system should preferably be connected to an external power supply, which converts the alternating utility voltage into a continuous, smaller amplitude voltage. An On / Off switch is positioned just in the power inlet. A diode positioned in series with this switch prevents an inverted polarity source from causing system damage.

Os sistemas precisam de dois níveis de voltagem distintos: 5 V e 3,3 V.A regulação de 5 V é realizada pelo circuito integrado 7805, enquanto que aregulação de 3,3 V é feita pelo IRU1010-33. Além desses componentes,também são necessários capacitores tanto na entrada quanto na saída destesreguladores, para garantir a estabilização da voltagem.The systems need two different voltage levels: 5 V and 3.3 V. 5 V regulation is performed by the 7805 integrated circuit, while 3.3 V regulation is done by the IRU1010-33. In addition to these components, capacitors are also required at both the input and output of these regulators to ensure voltage stabilization.

O circuito de carregamento da bateria em análise utiliza diretamente avoltagem da fonte, indicada pelo símbolo V+, a qual será convertida de modoconveniente para realizar o carregamento da bateria, conforme os protocolosexplicados anteriormente.The battery charging circuit under analysis directly utilizes the source voltage, indicated by the V + symbol, which will be converted from a convenient mode to perform battery charging according to the protocols explained above.

Meios para Carregar a bateriaO circuito de carregamento é composto basicamente por um conversorDC/DC do tipo Buck. A partir de uma voltagem contínua aplicada em suaentrada, tal circuito realiza a sua conversão em uma voltagem contínua demenor valor.Means for Charging the BatteryThe charging circuit is basically a Buck / DC converter. From a continuous voltage applied at its input, this circuit converts it into a continuous voltage of less value.

O funcionamento do conversor DC/DC do tipo Buck baseia-se nochaveamento controlado de um MOSFET e no uso de um indutor e capacitorespara estabilizar a corrente e a voltagem no circuito. O controle do MOSFET éfeito através de um sinal PWM (Pulse Width Modulation - Modulação porLargura de Pulso) gerado por um microcontrolador.The operation of the Buck type DC / DC converter is based on the controlled switching of a MOSFET and the use of an inductor and capacitors to stabilize the current and voltage in the circuit. MOSFET control is achieved through a PWM (Pulse Width Modulation) signal generated by a microcontroller.

Ao longo do processo de carregamento da bateria, o microcontroladorverifica continuamente os valores de voltagem da bateria e a corrente decarregamento. Em função desses valores, e, levando em consideração omodelo de bateria que está sendo carregada, é efetuado o controle do circuitode carregamento. Tal controle, através do sinal PWM, pode ser realizado demodo a obter uma voltagem constante ou uma corrente constante.Throughout the battery charging process, the microcontroller continually checks the battery voltage values and the charging current. Depending on these values, and taking into account the battery model being charged, the charging circuit is controlled. Such control, by means of the PWM signal, can be accomplished by obtaining a constant voltage or constant current.

O sinal PWM é um sinal digital de freqüência constante, mas cuja largurade pulso é variável. Enquanto tal sinal permanecer em nível lógico 1, oMOSFET permitirá a passagem da corrente elétrica. Tal corrente passará peloindutor, que armazenará energia. Quando o sinal permanecer em nível lógicoO, o MOSFET será desativado e interromperá a passagem da corrente elétrica.Entretanto, o indutor forçará a corrente elétrica a continuar fluindo no circuito.Essa corrente induzida pelo indutor circulará no caminho fechado formadopelos dois diodos, pela carga e pelo próprio indutor. De acordo com o tempo noqual o MOSFET permanecerá acionado, é possível realizar o controle davoltagem aplicada à bateria e da corrente de carregamento da bateria.The PWM signal is a constant frequency digital signal, but whose pulse width is variable. As long as such signal remains at logic level 1, MOSFET will allow the electric current to pass through. Such current will pass through the inductor, which will store energy. When the signal remains at the logic level, the MOSFET will be deactivated and will interrupt the flow of electric current. However, the inductor will force the electric current to continue flowing in the circuit. This inductor induced current will circulate in the closed path formed by the two diodes, by the load and by the inductor himself. According to the time the MOSFET will remain activated, it is possible to carry out the control applied to the battery and the charging current of the battery.

Para que a voltagem de saída não atinja valores muito altos, énecessário que um valor mínimo de corrente seja exigido do conversor DC/DC.Com esse objetivo, o circuito possui um resistor de 80 Ω em paralelo com osterminais da bateria. Para que ele somente atue no circuito enquanto estiversendo realizado um processo de carregamento da bateria, um transistorBC548C realiza o chaveamento desse resistor.Com o objetivo de verificação da corrente de carregamento da bateria, ocircuito possui um resistor de 0,1 Ω que, durante o carregamento de umabateria, se encontra em série com esta. De acordo com a voltagem entre osterminais desse resistor, é possível determinar o valor da corrente decarregamento da bateria, já que o conversor A/D do microcontrolador apenasfaz leituras de valores de voltagem. O baixo valor de resistência utilizado fazcom que a queda de voltagem entre seus terminais seja desprezível, de modoa não influir no processo de carregamento.Meios para Manipulação de dadosIn order for the output voltage not to reach very high values, a minimum current value must be required from the DC / DC converter. For this purpose, the circuit has an 80 resist resistor in parallel with the battery terminals. So that it only acts on the circuit while a battery charging process is being carried out, a transistorBC548C switches this resistor. For the purpose of checking the battery charging current, the circuit has a 0.1 resist resistor which during charging a battery pack is in series with it. Depending on the voltage between the terminators of this resistor, it is possible to determine the value of the battery charge current, since the microcontroller A / D converter only reads voltage values. The low resistance value used makes the voltage drop between its terminals negligible, so as not to influence the charging process. Data Handling Means

Os meios para manipulação de dados compreendem todas as etapas deaquisição, tratamento, digitalização, processamento, armazenamento etransferência de quaisquer dados relacionados ao funcionamento do circuitointerno do equipamento para análise das baterias.Meios para Aquisição e Tratamento de dadosData manipulation means comprise all the steps of acquiring, processing, digitizing, processing, storing and transferring any data related to the operation of the internal circuitry of the battery analysis equipment.

A aquisição e o tratamento dos dados têm a finalidade de adquirir níveisde voltagem diferenciais nos circuitos de carregamento e descarga, adequar osníveis de voltagem aos níveis permitidos pelos conversores A/D domicrocontrolador ou realizar a filtragem de tais sinais.Data acquisition and processing is intended to acquire differential voltage levels in the charging and discharging circuits, to adjust the voltage levels to the levels allowed by the home controller A / D converters or to filter such signals.

Nos circuitos de tratamento de sinais, foram utilizados dois LM324, umcircuito integrado que possui quatro amplificadores operacionais em seuinterior. Também foram usados dispositivos como capacitores e resistores.In the signal processing circuits, two LM324s were used, an integrated circuit that has four operational amplifiers inside. Devices such as capacitors and resistors were also used.

Para o controle dos circuitos de carregamento e descarga, verificam-sediversos sinais: a voltagem da bateria, a voltagem da saída do conversorDC/DC, o sinal referente à corrente de carregamento da bateria, o sinalreferente à corrente de descarga da bateria, o sinal do sensor de temperatura.For controlling the charging and discharging circuits, there are several signals: the battery voltage, the DC / DC converter output voltage, the battery charging current signal, the battery discharge current signal, the of the temperature sensor.

O sinal do sensor de temperatura LM60 é aplicado a uma das entradasde um amplificador diferencial, enquanto que em outra entrada é aplicado osinal proveniente de um divisor de voltagem. Essa configuração tem afinalidade de eliminar o offset do sinal do sensor quando este indica umatemperatura de 0°C.O sensor possui uma saida de aprximadamenteem 0 °C.Para que sejam medidas as correntes de carregamento e descarga dabateria, são feitas medições de voltagem entre os terminais dos resistores de0,1 Ω presentes em ambos os circuitos. Dois amplificadores diferenciais foramutilizados com esse objetivo. A saída de tais amplificadores é igual à voltagementre os terminais do resistor aos quais suas entradas estão conectadas.The LM60 temperature sensor signal is applied to one of the inputs of a differential amplifier, while to another input the signal from a voltage divider is applied. This setting has the purpose of eliminating the sensor signal offset when it indicates a temperature of 0 ° C. The sensor has an output of approximately 0 ° C. To measure the charging and discharging currents of the voltage, voltage measurements are made between the terminals. of the 0.1 Ω resistors present on both circuits. Two differential amplifiers were used for this purpose. The output of such amplifiers is equal to the voltagement between the resistor terminals to which their inputs are connected.

Além disso, os sinais referentes às correntes são os sinais que possuemuma maior variação da intensidade em função do tempo. Em grande parte doscasos, faz-se necessário uma filtragem desse sinal, evitando grandesflutuações que podem levar a leituras falsas. Isso é feito através de um filtro RCpassa-baixas, ligado à saída do amplificador.In addition, the current signals are the signals that have the greatest variation in intensity as a function of time. In most cases, it is necessary to filter this signal, avoiding large fluctuations that may lead to false readings. This is done through a low-pass RC filter connected to the output of the amplifier.

Outros sinais aplicados em amplificadores diferenciais são a voltagempresente na saída do conversor DC/DC e a voltagem presente entre osterminais da bateria. Tais sinais também são utilizados como referência para ocontrole dos processos de carregamento e análise.Other signals applied to differential amplifiers are the voltage present at the DC / DC converter output and the voltage present between the battery terminals. Such signals are also used as a reference for control of loading and analysis processes.

Também são verificados sinais dos terminais presentes nas baterias aserem analisadas. Um desses terminais, presente em algumas baterias,permite a identificação do modelo da bateria. Esse terminal é ligado a umdivisor de voltagem presente no interior da bateria. Ao medir a voltagempresente nesse terminal, é possível identificar o modelo de bateria a seranalisado, pois cada modelo possui um divisor de voltagem específico.Signals from the terminals on the analyzed batteries are also checked. One of these terminals, present on some batteries, allows the identification of the battery model. This terminal is connected to a voltage divider inside the battery. By measuring the voltage present on this terminal, it is possible to identify the battery model to be analyzed because each model has a specific voltage divider.

Outro terminal permite a verificação da temperatura da bateria. Esseterminal é ligado a um divisor de voltagem composto por um resistor e umtermistor, que é um componente cuja resistência varia em função datemperatura.Another terminal allows you to check the battery temperature. This terminal is connected to a voltage divider consisting of a resistor and a thermistor, which is a component whose resistance varies as a function of temperature.

Meios para Digitalização e Processamento de dadosData Means for Scanning and Data Processing

Todos os sinais, depois de tratados, são aplicados nos conversores A/Ddo microcontrolador, que convertem o valor de voltagem em um valor digital.Tal valor poderá ser armazenado e processado pelo próprio microcontroladorou por um computador, ao se estabelecer uma comunicação entre ambos.All signals, once processed, are applied to the microcontroller A / D converters, which convert the voltage value to a digital value. This value can be stored and processed by the microcontroller itself or by a computer when establishing communication between them.

Meios para Armazenamento de dadosO armazenamento de dados deve ser capaz de armazenar os dadosobtidos ao longo dos processos de carregamento e descarga da bateria. Amemória interna do microcontrolador não tem capacidade de armazenar ogrande volume de dados obtidos ao longo de algumas horas de análise. Comesse objetivo, é utilizada uma memória Flash com capacidade de 2 MB. Amemória se comunica com o microcontrolador através de um barramento SPI.Data Storage MeansData storage must be capable of storing the data obtained throughout the battery charging and discharging processes. The internal memory of the microcontroller is unable to store the large volume of data obtained over a few hours of analysis. For this purpose, a flash memory with a capacity of 2 MB is used. Memory communicates with the microcontroller via an SPI bus.

Meios para Transferência de dadosData Transfer Means

A transferência de dados é responsável pela comunicação entre ummicrocontrolador e um computador ou entre dois microcontroladores presentesnos sistemas de análise. O MAX232 converte os níveis de voltagem da saídade comunicação serial do microcontrolador em níveis de voltagem necessáriospara a comunicação através do padrão RS-232. Tal circuito pode sernecessário para evitar interferências durante a comunicação entremicrocontroladores a longas distâncias.Data transfer is responsible for communication between a microcontroller and a computer or between two microcontrollers present in the analysis systems. The MAX232 converts the microcontroller serial communication output voltage levels to the voltage levels required for RS-232 communication. Such a circuit may be necessary to avoid interference during communication between long-distance controllers.

O FT232R possibilita a comunicação do microcontrolador com umcomputador através de uma porta USB. Tal circuito integrado integra oscomponentes necessários para estabelecer a comunicação utilizando oprotocolo USB.The FT232R enables the microcontroller to communicate with a computer via a USB port. Such an integrated circuit integrates the components required to communicate using the USB protocol.

Meios para ControleControl Means

Os Meios para controle da presente invenção são representados por ummicrocontrolador: um dispositivo que realiza a aquisição dos dados durante aanálise da bateria, controla os circuitos de carregamento e descarga, realiza acomunicação com um computador através de uma porta USB e possibilita ainterface com o usuário através de botões, LEDs e displays.The means of control of the present invention are represented by a microcontroller: a device that performs data acquisition during battery analysis, controls the charging and discharging circuits, communicates with a computer via a USB port and enables user interface through of buttons, LEDs and displays.

Trata-se de um dispositivo que integra um microprocessador, memóriasde programa e dados, além de interfaces externas, como entradas e saídasdigitais, canais seriais, PWM e conversores A/D. O programa executado pelomicrocontrolador contém as rotinas de controle dos processos de análise, dasinterfaces com o usuário e da comunicação com computadores. Omicrocontrolador utilizado é um Zilog Z8F1622.It is a device that integrates a microprocessor, program memories and data, as well as external interfaces such as digital inputs and outputs, serial channels, PWM and A / D converters. The program run by the microcontroller contains the control routines of analysis processes, user interfaces and computer communication. The microcontroller used is a Zilog Z8F1622.

Meios para Descarga de bateriaO processo de descarga, em função dos parâmetros necessários para aanálise da bateria, não pode ser feito de modo estático, como através de umresistor, por exemplo. Faz-se necessário um controle dinâmico do processo dedescarga, em função de parâmetros tais como voltagem da bateria e correntede descarga.Means for Battery Discharge The discharge process, depending on the parameters required for battery analysis, cannot be done statically, such as through a resistor, for example. Dynamic control of the discharge process is required depending on parameters such as battery voltage and discharge current.

O circuito de descarga é composto basicamente por um indutor, umresistor e um MOSFET, sendo que em paralelo com esses dois últimosencontra-se um diodo Zener.The discharge circuit is basically composed of an inductor, a resistor and a MOSFET, and in parallel with these last two is a Zener diode.

O funcionamento deste circuito apresenta algumas semelhanças com ocircuito de carregamento da bateria. É realizado um controle sobre ochaveamento do MOSFET, de modo a controlar a corrente de descarga dabateria. O controle também é realizado através de um sinal PWM emitido pelomicrocontrolador.The operation of this circuit bears some resemblance to the battery charging circuit. MOSFET keying control is performed to control the discharge current from the battery. Control is also performed via a PWM signal emitted by the microcontroller.

Em função dos valores da corrente de descarga e da voltagem dabateria, e levando em consideração também o modelo de bateria em análise, omicrocontrolador determina o funcionamento do circuito de descarga.Depending on the discharge current and battery voltage values, and also taking into account the battery model under consideration, the microcontroller determines the operation of the discharge circuit.

Enquanto o MOSFET se encontrar acionado, ele permitirá a passagemde uma corrente elétrica. A intensidade dessa corrente subirá gradualmente,pois o indutor estará armazenando energia. Essa corrente também passa peloresistor de 2,2 Ω, que dissipará a energia em forma de calor.As long as the MOSFET is activated, it will allow an electric current to pass through. The intensity of this current will rise gradually as the inductor will be storing energy. This current also passes through the 2.2 ores resistor, which will dissipate the energy as heat.

No momento em que o MOSFET for desativado, ele apresentará umaresistência muito alta à passagem da corrente elétrica. O indutor tentará manterconstante a corrente que flui por ele, e forçará a passagem desta através dodiodo Zener. A voltagem entre seus terminais subirá até que a soma entre avoltagem do indutor e a da bateria seja igual à voltagem reversa do diodoZener, a qual no modelo indicado no esquemático é de 9,1 V. A energiaarmazenada no indutor será descarregada e dissipada na forma de calor nodiodo Zener.When MOSFET is deactivated, it will have a very high resistance to the passage of electric current. The inductor will try to keep the current flowing through it constant and force its passage through the Zener diode. The voltage between its terminals will rise until the sum between the voltage of the inductor and the battery equals the reverse voltage of the diener Zener, which in the model indicated in the schematic is 9.1 V. The energy stored in the inductor will be discharged and dissipated as heat exchanger Zener.

Durante o processo de análise da bateria, a energia que se encontravaarmazenada na bateria é convertida em calor. Portanto, os componentesutilizados no circuito devem ser capazes de dissipar uma potência elevada.Também se torna necessário que o circuito seja montado de modo que sepermita a ventilação, podendo ser necessário também utilizar algum dispositivopara realizar uma ventilação forçada.During the battery analysis process, the energy stored in the battery is converted to heat. Therefore, components used in the circuit must be capable of dissipating high power. It is also necessary that the circuit be mounted in such a way that ventilation is allowed, and some device may also need to be used for forced ventilation.

Meios para InteraçãoInteraction Means

Os meios para interação são dispositivos de interface com o usuário quepermitem que ele realize o controle do sistema. O display de cristal líquidoexibe textos e informações ao usuário. O controle de tal dispositivo é realizadopelo microcontrolador através de um barramento de quatro vias de dados(LCD_D4 a LCD_D7) e três vias de controle (LCD_E, LCD_RS e LCD_RW).The means for interaction are user interface devices that allow the user to perform system control. The LCD displays text and user information. Control of such a device is performed by the microcontroller via a four-way data bus (LCD_D4 to LCD_D7) and three control ways (LCD_E, LCD_RS and LCD_RW).

Os LEDs exibem informações a respeito do funcionamento do sistema,indicando se este se encontra ligado ou se este está realizando algumprocesso de análise, por exemplo. Os botões permitem ao usuário realizar ocontrole do sistema, selecionando as opções adequadas para o processo deanálise. O buzzer emite avisos sonoros no término ou no cancelamento deprocessos de análise.The LEDs display information about the system's operation, indicating if it is on or if it is performing some analysis process, for example. The buttons allow the user to perform system control by selecting the appropriate options for the analysis process. The buzzer beeps at the end or cancellation of parsing processes.

Meios para RefrigeraçãoRefrigeration Means

Para evitar o superaquecimento ao longo do processo de descarga, odiodo Zener e o resistor de 2,2 Ω do circuito de descarga, nos quais a energiaserá convertida em calor, são montados em dissipadores para garantir umatroca mais eficiente de calor com o ar. O Módulo também possui aberturas deventilação no seu painel traseiro, para garantir trocas de ar entre o ambiente eo interior do Módulo.To avoid overheating throughout the discharge process, the Zener diode and the 2.2 Ω resistor of the discharge circuit, where the energy will be converted into heat, are mounted on heatsinks to ensure a more efficient exchange of heat with air. The Module also has ventilation holes in its rear panel to ensure air exchange between the environment and the interior of the Module.

Aberturas de ventilação, na presente invenção, estão localizadas naparte traseira dos Módulos de Controle e de Análise de Baterias pararefrigeração. Podem ser utilizados também dispositivos de ventilação forçadapara refrigeração do equipamento.Meios para Segurança do equipamentoVentilation openings in the present invention are located at the rear of the Cooling Battery Control and Analysis Modules. Forced ventilation devices may also be used for equipment cooling. Equipment Safety Means

Os meios para segurança do equipamento, na presente invenção, sãoquaisquer aparatos, como fusíveis e disjuntores, com a função de desligar eproteger o equipamento em caso de sobrecorrente, localizado na entrada docircuito elétrico.Módulo de Análise de BateriasThe equipment safety means in the present invention are any apparatus, such as fuses and circuit breakers, with the function of shutting down and protecting the equipment in case of overcurrent, located at the electrical circuit input.

O Módulo de Análise de Baterias é responsável pela realização dosprocedimentos de descarga, carregamento, análise e restauração de umabateria em análise. No seu interior, encontram-se os circuitos eletrônicos querealizam tais processos, além de sensores para a aquisição de dados comovoltagem da bateria, corrente de carregamento e descarga e temperatura.Devido as diferenças nos aspectos construtivos, cada Módulo suporta modelosespecíficos de baterias, os quais são identificados no seu painel frontal.The Battery Analysis Module is responsible for performing the discharge, charging, analysis and restoration procedures for a battery under analysis. Inside are the electronic circuits that perform such processes, as well as sensors for data acquisition with battery voltage, charge and discharge current and temperature. Due to differences in construction aspects, each Module supports specific models of batteries, which are identified on its front panel.

Para realizar a análise das baterias, o Módulo conta com os circuitos decarregamento e descarga descritos anteriormente. O controle de tais circuitos éfeito pelo microcontrolador, através de sinais PWM.To perform the battery analysis, the Module has the charging and discharging circuits described above. Control of such circuits is effected by the microcontroller through PWM signals.

O controle é realizado em função de parâmetros tais como a corrente decarregamento ou descarga e a voltagem da bateria. Esses e outros sinaisdevem ser tratados antes de serem aplicados aos conversores A/D domicrocontrolador. O tratamento é realizado através dos circuitos já descritosanteriormente. Os conversores A/D convertem os valores de voltagem emvalores digitais, os quais são processados e armazenados pelomicrocontrolador.The control is performed according to parameters such as discharge or discharge current and battery voltage. These and other signals should be handled before being applied to the home controller A / D converters. The treatment is performed through the previously described circuits. A / D converters convert voltage values to digital values, which are processed and stored by the microcontroller.

O painel traseiro do Módulo também conta com dois conectoresdestinados aos barramentos de alimentação e comunicação entre Módulos.Tais conectores devem ser ligados corretamente, para se evitar o risco dedanos ao equipamento.The rear panel of the Module also has two connectors intended for the power and communication busbars between modules. These connectors must be properly connected to avoid the risk of equipment damage.

Módulo de ControleControl Module

O Módulo de Controle permite o controle do Módulo de Análise deBaterias, tanto de forma autônoma quanto através do computador. Para aoperação autônoma, o usuário conta com os botões de controle (Menu/Enter,Up1 Down, Stop/Esc) e o display de cristal líquido para visualizar informações econfigurar parâmetros. O Módulo de Controle também possui dois LEDs1 umpara indicar que o equipamento está ligado e outro que indica a comunicaçãoatravés da USB ou com outros Módulos, e um buzzer, o qual emite um avisosonoro ao término de uma análise.Esse Módulo também conta com uma porta USB1 possibilitando acomunicação com um computador, através do qual é possível realizar ocontrole do equipamento, visualizar informações referentes aos processos deanálise e gerar relatórios de análise. O Módulo possui um conversor USB-UART, o qual permite que o microcontrolador envie dados e receba comandosatravés da USB.The Control Module allows control of the Battery Analysis Module, either autonomously or through the computer. For unattended operation, the user relies on the control buttons (Menu / Enter, Up1 Down, Stop / Esc) and the LCD to display information and set parameters. The Control Module also has two LEDs1 one to indicate that the equipment is powered on and another to indicate communication via USB or other Modules, and a buzzer, which beeps once a test has been completed. This Module also has a port USB1 enabling communication with a computer, through which it is possible to perform control of the equipment, view information regarding the analysis processes and generate analysis reports. The Module has a USB-UART converter, which allows the microcontroller to send data and receive commands via USB.

Um barramento de 4 vias realiza a conexão elétrica e física entre oMódulo de Controle e os Módulos de Análise. Em tal barramento, encontram-seduas vias de alimentação e duas vias de comunicação. A comunicação entreos Módulos é feita utilizando os protocolos UART presente nos seusmicrocontroladores.A 4-way bus makes the electrical and physical connection between the Control Module and Analysis Modules. In such a bus, there are sedimentary feeding ways and two communication ways. The communication between the modules is made using the UART protocols present in their microcontrollers.

O Módulo de Controle não possui os circuitos de carregamento,descarga e tratamento de sinais, pois ele não realiza processos, sendoresponsável pela comunicação com um computador e pela interface com ousuário através dos botões e display de cristal líquido.The Control Module does not have the charging, discharging and signal handling circuits, as it does not perform processes, being responsible for communicating with a computer and interfacing with the user through the buttons and liquid crystal display.

Princípio de OperaçãoPrinciple of Operation

A análise do estado de saúde (SOH) da bateria é realizada aplicando-sesinais elétricos de corrente e voltagem, num total de três processos emseqüência: uma descarga da bateria até uma voltagem pré-determinada Vd, ocarregamento da bateria e seu descarregamento até Vd. As intensidades dossinais aplicados nos três processos dependem do tipo de bateria.Battery health status (SOH) analysis is performed by applying electrical current and voltage signals in a total of three processes in sequence: a battery discharge to a predetermined voltage Vd, battery charge and discharge to Vd. The signal intensities applied in all three processes depend on the type of battery.

A análise do estado de saúde da bateria é obtida por um ciclo decarregamento-descarga, através dos valores das correntes aplicadas eresultantes das voltagens aplicadas e do tempo de aplicação das correntes edas voltagens. O valor do estado de saúde - SOH - das baterias é fornecidoporcentualmente em relação à capacidade de carga nominal da bateria, obtidade dados e tabelas fornecidas pelo fabricante da bateria.Battery health analysis is obtained by a discharge-discharge cycle through the values of applied currents and resulting voltages applied and the time of application of currents and voltages. The health status value (SOH) of the batteries is given percentage by percentage of the nominal charge capacity of the battery, data and tables provided by the battery manufacturer.

Cálculo do estado de saúde (SOH)Health Status Calculation (SOH)

É medido na curva corrente versus tempo, obtida na descarga da bateriaplenamente carregada e descarregada até uma voltagem de referência, quedepende do uso da bateria (3,6 V para em telefone celular).O SOH3.6> expresso em porcentagem, é calculado pela razão:It is measured in the current versus time curve, obtained when discharging the fully charged battery and discharged to a reference voltage, which depends on battery usage (3.6 V for a mobile phone). The SOH3.6> expressed as a percentage, is calculated by reason:

<formula>formula see original document page 26</formula><formula> formula see original document page 26 </formula>

A carga extraída na descarga é calculada como:The load extracted at discharge is calculated as:

onde a integral é realizada na curva da corrente I, gerada na descarga dabateria totalmente carregada, até a voltagem da bateria cair para 3,6 V,segundo o protocolo CC-CV-CC1 já descrito. I é a corrente resultante daaplicação deste protocolo. A integral e o cálculo do SOH são realizadoseletronicamente pelo circuito do MC. A capacidade de carga nominal, fornecidapelo fabricante, deve ser pré-inserida no analisador.where the integral is made in the current curve I, generated in the fully charged battery discharge, until the battery voltage drops to 3.6 V, according to the protocol CC-CV-CC1 already described. I is the current resulting from the application of this protocol. The integral and the calculation of the SOH are performed electronically by the circuit of the MC. The rated load capacity supplied by the manufacturer must be pre-entered in the analyzer.

O carregamento das baterias deve seguir os protocolos de carga jádescritos, que são diferentes para as baterias de Níquel e IL. A voltagem deuma bateria de IL carregada é igual a 4,2 V e de uma bateria de Níquel é ovalor da voltagem atingida ao fim do processo de carregamento da bateria.Battery charging should follow the charging protocols already described, which are different for Nickel and IL batteries. The voltage of a charged IL battery is 4.2 V and a nickel battery is the value of the voltage reached at the end of the battery charging process.

Na Figura 27 a carga extraída entre 4,2 e 3,6 V para uma típica bateriade íon-lítio é a área interna limitada pelo perímetro D, E, F, G, H, D; sendo E, Fuma linha vertical. Esta área é calculada eletronicamente no módulo MC,método este aplicado tanto para as baterias de Níquel quanto para as de íon-lítio.In Figure 27 the charge extracted between 4.2 and 3.6 V for a typical lithium-ion battery is the internal area limited by the perimeter D, E, F, G, H, D; where E is a vertical line. This area is calculated electronically in the MC module, which method is applied to both Nickel and Lithium-Ion batteries.

Configurações de Operação e ControleOperation and Control Settings

O Analisador pode ser operado em duas configurações, no "ControleManual" e no "Controle PC".The Analyzer can be operated in two configurations, "Manual Control" and "PC Control".

Na configuração "Controle Manual" ele opera com um módulo MC e umou mais módulos MB, sem a necessidade de um microcomputador. Neste caso,todas as comunicações e informações com e para o usuário são dadas via odisplay do MC e as ações são realizadas operando-se os comandos (botões)dos módulos MC e MB.In the "Manual Control" configuration it operates with one MC module and one or more MB modules without the need for a microcomputer. In this case, all communication and information with and to the user is given via the MC display and the actions are performed by operating the commands (buttons) of the MC and MB modules.

Na configuração "Controle PC" o Analisador é operado e controlado viamicrocomputador, não havendo necessidade de se usar os botões de controledos MC e MB. Neste modo, pode ser gerado um Relatório da Análise daBateria, que contém várias informações, a maioria delas não disponível nodisplay, quando se opera na configuração "Controle Manual".Programa (software) de operação no modo "Controle PC"In the "PC Control" configuration the Analyzer is operated and controlled via a microcomputer, no need to use the MC and MB control buttons. In this mode, a Battery Analysis Report can be generated, which contains various information, most of which is not available in nodisplay, when operating in the "Manual Control" setting. "PC Control" mode operation software

O software utilizado para operar e controlar o Analisador de Baterias édescrito através dos diagramas da Figura 23 e Figura 24. O software permiteque o usuário controle e opere o Analisador de Baterias por meio de umainterface gráfica no computador. Permite ainda o acompanhamento evisualização, em tempo real, dos sinais elétricos que processados geram aanálise da bateria, que pode ser visualizada na forma de um Relatório deAnálise.The software used to operate and control the Battery Analyzer is described through the diagrams of Figure 23 and Figure 24. The software allows the user to control and operate the Battery Analyzer via a graphical interface on the computer. It also allows the monitoring and real-time visualization of the processed electrical signals that generate the battery analysis, which can be viewed as an Analysis Report.

Ele é um executável independente, que em uma realização opcional,poderá ser executado em um computador com arquitetura x86 (Intel, AMD), ouequivalente. Em uma realização opcional, a comunicação entre o Analisador(módulos MC e MB) e o software é feita por uma porta serial, emulada sobreuma porta USB do computador, seguindo um protocolo de comunicação.Escala de Estados de Saúde (SOH) da bateriaIt is a standalone executable which, in an optional embodiment, may run on a computer with x86 (Intel, AMD) architecture, or equivalent. In an optional embodiment, communication between the Analyzer (MC and MB modules) and the software is via a serial port, emulated over a computer USB port, following a communication protocol. Battery Health Status (SOH) Scale

No Analisador de Baterias o valor do SOH obtido da análise da bateria éapresentado em unidade de porcentagem, e estados ou escalasclassificatórias são construídas abrangendo intervalos de valores de SOH, detal forma que possam ser usados para classificação de uma bateria e/ou paratriagem em lotes de baterias. Os intervalos de SOH dos estados classificatóriospodem ser alterados na presente invenção, de acordo com a utilização a serfeita, portanto a escala abaixo é apresentada apenas como uma realizaçãoopcional da presente invenção.In the Battery Analyzer, the SOH value obtained from the battery analysis is presented in percentage units, and status or rating scales are constructed covering ranges of SOH values, which can be used for battery classification and / or paratriation in batches. batteries. The SOH ranges of the classification states may be altered in the present invention according to the use to be made, so the scale below is presented only as an optional embodiment of the present invention.

A escala de estado/classificação mostrada abaixo foi construídaconsiderando que baterias com SOH tendo valores abaixo de 70% não sãomais adequadas para operar regularmente um telefone celular.The state / rating scale shown below has been constructed considering that batteries with SOH below 70% are no longer suitable for operating a mobile phone regularly.

ESTADO/CLASSIFICAÇÃO INTERVALO DE SOHSOH INTERVAL STATE / CLASSIFICATION

BateriaEXCELENTE 100%Battery EXCELLENT 100%

Bateria ÓTIMA 85% a 99%<table>table see original document page 28</column></row><table>GREAT Battery 85% to 99% <table> table see original document page 28 </column> </row> <table>

Ao fim da análise da bateria o resultado é apresentado no display doMódulo de Análise informando o estado da bateria, conforme a classificaçãoacima ou na tela do computador, quando operado no modo "Controle PC".At the end of the battery analysis the result is displayed on the Analysis Module display informing the battery status according to the above rating or on the computer screen when operated in "PC Control" mode.

Relatório da Análise da BateriaBattery Analysis Report

Quando operado na configuração "Controle PC" o Analisador de bateriaspode emitir um Relatório que serve como laudo técnico da análise da bateria.Em uma configuração opcional o Relatório da Análise da Bateria contémcampos estruturados com as seguintes informações:When operated in the "PC Control" configuration the Battery Analyzer may issue a Report that serves as the Battery Analysis Technical Report. In an optional configuration the Battery Analysis Report contains structured fields with the following information:

Resultado da análiseAnalysis result

• Marca da bateria• Battery brand

• Modelo da bateria• Battery model

• Código serial da bateria• Battery serial code

• Texto da etiqueta da bateria• Battery tag text

Nome do operador da análiseAnalysis Operator Name

• Data e hora do início da análise• Date and time of analysis start

• Data e hora do término da análise• Analysis end date and time

• Carga nominal da bateria• Rated battery charge

• Carga inserida da bateria• Inserted battery charge

Carga extraída da bateriaBattery extracted charge

• Carga extraída à 3,6 Volts da bateria• Charged at 3.6 volts battery

• Carga inserida em relação a carga nominal em percentual• Load entered in relation to nominal load in percent

• Carga extraída em relação a carga nominal em percentual• Load extracted relative to nominal load in percent

• Carga extraída à 3,6 Volts em relação a carga nominal em percentual• Load extracted at 3.6 Volts in relation to nominal load in percent

O Relatório contém ainda seis (6) gráficos exibidos em tempo real aolongo da análise da bateria, assim estruturados:The Report also contains six (6) graphs displayed in real time along with the battery analysis, structured as follows:

• Voltagem da bateria em Volts [V]• Battery voltage in Volts [V]

• Temperatura da bateria em graus Celsius [0C]• Corrente de carregamento aplicada sobre a bateria em miliampére [mA]• Battery temperature in degrees Celsius [0C] • Charging current applied over battery in milliamps [mA]

• Corrente de descarga aplicada sobre a bateria em miliampére [mA]• Discharge current applied to the battery in mA [mA]

• Carga inserida na bateria em miliampére hora [mAh]• Battery charge inserted in milliampere hour [mAh]

• Caraga extraída da bateria em miliampére hora [mAh]• Battery extracted in milliampere hour [mAh]

O Relatório conta ainda com campos para assinaturas, data e horário dageração do Relatório.The Report also has fields for subscriptions, date and time of the Report.

Quando operado na configuração "Controle Manual" o Analisador debaterias apresenta os resultados da análise no Display do MC. Em umaconfiguração opcional o resultado da análise contém campos estruturados comas seguintes informações:When operated in the "Manual Control" setting the Debate Analyzer displays the analysis results on the MC Display. In an optional configuration the result of the analysis contains fields structured with the following information:

Qd_tot/Qnom: dando o resultado da razão entre a carga extraída dabateria até 3,0 V e a carga nominal da bateria analisada.Qd_tot / Qnom: giving the result of the ratio between the extracted battery charge up to 3.0 V and the rated battery charge analyzed.

Qd_3,6V/Qnom: dando o resultado da razão entre a carga extraída emuma descarga até 3,6 V e a carga nominal da bateria analisada.Qd_3,6V / Qnom: Giving the result of the ratio between the charge extracted in a discharge up to 3.6 V and the nominal charge of the analyzed battery.

Estado: indica o "estado" da bateria conforme a Escala de Estados daBateria e Tabela de Estado/Classificação, descritas acima.Status: Indicates the "status" of the battery according to the Battery State Scale and Status / Rating Table described above.

Os exemplos mostrados a seguir têm o intuito somente de mostraralgumas das inúmeras maneiras de se realizar a invenção, contudo sem limitaro escopo das suas aplicações e usos.The examples shown below are intended only to show some of the numerous ways of carrying out the invention, but without limiting the scope of its applications and uses.

Exemplo 1 - Análise de baterias de Ni-HM e Ni-Cd (Figura 25)Example 1 - Ni-HM and Ni-Cd Battery Analysis (Figure 25)

Segmento A da figura, descarregamento: como a voltagem inicial dabateria em análise é maior que 3,0 V é feita uma descarga da bateria, no modocorrente constante (negativa), à taxa de 1C, até a voltagem da bateria cair para3,0 V. Se a voltagem inicial da bateria for igual ou menor que 3,0 V, a análisesegue diretamente para o segmento B.Segment A of the figure, discharge: As the starting voltage of the battery under analysis is greater than 3.0 V, the battery is discharged at constant (negative) current at 1C until the battery voltage drops to 3.0 V If the initial battery voltage is 3.0 V or less, analysis proceeds directly to segment B.

Segmento B, carregamento: realizado à corrente constante (positiva), àtaxa de 1 C, e é aplicada até que a temperatura da bateria atinja 50 0C ou AVatingir 300 mV negativo, o que ocorrer primeiro.Segment B, charging: carried at constant current (positive) at 1 ° C, and is applied until the battery temperature reaches 50 ° C or reaches 300 mV negative, whichever comes first.

Segmento C, descarregamento: realizado à corrente constante negativa,na taxa de 1 C até a voltagem da bateria atingir 3,6 V (modo CC), que é entãoautomaticamente mantida constante neste valor de voltagem (modo CV) atéque a corrente da bateria diminua para um valor mínimo, que é entãoautomaticamente mantida constante neste valor de corrente (modo CC) até quea voltagem da bateria decresça para 3,0 V, quando então o processo dedescarga termina. O valor da corrente mínima é escolhido conforme o aparelhoa que se destina a bateria. No caso dos telefones celulares o valor destacorrente é de 180 nriA, pois este é o menor valor de corrente necessária paraoperá-los.Segment C, discharging: performed at negative constant current at a rate of 1 C until battery voltage reaches 3.6 V (DC mode), which is then automatically kept constant at this voltage value (CV mode) until battery current decreases. to a minimum value, which is then automatically kept constant at this current value (DC mode) until the battery voltage decreases to 3.0 V when the discharge process ends. The minimum current value is chosen according to the device intended for the battery. In the case of mobile phones the outstanding value is 180 nriA, as this is the lowest current value required to operate them.

Exemplo 2 - Análise de baterias de íon-lítio (Figura 26)Segmento A da figura, descarregamento: como a voltagem inicial dabateria em análise é maior que 3,0 V é feita uma descarga, no modo correnteconstante (corrente negativa), à taxa de 0,9C, até a voltagem da bateria cairpara 3,0 V, quando então o processo vai automaticamente para o segmento B.Se a voltagem da bateria a ser analisada for menor que 3,0 V a processo partedo segmento B.Example 2 - Lithium-Ion Battery Analysis (Figure 26) Segment A of the Figure, Discharge: As the starting voltage of the battery under analysis is greater than 3.0 V, a discharge in the constant current (negative current) mode is performed at the rate 0.9C until the battery voltage drops to 3.0 V, then the process automatically goes to segment B. If the battery voltage to be analyzed is less than 3.0 V to the segment B process.

Segmento B, carregamento: realizado em corrente constante positiva(modo CC), à taxa de 0,7C até a voltagem da bateria atingir 4,2 V, quandoentão ela é mantida neste valor de voltagem (modo CV) até a corrente dabateria decair para 0,07C.Segment B, charging: performed at positive constant current (DC mode) at a rate of 0.7C until the battery voltage reaches 4.2 V, then it is maintained at this voltage value (CV mode) until the battery current drops to 0.07C.

Segmento C, descarregamento: realizado à corrente constante na taxade 0,7C até a voltagem da bateria atingir 3,6 V (modo CC) quando então avoltagem é mantida constante neste valor (modo CV) até que a corrente dabateria decresça para um valor mínimo (definido segundo o aparelho para oqual se destina a bateria), esta corrente é então automaticamente mantidaconstante (modo CC) até que a voltagem da bateria caia até 3,0 V.Segment C, discharge: realized at constant current at 0.7C rating until battery voltage reaches 3.6 V (DC mode) when then voltage is kept constant at this value (CV mode) until the battery current decreases to a minimum (set according to the device for which the battery is intended), this current is then automatically maintained constant (DC mode) until the battery voltage drops to 3.0 V.

Os versados na arte valorizarão os conhecimentos aqui apresentados epoderão reproduzir a invenção nas modalidades apresentadas e em outrosvariantes, abrangidos no escopo das reivindicações anexas.Those skilled in the art will appreciate the knowledge presented herein and may reproduce the invention in the embodiments disclosed and in other embodiments within the scope of the appended claims.

Claims

1. Rechargeable battery performance analysis, sorting and / or restoration equipment comprising: (a) Control Module comprising means for coordinating the operation of the Battery Analysis Module; and b) Battery Analysis Module, where a) and b) are modular structures that enable the coupling of one or more Battery Analysis Modules to each Control Module.

Equipment according to claim 1, characterized in that it comprises a sound, visual and / or tactile interface for interaction with users.

Equipment according to claim 1 or 2, characterized in that said Battery Analysis Module comprises means for carrying out battery charging, discharging, analysis and restoration procedures.

Equipment according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises means for discriminating the type and type of battery prior to charging, discharging, analysis and restoration.

Equipment according to claims 3 and 4, characterized in that it comprises means for charging, discharging, analyzing and restoring batteries selected from the group comprising batteries of: Nickel metal hydride; Nickel Cadmium; lithium ion; polymeric lithium ion, or combinations thereof.

Equipment according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it comprises means for selecting the battery in the "used" or "new" options.

Equipment according to claim 4 or 5, characterized in that it comprises means for recovering the performance of the nickel metal hydride (Ni-HM) and / or nickel cadmium (Ni-Cd) batteries in the event of memory effect.

Equipment according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it comprises means for monitoring, treating, digitizing, processing and / or storing battery parameters, such as make, model, temperature, current evolution.

Equipment according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it comprises means for classifying batteries according to the states: Excellent Battery, Optimal Battery, Good Battery, Regular Battery and Bad Battery.

Equipment according to any one of claims 1 to 9, characterized in that it comprises means for operating in "PC Mode" settings via a microcomputer or in "Manual Mode" without the need for a microcomputer.

Equipment according to claim 10, characterized in that it has software specially developed for its operation.

Equipment according to claims 9 to 11, characterized in that it can generate Report and / or Technical Report when operated in "PC mode".

13. Battery performance analysis and / or restoration method characterized in that it comprises the following steps: (a) discharging the battery to a predetermined voltage; (b) charging the battery to full charge; and c) battery discharge up to Vd.

Method according to Claim 13a), characterized in that it comprises an initial discharge step up to the predetermined voltage Vdl in case of residual battery voltage used, or an initial charging step according to claim 13b) in a new battery case.

Method according to Claim 13c), characterized in that it comprises means for discharging and analyzing battery performance through three sequential modes: DC (direct current), CV (direct voltage) and DC (direct current).

A method according to claim 13, further comprising an optional final battery charging step.

Method according to claim 13, characterized in that it comprises obtaining data for monitoring battery parameters selected from the group comprising: temperature; current and / or voltage over time.

Method according to claim 13, characterized in that it enables the recovery of batteries impaired by the memory effect.

The method according to claim 15, wherein the indication of the state of health of the battery referred to in claim 9 is conducted by assessing the quotient between the extracted charge as per the nominal charge capacity of the battery. battery multiplied by -100.

Method according to claim 19, characterized in that the extracted charge for the indication of the battery's health is conducted by the mathematical integral of the current curve χ time obtained in the discharge of the battery, discharged from its maximum charge to the potential of 3. , 6 V.

Method according to claims 9, 19 and 20, characterized in that it allows a battery rating scale according to the health status range, on the scales: Excellent Battery - 100% health status; Battery Optimum - health status between 85 and 99%; Battery Good - health status between 70 and 84%; Regular Battery - health status between 50 and 69% and Bad Battery - health status less than -50%.

Method according to claim 21, characterized in that it allows sorting in batches of discarded batteries, classifying it according to their state of health.