ES2225928T3 - Metodo para determinar el estado actual de carga, de una unidad de almacenamiento de energia. - Google Patents

Metodo para determinar el estado actual de carga, de una unidad de almacenamiento de energia.

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ES2225928T3 ES97122363T ES97122363T ES2225928T3 ES 2225928 T3 ES2225928 T3 ES 2225928T3 ES 97122363 T ES97122363 T ES 97122363T ES 97122363 T ES97122363 T ES 97122363T ES 2225928 T3 ES2225928 T3 ES 2225928T3
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Abstract

EL METODO CONSISTE EN LAS FASES SIGUIENTES: SE ADQUIEREN UNA PLURALIDAD DE PARES DE VALORES DE TENSION/CORRIENTE (V SUB,I , I I ); SE DETERMINA UNA CURVA (V(I)) QUE INTERPOLA LOS PARES DE VALORES DE TENSION/CORRIENTE (V I , I I ) QUE DEFINE UNA CARACTERISTICA DE TENSION/CORRIENTE OPERATIVA ACTUAL (V(I)) DE LA UNIDAD DE ALMACENAMIENTO; SE SUBDIVIDE UN GRAFICO DE LAS CARACTERISTICAS DE TENSION/CORRIENTE DE LA UNIDAD DE ALMACENAMIENTO EN UNA PLURALIDAD DE VENTANAS DE REFERENCIA CADA UNA DE ELLAS ASOCIADA A UN ESTADO DE CARGA DE REFERENCIA CORRESPONDIENTE ( RH 0 - RH 8 ) DE LA UNIDAD DE ALMACE NAMIENTO ANTEDICHA; SE TRAZA LA CARACTERISTICA DE TENSION/CORRIENTE OPERATIVA ACTUAL (V(I)) SOBRE EL GRAFICO DE LAS CARACTERISTICAS DE TENSION/CORRIENTE; SE IDENTIFICA, ENTRE LAS VENTANAS DE REFERENCIA, UNA VENTANA DE REFERENCIA ESPECIFICA QUE CONTENGA LA CARACTERISTICA DE TENSION/CORRIENTE OPERATIVA ACTUAL (V(I)); SE DETERMINA, ENTRE LOS ESTADOS DE CARGA DE REFERENCIA (RH 0 - RH 8 ), UN ESTADO DE CARGA DE REFERENCIA ESP ECIFICO ( RH I , RH I+1 ) ASOCIADO A LA VENTANA DE REFERENCIA ESPECIFICA IDENTIFICADA; Y SE DETERMINA EL ESTADO DE CARGA ACTUAL ( RH 1,K ) DE LA UNIDAD DE ALMACENAMIENTO EN BASE AL ESTADO DE CARGA DE REFERENCIA ESPECIFICO ( RH I , RH I+1 ) MENCIONADO.

Description

Método para determinar el estado actual de carga, de una unidad de almacenamiento de energía.
La invención se refiere a un método, y un dispositivo, para determinar el estado actual de carga, de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica.
La invención se aplica de forma ventajosa, y no exclusiva, a la determinación del estado de carga de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica, constituida por la conexión en serie de una pluralidad de baterías, y usada en vehículos eléctricos, o híbridos, a los que la discusión que sigue hará referencia explícita sin, por ello, perder generalidad. Además, la discusión que sigue se referirá a la unidad de almacenamiento de energía eléctrica antes mencionada, mediante el uso del término genérico de batería, ya que varias baterías conectadas en serie son equivalentes a una sola batería, que tiene una salida de tensión, igual a la suma de los voltajes de salida de cada una de las baterías individuales mencionadas.
Se conoce métodos para determinar el estado de carga de una batería, y están basados en la medida de un parámetro correlacionado con el mencionado estado de carga, un método semejante se revela, por ejemplo, en el documento EP 0 637 754 A.
Uno de los parámetros que es ampliamente usado para determinar el estado de carga de una batería, es la resistencia interna instantánea de la mencionada batería, valor que está muy influido, tanto por la densidad de electrolitos y la temperatura interna, como por la edad de la batería y el tipo de electrodos presentes.
Este método está basado, sustancialmente, en la determinación de valores instantáneos de la tensión y la corriente suministradas por la batería, por medio de los cuales se hace después un cálculo del valor instantáneo de la resistencia interna de la batería, opcionalmente reprocesado, para tener en cuenta los efectos ligados a los parámetros mencionados arriba. El resultado obtenido de este modo está, por lo tanto, sensiblemente influido por las condiciones dinámicas de uso de la mencionada batería, y varía rápidamente según los rendimientos demandados, del vehículo de motor, dando así pié a indicaciones variables y contradictorias, que desorientan al conductor, que tiende así a ignorar tales indicaciones.
Se ha propuesto métodos para determinar el estado de carga de una batería basados en modelos matemáticos de la descarga de una batería de intensidad constante, para remediar este inconveniente.
Estos métodos tienen, sin embargo, la desventaja de suministrar indicaciones del estado de carga de la batería, que no son muy fiables, puesto que, como usan modelos matemáticos, no tienen en cuenta el comportamiento dinámico de la propia batería, y son por lo tanto imprecisos y, en ocasiones, no fiables.
El objetivo de la invención es producir un método que proporcione indicaciones fiables sobre el estado de carga de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica, que sean proporcionadas de una forma sencilla y económica.
Según la invención, se produce un método para determinar el estado actual de la carga de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica, que comprende, en combinación, la fases de:
- adquirir una pluralidad de pares de valores de tensión/corriente, que comprenden un valor instantáneo del voltaje generado por la mencionada unidad de almacenamiento, y un valor instantáneo correspondiente de corriente suministrada por la mencionada unidad de almacenamiento.
- determinar una curva interpolando los mencionados pares de valores de tensión/corriente, definiendo la mencionada curva de interpolación unas características actuales operativas de tensión/corriente, de la mencionada unidad de almacenado;
- subdividir un gráfico de las características de tensión/corriente de la mencionada unidad de almacenamiento, en una pluralidad de ventanas de referencia, cada una asociada con un estado de referencia correspondiente de carga, de la unidad de almacenamiento;
- asociar la mencionada característica actual operativa de tensión/corriente, con el mencionado gráfico de las características de tensión/corriente;
- identificar, de entre las mencionadas ventanas de referencia, una ventana de referencia que contenga la característica de tensión/corriente actual operativa;
- determinar, de entre los mencionados estados de carga de referencia, un estado de carga de referencia específico, asociado con la mencionada ventana de referencia específica; y
- determinar el mencionado estado de carga actual, de la mencionada unidad de almacenamiento, en base al mencionado estado de carga de referencia específico.
La invención se refiere, además, a un dispositivo para determinar el estado actual de carga de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica, que comprende, en combinación:
- medios de adquirir una pluralidad de pares de valores de tensión/corriente, que comprenden, cada uno, un valor instantáneo de la tensión generada por la mencionada unidad de almacenamiento, y un valor instantáneo correspondiente de la corriente suministrada por la mencionada unidad de almacenamiento;
- medios para calcular una curva de interpolación de los mencionados valores instantáneos de tensión y corriente, definiendo la mencionada curva de interpolación una característica actual operativa de tensión/corriente, de la mencionada unidad de almacenamiento;
- medios para almacenar una pluralidad de ventanas de referencia, que subdividen un gráfico de las características de tensión/corriente, y cada uno asociado con una referencia del estado de carga correspondiente de la mencionada unidad de almacenamiento;
- medios para asociar la mencionada característica actual operativa de tensión/corriente, con el mencionado gráfico de las características de tensión/corriente;
- medios para identificar una ventana de referencia específica, de entre las mencionadas ventanas de referencia, que contiene la mencionada característica operativa de tensión/corriente;
- medios para asociar un estado de carga de referencia específico de la unidad de almacenamiento, asociado con la mencionada ventana de referencia específica identificada; y
- medios para determinar el actual estado de carga, en base a la mencionada referencia específica del estado de carga.
Para una mejor comprensión de la invención, se describirá ahora dos realizaciones específicas, exclusivamente a modo de ejemplo no exhaustivo, con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:
las figuras 1 y 2 son diagramas de cableado de circuitos equivalentes, de una batería;
la figura 3 es un diagrama del progreso de las resistencias de una batería, como una función del estado de carga de la mencionada batería;
las figuras 4 y 5 son características de tensión/corriente de la batería; y
las figuras 6 a 9 son diagramas de flujo, relativos a las dos realizaciones del método al que se refiere la invención.
Para describir el método acorde con la invención es necesario, en primer lugar, ilustrar brevemente el modelo eléctrico equivalente de una batería para, así, ser capaces de determinar, de modo preciso, cuales son los servicios operativos reales de la batería, en respuesta a las distintas tensiones.
La figura 1 muestra un circuito eléctrico equivalente de una batería, adecuado para describir el comportamiento de la batería durante ciclos de descarga y carga típicos, de vehículos eléctricos, y en la presencia de fenómenos que son lentamente variables en el tiempo con constantes temporales del orden de unos diez segundos.
El circuito eléctrico de la figura 1, denotado en su totalidad como 1, comprende un generador de tensión ideal 2, una primera resistencia eléctrica 3 conectada en serie al generador de tensión 2, y una impedancia 4 también conectada en serie al generador de tensión 2, y que consiste, a su vez, en una resistencia 5 y un condensador 6, conectados entre si en paralelo.
Los componentes eléctricos del circuito de la figura 1 implementan los distintos fenómenos electroquímicos que tienen lugar en una batería que se va a tomar como modelo. En particular, el valor de la fuerza electromotriz E, generado por el generador de tensión 2, está correlacionado con la densidad de electrolitos dentro de la batería, la resistencia R_{\Omega} de la primera resistencia eléctrica 3 está correlacionada con la resistencia de las conexiones de la batería, mientras que la resistencia R_{d} y la capacidad C_{d} de la segunda resistencia 5 y del condensador 6 están correlacionadas con el fenómeno de difusión de iones de electrolito y, en particular, con las caídas en la propagación de tales iones, desde el interior de la batería hacia los electrodos de la mencionada batería.
Además, como la resistencia R_{\Omega} de la primera resistencia 3, y la resistencia R_{d} de la segunda resistencia 5, son modelos de fenómenos electromagnéticos de la batería, son también funciones de un parámetro \rho, conocido por el término "Dod - Profundidad de descarga" ("Dod - Depth of discharge") de la batería, cuyo valor es indicativo del estado de carga de la batería; en particular, el parámetro \rho puede asumir cualquier valor entre 0, indicativo de una batería completamente cargada, y el 80%, indicativo de una batería completamente descargada, incluidos.
Un modelo de la batería, completamente equivalente al modelo mostrado en la figura 1, se muestra en la figura 2.
La figura 2 muestra un circuito eléctrico, denotado por 1', equivalente al circuito 1 de la figura 1, y sustancialmente idéntico a este. La única diferencia consiste en el hecho de que, los fenómenos de caída de la propagación de los iones del electrolito, desde el interior de la batería hacia los electrodos de la mencionada batería, están modelados exclusivamente por medio de la segunda resistencia 5 de resistencia R_{d}, a través de la cual, sin embargo, el valor instantáneo de la caída de tensión \DeltaV_{d} no es proporcional al valor instantáneo I de la corriente suministrada por el generador de tensión 2, sino que más bien es proporcional al valor medio I_{m} de esa corriente, mientras que el valor instantáneo de la caída de tensión \DeltaV_{\Omega} a través de la resistencia 3, permanece proporcional al valor instantáneo I de la corriente suministrada por el generador de tensión 2.
En particular, según este modelo tenemos:
\Delta V_{d} = R_{d} \cdot I_{m}
\Delta V_{\Omega} = R_{\Omega} \cdot I
Por lo tanto, el valor del voltaje de régimen entre los terminales de la batería, es:
1)V(t) = E - R_{d} \cdot I_{m} - R_{\Omega} \cdot I
donde el término \DeltaV_{\Omega} representa la caída de tensión debida a los conductores de la batería, mientras que el término \DeltaV_{d} representa el voltaje de difusión, o un término que tiende a moderar las variaciones repentinas en el voltaje de salida, debidas a los picos de corriente.
En particular, la ecuación 1) nos capacita para enfatizar el hecho de que, el valor del voltaje de régimen entre los terminales de la batería, depende no solo del valor instantáneo de la corriente suministrada por esta, sino también de su valor medio, y es sobre esta observación, sobre la que se basa el principio de la invención, de la manera que se describe con más detalle a continuación.
Por ejemplo, la figura 3 muestra un gráfico del progreso de la resistencia R_{\Omega} de la primera resistencia 3, y de la resistencia R_{d} de la segunda resistencia 5, como una función de la profundidad de descarga \rho de la batería, en el caso de una batería de plomo; la figura 3, también muestra el progreso de la resistencia total R_{tot} de la batería, como una función de la profundidad de descarga \rho de la mencionada batería.
Como puede verse en la figura 3, la resistencia total R_{tot} de la batería no progresa de un modo lineal, pero tiene una sección decreciente inicial para valores de \rho entre 0 y el 30% incluidos, una sección intermedia sustancialmente constante para valores de \rho entre el 30% y el 50% incluidos, y una sección final de incremento para valores de \rho entre el 50% y el 100% incluidos.
Las trayectorias de las resistencias de la figura 3, están también trazadas para valores de \rho superiores al 80% incluso, aunque se declare prohibido el uso la correspondiente batería con tales valores, como se describirá con más detalle más abajo.
También, la figura 4 muestra un gráfico en el que se ha trazado dos características de tensión/corriente de la batería, denotadas por las letras A y B, suministradas por el fabricante de la batería y, cada una de ellas, relacionada con un estado concreto de carga de la batería.
En concreto, las características A y B de tensión/corriente, cada una definida como el progreso del voltaje generado por la batería como una función de la corriente suministrada por este, en el curso del funcionamiento del vehículo, muestra la tradicional trayectoria de disminución monótona, según la corriente suministrada por esta aumenta, y se refiere a valores \rho de profundidad de descarga de la batería iguales al 60% y el 80%, respectivamente.
En detalle, las características de tensión/corriente A y B subdividen el gráfico de características de tensión/corriente en tres ventanas de referencia, cada una asociada con un estado de carga de la batería, y con un significado concreto para el uso de la batería:
- el área bajo la característica A (\rho menor que el 60%) define la área "operativa" de la batería, en que los puntos contenidos en ese área están definidos por pares de valores, de tensión/corriente de la batería, que son indicativos de un estado de carga de la batería suficiente, es decir que permiten un uso normal del vehículo;
- el área inclusiva entre las características A y B (\rho entre el 60% y el 80% incluidos), define al área de "reserva" de la batería, en la cual los puntos contenidos en el área están definidos por pares de valores, de tensión/corriente, indicativos de un estado de carga de la batería reducido, es decir, tal que es justo el suficiente para conducir el vehículo a una estación de recarga de energía eléctrica; y
- el área por debajo de la característica B (\rho mayor que el 80%) define el área "prohibida" de la batería, en la que los puntos contenidos en ese área están definidos por pares de valores, de tensión/corriente de la batería, indicativos de un estado de carga de la batería insuficiente, es decir tales como para desaconsejar cualquier uso adicional del vehículo, para no dañar la batería de forma irreparable.
La subdivisión del gráfico de características de tensión/corriente de la figura 4, en tres áreas indicativas del estado de carga de la batería, y el hecho enfatizado arriba de que el voltaje de régimen suministrado por la batería, también depende del valor medio de la corriente suministrada por esta, permite ahora dar una explicación del principio sobre el que está basada la invención.
De hecho, la invención se basa en el principio de adquirir una pluralidad de pares de valores de tensión/corriente de la batería, comprendiendo cada par un valor instantáneo de la tensión generada por la batería y una valor instantáneo que corresponde a la corriente suministrada por la mencionada batería; determinar una curva, interpolando los antes mencionados pares de valores de tensión/corriente, y definiendo una característica actual operativa de tensión/corriente de la unidad de almacenamiento; subdividir, como se muestra en la figura 5, el gráfico de la características de tensión/corriente, en una pluralidad de ventanas de referencia, cada una asociada con un estado de referencia correspondiente de carga de la batería; trazar la característica actual operativa de tensión/corriente, en el gráfico de las características de tensión/corriente de la figura 5; identificar una ventana de referencia específica, que contiene la característica actual operativa de tensión/corriente; determinar un estado de carga de referencia específico de la batería, asociado con la ventana de referencia específica identificada; y determinar el estado actual de carga de la batería, en base al estado específico de carga de la batería asociado con la ventana de referencia específica identificada.
En particular, la operación de subdividir el gráfico de las características de tensión/corriente en una pluralidad de ventanas de referencia, permite trazar una pluralidad de características de referencia de tensión/corriente, de la unidad de almacenamiento, en el gráfico de las características de tensión/corriente, cada una de las cuales está asociada con un valor de referencia, correspondiente de la profundidad de descarga de la unidad de almacenamiento.
Además, cada par de características de tensión/corriente adyacentes, delimita una de las respectivas, mencionadas, ventanas de referencia y, por lo tanto, la operación de determinar un estado de carga específico, asociado con la ventana de referencia específica que contiene la característica actual operativa de tensión/corriente, sirve para determinar el par de valores de referencia de la profundidad de descarga asociada con el par de características de tensión/corriente de referencia, delimitando tal ventana específica de referencia, y la operación de determinar el estado de carga actual de la batería, sirve para determinar una profundidad del valor de descarga, entre los mencionados valores de referencia de profundidad de descarga incluidos, y asociados con la característica actual operativa de tensión/corriente.
Según la invención, además, los valores de referencia de la profundidad de descarga que se emplean son, respectivamente, \rho_{0} = 0, \rho_{1} = 10%, \rho_{2} = 20%, \rho_{3} = 30%, \rho_{4} = 40%, \rho_{5} = 50%, \rho_{6} = 60%, \rho_{7} = 70% y \rho_{8} = 80%, y los pares de valores de tensión/corriente necesarios para determinar la característica de tensión/corriente operativa actual, se adquieren separadamente, en un intervalo de tiempo predeterminado Tc, por ejemplo 1 segundo.
Además, la característica de tensión/corriente actual operativa, es determinada después de haber adquirido un número de pares de valores de tensión/corriente, tal que para estos la cantidad de carga suministrada por la batería, desde el inicio de las operaciones para adquirir los pares de valores de tensión/corriente, es al menos igual a una cantidad predeterminada de carga, tal como 2 Ah (amperios hora), y el valor de esa carga puede ser calculado de forma conocida, por medio de una integral en el tiempo de la corriente suministrada por la batería.
Para obtener el valor de la profundidad de descarga de la batería, que permite que sea definido el estado de carga de la batería, es necesario llevar a cabo las operaciones descritas abajo, con referencia a los diagramas de flujo de las figuras 6-8, que se refieren a una primera realización preferida del método al que se refiere la invención, y son implementadas por una unidad de control del vehículo (no mostrada) de tipo conocido, a la que se hará referencia explícita abajo.
De acuerdo con las ilustraciones en las figuras 6 y 7, inicialmente la unidad repite una gran número de veces las operaciones descritas abajo, con referencia a los bloques 20-22, y cada una de las repeticiones se marcará con el subíndice "i".
En cada repetición i, la unidad adquiere, y almacena, un par de valores de tensión/corriente V_{i}, I_{i}, de la batería (bloque 20).
Después la unidad calcula, y almacena, la cantidad de carga Ah_{i} suministrada por la batería, entre el comienzo de las operaciones de adquisición y la repetición actual número i por medio de la siguiente ecuación (bloque 21):
2)Ah_{i} = Ah_{i-1} + \frac{I_{i} \cdot T_{c}}{3600}
en la que Ah_{i-1} es la cantidad de carga suministrada por la batería entre el comienzo de las operaciones y la repetición i-1, I_{i} es el valor instantáneo de la corriente suministrada por la batería en la repetición número i, y T_{c} es el tiempo de la muestra, es decir el intervalo de tiempo que pasa entre una adquisición y la siguiente.
Además, la ecuación 2) no es otra que una suma de la cantidad de carga suministrada por la batería entre el comienzo de las operaciones de adquisición, y la repetición número i.
La unidad compara, después, el valor de la cantidad de carga Ah_{i} calculada en la repetición número i, con un valor umbral predeterminado Ah_{0} (bloque 22).
Si el valor calculado de la cantidad de carga Ah_{i} es menor que el valor umbral predeterminado mencionado arriba Ah_{0} (salida NO del bloque 22), entonces la unidad lleva a cabo las operaciones descritas en los bloques 20 y 21 de nuevo, para adquirir y almacenar un nuevo par de valores de tensión/corriente, y para calcular un nuevo valor de cantidad de carga suministrada por la batería.
Si, por el contrario, el valor calculado de la cantidad de carga Ah_{i} es mayor que el valor umbral predeterminado antes mencionado Ah_{0} (salida SI del bloque 22), entonces la unidad determina, y almacena, una curva V(I) que interpola los pares de valores de tensión/corriente antes mencionados V_{i}, I_{i}, de la batería (bloque 23); en concreto esta curva de interpolación representa, debido al modo en que está construida, la característica de tensión/corriente actual operativa V(I) de la batería.
En concreto, la unidad determina la ecuación de una línea directa que interpola los pares de valores de tensión/corriente mencionados arriba V_{i}, I_{i}, por medio del método conocido de regresión lineal, basado en la minimización de la desviación cuadrática media, como se describe en detalle, por ejemplo, en "ELEMENTOS DE PROBABILIDAD Y ESTADÍSTICA" por Piero Galeotti - Levrotto & Bella 1983, Capítulo XVIII.6, páginas 408-409.
La unidad subdivide después un gráfico de características de tensión/corriente, tal como el de la figura 5, en una pluralidad de ventanas de referencia, cada una de las cuales está asociada con una par correspondiente de valores de referencia \rho_{i}, \rho_{i-1} de la profundidad de descarga de la batería (bloque 24). Cada par de valores de referencia \rho_{i}, \rho_{i-1} de la profundidad de descarga de batería, define así el estado de carga de la batería asociado con la respectiva ventana de referencia.
En concreto, como se ha descrito arriba, para subdividir el gráfico de las características de tensión/corriente en una pluralidad de ventanas de referencia, la unidad asocia con ese gráfico una pluralidad de características de referencia de tensión/corriente de la batería, denotadas en la figura 5 por V_{0}(I)-V_{8}(I), y representadas por una línea fina; además, las características de referencia de tensión/corriente V_{0}(I)-V_{8}(I) están, cada una, asociadas con un valor de referencia correspondiente \rho_{i}, \rho_{i+1}, de la profundidad de descarga de la batería y delimitan, en pares adyacentes V_{i}(I), V_{i+1}(I), una de las respectivas ventanas mencionadas.
Además, la unidad almacena tanto las características de tensión/corriente de referencia V_{0}(i)-V_{8}(I) de la batería, como las ventanas de referencia respectivas delimitadas por estas, en el gráfico de las características de tensión/corriente de la batería (bloque 24).
La unidad asocia, después, la característica actual operativa de tensión/corriente V(I), calculada en el bloque 23, con el gráfico de las características de tensión/corriente de la figura 5 (bloque 25); en esta figura, la característica de tensión/corriente operativa actual V(I) se denota por una línea fina, y la letra C.
En este punto, la unidad calcula un valor operativo asociado con la característica operativa de tensión/corriente V(I), y una pluralidad de valores de comparación, asociado cada uno con una característica de referencia de tensión/corriente V_{0}(i)-V_{8}(I) (bloque 26).
De acuerdo con una primera realización preferida, mostrada en la figura 8, la unidad calcula el valor operativo mencionado arriba, denotado por A, como la integral de la característica actual operativa de tensión/corriente V(I), entre unos límites de integración predeterminados primero y segundo (bloque 40), y cada uno de los valores de comparación antes mencionados, denotados por A_{0}-A_{8}, como la integral de una característica respectiva de referencia de tensión/corriente V_{0}(i)-V_{8}(I), entre los mencionado primero y segundo límites (bloque 41).
De este modo, los valores de comparación mencionados A_{0}-A_{8} están por lo tanto asociados cada uno con el valor \rho_{0}-\rho_{8} de la profundidad de descarga de la característica respectiva de referencia de tensión/corriente V_{0}(I)-V_{8}(I), y definen una secuencia de valores ordenados consecutivamente.
De acuerdo con esta realización, además, las integrales mencionadas están calculadas entre un valor de corriente cero, y un valor de corriente predeterminado como 50 A; en concreto, el segundo límite de integración es un valor determinado experimentalmente, y representa al valor medio de la corriente entregada por la batería, en el uso normal del vehículo en ciudad.
Con referencia de nuevo a las figuras 6 y 7, la unidad determina después, de entre la pluralidad mencionada de valores de comparación A_{0}-A_{8}, unos valores primero y segundo de comparación A_{i}, A_{i+1} consecutivos entre aquellos, y entre los que está incluido el valor A operativo, calculado en el bloque 26 (bloque 27).
En particular, de este modo, como se ha descrito arriba, la determinación de los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1} hace posible identificar, de entre las ventanas de referencia mencionadas, una ventana de referencia específica que contiene la característica actual operativa de tensión/corriente V(I).
La unidad determina después unos valores de referencia primero y segundo \rho_{i},\rho_{i+1}, de profundidad de descarga, asociados respectivamente con los valores los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1} (bloque 28). En concreto, de este modo, como se ha descrito arriba, la determinación de los valores de referencia primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1} de la profundidad de descarga, hace posible determinar un estado de carga específico de la batería, asociado con la ventana de referencia específica identificada.
La unidad compara después el valor operativo A, con los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1}, para determinar una relación operativa entre el valor operativo A, y los mencionados valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1}.
En particular, para determinar la relación operativa mencionada, la unidad subdivide el intervalo inclusivo entre los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1}, en una pluralidad de intervalos secundarios, cada uno de estos asociado con un valor de comparación respectivo A_{i,0}-A_{i,9}; los valores de comparación A_{i,0}-A_{i,9} están, por lo tanto, incluidos entre los mencionados valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1} (bloque 29). En el ejemplo descrito, el intervalo inclusivo entre los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1}, está subdividido en diez intervalos secundarios, que tienen el mismo tamaño, de forma que la subdivisión del intervalo es lineal.
Después, la unidad compara el valor operativo A con los valores de comparación A_{i,0}-A_{i,9} (bloque 30), y determina, de entre los valores de comparación A_{i,0}-A_{i,9}, un valor de comparación específico A_{i,k}, que es el más cercano al valor operativo A (bloque 31).
En concreto, la determinación de valor de comparación específico A_{i,k} más cercano al valor operativo A, hace posible así determinar la relación operativa mencionada, entre el valor operativo A y los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1}.
Después, la unidad subdivide el intervalo inclusivo, entre los valores de referencia primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1}, de la profundidad de descarga calculada en el bloque 28, en una pluralidad de intervalos secundarios, cada uno de estos asociado con un valor de subdivisión respectivo \rho_{i,0}-\rho_{i,9}; los valores de subdivisión \rho_{i,0}-\rho_{i,9} están, por lo tanto, incluidos entre los valores de referencia mencionados primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1}, de la profundidad de descarga (bloque 32). En el ejemplo descrito, el intervalo inclusivo entre los valores de referencia primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1} de la profundidad de descarga, está subdividido en diez intervalos secundarios, que tienen el mismo tamaño, de forma que la subdivisión del intervalo es lineal.
La unidad asocia después cada valor de comparación A_{i,0}-A_{i,9}, con un valor de subdivisión correspondiente \rho_{i,0}-\rho_{i,9} (bloque 33), y de entre los valores de subdivisión \rho_{i,0}-\rho_{i,9} determina un valor específico de subdivisión \rho_{i,k}, asociado con el valor de comparación específico A_{i,k} determinado en el bloque 31 (bloque 34).
En otras palabras, la unidad determina un valor operativo \rho de la profundidad de descarga, que tiene la relación operativa mencionada con los valores de referencia mencionados primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1} de la profundidad de descarga, de un modo similar al encontrado entre el valor operativo A, con el cual el valor operativo \rho de la profundidad de descarga está asociado, y los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1} con los cuales los valores de referencia primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1} de la profundidad de descarga están asociados.
El valor específico de división secundaria \rho_{i,k}, representa así el estado de carga actual de la batería, y se emplea para indicar el mencionado estado de carga al conductor, por medio, por ejemplo, de un indicador del índice, dispuesto en el cuadro del vehículo.
Además, la unidad compara el valor de subdivisión específico \rho_{i,k} calculado, con los valores umbral predeterminados, para determinar si la batería está en uno de los estados mencionados, "operativo", "reserva" o "prohibido", e indica la condición de "reserva" al conductor, por medio de la iluminación de una luz de alarma amarilla, y la condición de "prohibido", por medio de la iluminación de una luz de alarma roja, en el cuadro del vehículo.
En particular, la unidad verifica (bloque 356) si el valor de subdivisión específico \rho_{i,k} calculado, es mayor que un primer valor umbral \rho_{k0} igual al 60% (valor límite de la zona "operativa" de la figura 4).
Si \rho_{i,k} es menor que \rho_{k0} (salida NO del bloque 35), entonces la batería está en un estado de carga suficiente para el uso normal del vehículo, y la unidad no hace ninguna indicación concreta visible para el conductor, en otro caso, si \rho_{i,k} es mayor que \rho_{k0} (salida SI del bloque 35), entonces la batería está en un estado de carga insuficiente, y por lo tanto la unidad ordena la iluminación la luz de alarma roja en el tablero, que indica al conductor que la carga de la batería es tal como para avisar contra cualquier uso adicional del vehículo, para no dañar la batería más allá de lo reparable (bloque 36).
A continuación, la unidad (bloque 37) verifica si el valor de subdivisión específico \rho_{i,k} calculado, es mayor que un segundo valor umbral \rho_{k1} igual al 80% (valor límite de la zona de "reserva" de la figura 4).
Si \rho_{i,k} es menor que \rho_{k1} (salida NO del bloque 37), entonces la batería está solo en un estado de carta reducido (reserva) pero no en un estado de carga insuficiente (prohibido) y por lo tanto la unidad no hace ninguna indicación adicional al conductor, en otro caso, si \rho_{i,k} es mayor que \rho_{k1} entonces (salida SI del bloque 37), entonces la batería está en un estado de carga insuficiente y por lo tanto la unidad controla la iluminación de la luz roja de alarma en el cuadro, lo que indica al conductor que la carga de la batería es tal como para avisar contra cualquier uso adicional del vehículo para no dañar la batería más allá de lo reparable (bloque 38).
Las operaciones descritas en los bloques 20-38 son, después, repetidas en una base cíclica, para actualizar la indicación del estado de carga de la batería.
La figura 9 muestra un diagrama de flujo referido a una segunda realización, empleada para calcular el valor operativo mencionado, descrito en el bloque 26 de la figura 6.
De acuerdo con esta segunda realización, la unidad calcula el valor operativo mencionado, denotado en la figura 9 mediante V(I_{m}), determinando primero un valor medio de corriente I_{m}, en base a los valores de corriente instantáneos I_{i}, de los pares de valores de tensión/corriente (V_{i}, I,) adquiridos (bloque 45).
Después la unidad determina un punto operativo V(I_{m}) de las características actuales operativas de tensión/corriente V(I), que corresponden al valor medio I_{m}, lo que define el valor operativo mencionado V(I_{m}) asociado con la característica actual operativa de tensión/corriente V(I) (bloque 46), y una pluralidad de puntos de comparación V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m}) de las características de referencia de tensión/corriente V_{0}(I)-V_{8}(I), que corresponden al valor medio I_{m}, que define los valores de comparación mencionados V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m}), asociado cada uno con una característica respectiva de referencia de tensión/corriente V_{0}(I)-V_{8}(I) (bloque 47).
En este punto, la unidad lleva a cabo las operaciones descritas con referencia a los bloques 27-38 de las figuras 6 y 7, en las que, sin embargo, se emplea el valor operativo V(I_{m}), los valores de referencia V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m}), y los valores de comparación V_{i,0}(I_{m})-V_{i,9}(I_{m}), respectivamente, en lugar del valor operativo A, los valores de referencia A_{0}-A_{8}, y los valores de comparación A_{i,0}-A_{i,9}.
Las ventajas del método son las siguientes.
En primer lugar, el método acorde con la invención está basado en la determinación de una característica de tensión/corriente actual operativa V(I) de la batería, obtenida por medio de la adquisición de una pluralidad de valores instantáneos de tensión y corriente V_{i}, I_{i}, de la mencionada batería, y el cálculo de una regresión lineal de tales valores instantáneos. Esto permite que las variaciones instantáneas de tensión y corriente de la batería, sean promediadas, y que sean suministradas las indicaciones de estado de carga actual de la batería, de tal forma que sean fiables por cuanto que no están basadas en valores instantáneos de tensión y corriente.
Además, la característica actual operativa de tensión/corriente de la batería, determinada según el método, permite que se tenga en cuenta, en las indicaciones entregadas al conductor, no solo del comportamiento dinámico de la batería, sino también la temperatura de uso y la edad de la mencionada batería.
De hecho, el efecto de la temperatura en la característica de tensión/corriente, es mover la mencionada característica y, en concreto, en el caso de temperatura extremadamente baja, mover la característica de tensión/corriente de la figura 5 hacia abajo, y que por lo tanto el conductor sea notificado de un estado de carga actual de la batería, que es menor que el estado interno de la mencionada batería, precisamente debido a que, a esa temperatura, la batería no es capaz de proporcionar los servicios correspondientes a su estado interno de carga.
Una valoración similar puede hacerse, no solo en lo relativo al efecto de la edad de la batería, sino también en relación a cualquier otro efecto secundario en la batería, como es la oxidación de los terminales que conectan la batería al vehículo, una pérdida de sus conexiones, cualquier defecto intrínseco en la mencionada batería, etc.
Además, la característica de tensión/corriente operativa de la batería, determinada según el método, permite que se tenga en cuenta la recarga de la batería que tiene lugar durante una maniobra de frenado del vehículo, durante la cual la batería no suministra corriente, sino que la absorbe.
En este caso, de hecho, el estado de carga interno de la batería se incrementa, y el propio efecto de esta recarga se manifiesta en la característica actual operativa de tensión/corriente, por medio de un movimiento de la mencionada característica hacia arriba, y por tanto el conductor es informado de un estado de carga actual mayor.
Finalmente, el método acorde con la invención puede ser aplicado para la determinación de estado de carga actual de cualquier tipo de unidad de almacenamiento de energía, empleada en cualquier campo tecnológico.
Finalmente, será evidente que puede introducirse modificaciones y variaciones sobre el método descrito e ilustrado aquí, sin por ello apartarse del alcance protector de la invención, según está definido en las reivindicaciones.
Por ejemplo, el número de características de referencia de tensión/corriente V_{0}(I)-V_{8}(I), que subdividen al gráfico de las características, podría ser diferente respecto del descrito, y los valores de comparación [A_{i,0}-A_{i,9}] en los que el intervalo inclusivo entre los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1} está subdividido, y los valores de subdivisión \rho_{i,0}-\rho_{i,9} en los que el intervalo inclusivo entre el valor de referencia primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1} de la profundidad de descarga está subdividido, podría ser diferente en número respecto del descrito.
Además, los intervalos secundarios en los que los intervalos inclusivos entre los valores de comparación primero y segundo A_{i}, A_{i+1} y entre los valores de referencia primero y segundo \rho_{i}, \rho_{i+1} de la profundidad de descarga, están subdivididos, podrían no tener el mismo tamaño, de forma que la subdivisión de tales intervalos podría no ser lineal.

Claims (10)

1. Un método para determinar el estado actual de carga, de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica, que comprende, en combinación, las fases de:
- adquirir una pluralidad de pares de valores de tensión/corriente (V_{i}, I_{i}), que comprenden cada uno un valor instantáneo de tensión (V_{i}) generado por la mencionada unidad de almacenamiento, y un correspondiente valor instantáneo de la corriente (I_{i}) suministrada por la mencionada unidad de almacenamiento;
- determinar una curva (V(I)), interpolando los mencionados pares de valores de tensión/corriente (V_{i}, I_{i}), definiendo la mencionada curva de interpolación, una característica actual operativa de tensión/corriente (V(I)), de la mencionada unidad de almacenamiento;
- subdividir un gráfico de las características de tensión/corriente de la mencionada unidad de almacenamiento, en una pluralidad de ventanas de referencia, asociada cada una con un estado de carga de referencia correspondiente (\rho_{i}, \rho_{i+1}) de la unidad de almacenamiento;
- asociar la mencionada característica actual operativa de tensión/corriente (V(I)), con el mencionado gráfico de las características de tensión/corriente;
- identificar, de entre las mencionadas ventanas de referencia, una ventana de referencia que contiene la mencionada característica (V(I)) actual operativa de tensión/corriente;
- determinar, entre los mencionados estados de carga de referencia (\rho_{0}-\rho_{8}), un estado de carga de referencia específico (\rho_{i}, \rho_{i+1}), asociado con la mencionada ventana de referencia específica identificada; y
- determinar el mencionado estado de carga actual (\rho_{i,k}), de la mencionada unidad de almacenamiento, en base al mencionado estado de carga de referencia específico (\rho_{i}, \rho_{i+1}).
2. Un método acorde con la reivindicación 1, caracterizado porque la mencionada fase de subdividir un gráfico de las características de tensión/corriente, comprende la fase de:
- asociar una pluralidad de características de referencia de tensión/corriente (V_{0}(I)-V_{8}(I)), de la mencionada unidad de almacenamiento, con el mencionado gráfico de características de tensión/corriente, estando cada una de las mencionadas características de referencia de tensión/corriente (V_{0}(I)-V_{8}(I)), asociada con un correspondiente estado de carga de referencia (\rho_{0}-\rho_{8}) de la unidad de almacenamiento, y delimitando cada par de características de referencia de tensión/corriente (V_{i}(I), V_{i+1}(I)) adyacentes, una ventana de referencia respectiva, de las mencionadas ventanas de referencia.
3. Un método acorde con la reivindicación 2, caracterizado porque la mencionada fase de identificación de una ventana de referencia específica, comprende las fases de:
- calcular un valor operativo (A; V(I_{m})), asociado con la mencionada característica actual operativa de tensión/co-
rriente (V(I));
- calcular una pluralidad de valores de comparación (A_{0}-A_{8}; V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})), cada uno asociado respectivamente con una, de las características mencionadas de referencia de tensión/corriente (V_{0}(I)-V_{8}(I)), estando cada uno de los mencionados valores de comparación (A_{0}-A_{8}; V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})) asociado, además, con el estado de carga de referencia (\rho_{0}-\rho_{8}), de la respectiva característica de referencia de tensión/corriente (V_{0}(I)-V_{8}(I)); y
- comparar el mencionado valor operativo (A; V(I_{m})), con los mencionados valores de comparación (A_{0}-A_{8}; V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})), para determinar el mencionado estado de carga actual (\rho_{i,k}) de la mencionada unidad de almacenamiento.
4. Un método acorde con la reivindicación 3, caracterizado porque la mencionada fase de calcular un valor operativo (A), comprende la fase de:
- calcular la integral de la mencionada característica actual operativa de tensión/corriente (V(I)), entre unos límites de integración primero y segundo predeterminados;
y porque la mencionada fase de cálculo de una pluralidad de valores de comparación (A_{0}-A_{8}), comprende la fase de:
- calcular la integral de cada una de las mencionadas características de referencia de tensión/corriente (V_{0}(I)-V_{8}(I)), entre los mencionados límites de integración primero y segundo predeterminados.
5. Un método acorde con la reivindicación 3, caracterizado porque la mencionada fase de calcular un valor operativo (V(I_{m})), comprende las fases de:
- calcular un valor promedio de corriente (I_{m}), en base a los mencionados valores de corriente instantáneos (I_{i}) de los mencionados pares de valores de tensión/corriente (V_{i}, I_{i});
- determinar un punto operativo (V(I_{m})) de la mencionada característica actual operativa de tensión/corriente (V(I)), que corresponde al mencionado valor medio de corriente (I_{m});
y porque la mencionada fase de calcular una pluralidad de valores de comparación (V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})), comprende la fase de:
- determinar, para cada una de las mencionadas características de referencia de tensión/corriente (V_{0}(I)-V_{8}(I)), un punto de referencia respectivo (V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})) que corresponde al mencionado valor medio de corriente (I_{m}).
6. Un método acorde con una de las reivindicaciones 3 a 5, caracterizado porque los mencionados valores de comparación (A_{0}-A_{8}; V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})) definen una secuencia de valores consecutivos ordenados, y porque la mencionada fase de comparar el mencionado valor operativo (A; V(I_{m})) con los mencionados valores de comparación (A_{0}-A_{8}; V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})), comprende los pasos de:
- determinar, entre la mencionada pluralidad de valores de comparación (A_{0}-A_{8}; V_{0}(I_{m})-V_{8}(I_{m})), al menos unos valores de comparación primero y segundo (A_{i}, A_{i+1}; V_{i}(I_{m}), V_{i+1}(I_{m})), consecutivos entre aquellos, y entre los que está incluido el mencionado valor operativo (A; V(I_{m}));
- determinar unos estados de carga de referencia primero y segundo (\rho_{i}, \rho_{i+1}), cada uno asociado con un valor respectivo, de los mencionados valores de comparación primero y segundo (A_{i}, A_{i+1}; V_{i}(I_{m}), V_{i+1}(I_{m}));
- comparar el mencionado valor operativo (A; V(I_{m})), con los mencionados valores de comparación primero y segundo (A_{i}, A_{i+1}; V_{i}(I_{m}), V_{i+1}(I_{m}));
- determinar una relación operativa, entre el mencionado valor operativo (A; V(I_{m})) y los mencionados valores de comparación primero y segundo (A_{i}, A_{i+1}; V_{i}(I_{m}), V_{i+1}(I_{m})); y
- determinar el mencionado estado de carga actual (\rho_{i,k}), en base a los mencionados estados de carga de referencia primero y segundo (\rho_{i}, \rho_{i+1}) y a la mencionada relación operativa.
7. Un método acorde con la reivindicación 6, caracterizado porque la mencionada fase de determinar una relación operativa, comprende las fases de:
- subdividir el intervalo inclusivo entre los mencionados valores de comparación primero y segundo (A_{i}, A_{i+1}; V_{i}(I_{m}), V_{i+1}(I_{m})), en una pluralidad de intervalos secundarios, asociados cada uno con un valor de comparación respectivo (A_{i,0}-A_{i9}; V_{i,0}(I_{m})-V_{i,9}(I_{m}));
- comparar al mencionado valor operativo (A; V(I_{m})), con los mencionados valores de comparación (A_{i,0}-A_{i9}; V_{i,0}(I_{m})-V_{i,9}(I_{m}));
- determinar, entre los mencionados valores de comparación (A_{i,0}-A_{i9}; V_{i,0}(I_{m})-V_{i,9}(I_{m})), un valor de comparación específico (A_{i,k}; V_{i,k}(I_{m})), que sea el más próximo al mencionado valor operativo ((A; V(I_{m}));
- subdividir el intervalo inclusivo entre los mencionados estados de carga de referencia primero y segundo (\rho_{i}, \rho_{i+1}), en una pluralidad de intervalos secundarios, asociados cada uno con un valor de subdivisión respectivo (\rho_{i,0}-\rho_{i,9});
- asociar cada uno de los mencionados valores de subdivisión (\rho_{i,0}-\rho_{i,9}), con un valor correspondiente, de los mencionados valores de comparación (A_{i,0}-A_{i9}; V_{i,0}(I_{m})-V_{i,9}(I_{m})); y
- determinar, de entre los mencionados valores de subdivisión (\rho_{i,0}-\rho_{i,9}), un valor de subdivisión específico (\rho_{i,k}) asociado con el mencionado valor de comparación específico (A_{i,k}; V_{i,k}(I_{m})), representando el mencionado valor de subdivisión específico (\rho_{i,k}) el estado de carga actual de la mencionada unidad de almacenamiento.
8. Un método acorde con la reivindicación 7, caracterizado porque comprende, además, las fases de:
- comparar el mencionado valor de subdivisión específico (\rho_{i,k}) con, al menos, un primer valor umbral predeterminado (\rho_{k0});
- indicar un estado de carga suficiente de la mencionada unidad de almacenamiento, siempre que el mencionado valor específico de subdivisión (\rho_{i,k}), sea menor que al mencionado primer valor umbral predeterminado (\rho_{k0}); e
- indicar al menos un estado de carga reducido, de la mencionada unidad de almacenamiento, siempre que el mencionado valor específico de subdivisión (\rho_{i,k}), sea mayor que el mencionado primer valor umbral predeterminado (\rho_{k0}).
9. Un método acorde con la reivindicación 8, caracterizado porque comprende además la fase de:
- comparar el mencionado valor de subdivisión específico (\rho_{i,k}), con un segundo valor umbral predeterminado (\rho_{k1}), siendo el mencionado segundo valor umbral predeterminado (\rho_{k1}), mayor que el mencionado primer valor umbral predeterminado (\rho_{k0}); e
- indicar un estado de carga insuficiente de la mencionada unidad de almacenamiento, siempre que el mencionado valor de subdivisión específico (\rho_{i,k}), sea mayor que el mencionado segundo valor umbral predeterminado (\rho_{k1}).
10. Un método para determinar el estado de carga actual, de una unidad de almacenamiento de energía eléctrica, que comprende, en combinación:
- medios para adquirir (2-22) una pluralidad de pares de valores de tensión/corriente (V_{i}, I_{i}), comprendiendo cada uno un valor instantáneo de la tensión (V_{i}) generada por la mencionada unidad de almacenamiento, y un correspondiente valor instantáneo de la corriente (I_{i}) entregada por la mencionada unidad de almacenamiento;
- medios (23) para calcular una curva (V(I)), interpolando los mencionados valores instantáneos de tensión y corriente (V_{i}, I_{i}), definiendo, la mencionada curva de interpolación, una característica actual operativa de tensión/
corriente (V(I)), de la mencionada unidad de almacenamiento;
- medios para almacenar (24) una pluralidad de ventanas de referencia, que subdividen un gráfico de características de tensión/corriente, y cada una asociada con un estado de carga de referencia correspondiente (\rho_{i}, \rho_{i+1}), de la mencionada unidad de almacenamiento;
- medios para asociar (25) la mencionada característica operativa actual de tensión/corriente (V(I)), con el mencionado gráfico de las características de tensión/corriente;
- medios para identificar (26, 26) una ventana de referencia específica, de entre las mencionadas ventanas de referencia, que contiene la mencionada característica operativa de tensión/corriente (V(I));
- medios para evaluar (28) un estado de carga de referencia específico (\rho_{i}, \rho_{i+1}), de la unidad de almacenamiento, asociado con la mencionada ventana de referencia específica identificada; y
- medios para determinar (29-38) el mencionado estado de carga actual (\rho_{k}), en base al mencionado estado de carga de referencia específico (\rho_{i}, \rho_{i+1}).
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