ES2307850T3 - Procedimiento para la supervision de la carga residual de una bateria. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la determinación de la cantidad de carga (Q Rest) que todavía se puede extraer de una batería de almacenamiento con los pasos: - Medición de valores de corriente (Ii) y valores de tensión (Ui) en al menos dos instantes temporales (tI) de una respuesta de tensión de la batería de almacenamiento en uno o varios pulsos de corriente, obteniéndose por instante temporal (t I) una pareja de valores de tensión/corriente (U i, I i); caracterizado por los siguientes pasos: - para una secuencia de pulsos de corriente, respectivamente, conformación de las diferencias de corriente (DeltaI ij = Ii - Ij) de dos valores de corriente (Ii) y de las diferencias de tensión (DeltaUij = Ui - Uj) de dos valores de tensión, respectivamente (DeltaUi), - cálculo de una cantidad de cocientes diferencia ((DeltaU/DeltaI) ij), respectivamente, como cociente de una diferencia de tensión y de la diferencia de corriente asignada ((DeltaU/DeltaI)ij = DeltaUij/DeltaIij), - conformación del parámetro de resistencia diferencia (RD) a partir de la cantidad de los cocientes de diferencias (Ver fórmula) - determinación de la cantidad de carga (QRest) que se puede extraer todavía de la batería de almacenamiento a partir del parámetro de resistencia diferencia (RD) por medio de una función prefijada o una tabla de valores almacenada para la definición de la relación entre las cantidades de carga (Q Rest) y los parámetros de resistencia diferencia (RD).
Description
Procedimiento para la supervisión de la carga
residual de una batería.
La invención se refiere a un procedimiento para
la determinación de la cantidad de carga que todavía se puede
extraer de una batería de almacenamiento.
La invención se refiere además a una batería de
almacenamiento con medios de medición y medios de evaluación
controlados por procesador para la realización del
procedimiento.
Mediante la utilización de baterías de
acumulación recargables, en particular en el caso del funcionamiento
de descarga y de carga, se produce un desgaste. Además también hay
otras condiciones de funcionamiento que aceleran el desgaste de
acumuladores de energía. Entre éstas se encuentra, por ejemplo, en
el caso de un acumulador de plomo, todo el tiempo de
funcionamiento, es decir, todo el tiempo transcurrido desde la
puesta en funcionamiento incluyendo los periodos en los que el
acumulador no ha sido admitido eléctricamente. Este desgaste se ve
reforzado aún más a través de temperaturas elevadas. Las
temperaturas elevadas, sin embargo, pueden acelerar no sólo el
desgaste durante los periodos sin admisión eléctrica, sino también
el desgaste ocasionado por medio del funcionamiento cíclico de
carga y descarga.
En una batería de almacenamiento, el desgaste se
expresa, entre otras cosas, en una reducción de la capacidad de
almacenamiento para carga eléctrica, de manera que no se puede
determinar de manera sencilla el volumen de carga que se puede
extraer partiendo del estado de carga completa.
La cantidad de energía Q_{Rest} que se puede
extraer de la batería de almacenamiento es, en este caso, la
cantidad de carga que todavía se puede extraer de la batería de
almacenamiento partiendo del estado actual. En el estado nuevo de
la batería de almacenamiento, la suma de la cantidad de carga
extraíble y de la cantidad de carga descargada es la capacidad de
almacenamiento en el estado nuevo.
La capacidad de almacenamiento en el estado
nuevo es la capacidad de almacenamiento real de un acumulador de
energía nuevo sin usar.
La cantidad de carga descargada es la cantidad
de carga que ha de ser extraída de una batería de acumulación
partiendo del estado completamente cargado bajo condiciones
nominales para conseguir el estado de carga actual.
Como capacidad de almacenamiento actual se
define la cantidad de carga, expresada en Ah, que se puede extraer
a un almacenamiento de energía totalmente cargado según las
prescripciones bajo condiciones nominales. Esta magnitud varía con
la duración del servicio, por lo general, con una tendencia
descendente.
Como capacidad de almacenamiento nominal se
define el valor nominal de la capacidad de almacenamiento que da el
fabricante de la batería de almacenamiento. Bajo el concepto de
reducción de la capacidad de almacenamiento se entiende la
diferencia entre la capacidad de almacenamiento actual y la
capacidad de almacenamiento en el estado nuevo.
En la patente US 5.721.688 se describe un
dispositivo y un procedimiento para la medición de parámetros
eléctricos de un sistema de suministro de energía con un
dispositivo de medición de la tensión, una fuente o sumidero de
corriente controlable y un microcomputador. Con la ayuda del
microcomputador se controla la fuente de corriente o el sumidero de
corriente de tal manera que se aplica al menos un perfil de
corriente determinado en el sistema de suministro de energía. Con
el dispositivo de medición de la tensión se mide entonces la
respuesta de tensión al perfil de corriente, y a partir de ello se
determina un parámetro eléctrico, siendo uno de los parámetros al
menos la resistencia interna del sistema de suministro de energía.
La resistencia interna se determina a partir de la diferencia de
tensión de la caída de tensión en la resistencia en condiciones de
prueba y de la caída de tensión al superponer la corriente que
fluye en el estado de funcionamiento con una corriente de
prueba.
En la patente US 5.572.136 se describe un
dispositivo electrónico para la prueba de baterías de
almacenamiento, con el que se aplica una corriente variable con el
tiempo relativamente pequeña a una batería de almacenamiento y se
observa la respuesta de tensión dependiente del tiempo de la batería
de acumulación. Con la ayuda de un microprocesador se determina a
partir de la respuesta de tensión la conductividad de la batería de
almacenamiento. Además, el nivel observado de la respuesta de
tensión se puede comparar con un valor de referencia para derivar
una valoración de la calidad de la batería de acumulación. En este
caso se registra y se evalúa la evolución de la respuesta de
tensión. Esto es relativamente costoso, y lleva a imprecisiones en
la derivación de un parámetro comparable.
En el documento DE9321638U1 se describe un
probador de baterías para la prueba de una batería de almacenamiento
electroquímica, que presenta un parámetro dinámico (conductancia o
resistencia). El probador de la batería tiene medios para la
medición de este parámetro dinámico. Además se mide la tensión en
circuito abierto, y el valor del parámetro dinámico medido se
corrige tomando como referencia el estado de carga por medio de la
adaptación a la tensión en circuito abierto.
\newpage
En la patente US 5.680.050 se describe un
procedimiento para el reconocimiento del estado de la batería, en
el que se determina un valor de corrección basado en una corriente
de descarga media para un periodo de tiempo que es mayor que el
periodo de tiempo que lleva la polarización de descarga a un estado
estacionario. La capacidad de la batería de almacenamiento en
estado totalmente cargado se multiplica con el valor de corrección y
con el consumo de energía de la batería y se sustrae de la
capacidad disponible de descarga para la determinación de una
capacidad de reserva disponible.
El procedimiento y los dispositivos descritos
anteriormente sirven para la determinación de parámetros eléctricos
actuales de una batería de almacenamiento por lo que se refiere a la
conductancia o a la resistencia interna. Con la ayuda de los
procedimientos también se pueden determinar parcialmente capacidades
de descarga extraíbles de una batería de almacenamiento dependiendo
de la corriente de carga. Para ello se ha de conocer, sin embargo,
la capacidad de la batería de almacenamiento completamente
cargada.
En el documento DE69131276T2 se describe además
un aparato de prueba electrónico para la valoración de la capacidad
de energía porcentual de una batería de almacenamiento o de un
elemento de batería. En este caso se determina la conductancia
dinámica, y se pone a una conductancia de referencia que se
corresponde con la conductancia de un elemento o de la batería de
almacenamiento con una capacidad del 100%. Con el procedimiento,
sin embargo, no se puede determinar toda la capacidad de una batería
de almacenamiento completamente cargada, y no se puede constatar si
se ha producido una variación de capacidad por medio del
envejecimiento de la batería de almacenamiento o por medio de una
descarga condicionada por el funcionamiento. Además, a partir de la
evolución temporal de los valores de medición a lo largo de un
periodo de tiempo prolongado no se puede obtener ninguna
información sobre el estado de desgaste de la batería de
almacenamiento. Como medida para el desgaste de la batería, la
conductancia dinámica ofrece una información únicamente
limitada.
El documento US2002/0030495A1 da a conocer un
procedimiento para la prueba de acumuladores de plomo por medio de
la admisión de pulsos de corriente. La respuesta de tensión se
evalúa para la determinación de la capacidad nominal.
La patente US 4.947.124 da a conocer un
procedimiento para la determinación del estado de carga de una
batería de almacenamiento que se admite con pulsos de corriente
rectangulares. Se mide la corriente antes de la finalización del
pulso de corriente. A continuación se realiza una admisión con un
pulso de corriente mayor. Poco después del comienzo y al final del
mayor pulso de corriente se vuelve a medir la tensión. Además, en
las siguientes fases de reposo se mide la tensión en dos puntos. A
partir de las mediciones se determinan las resistencias internas y
se calcula las resistencias diferencia a partir de la diferencia de
las resistencias medidas.
El objetivo de la invención es crear un
procedimiento para la determinación de la cantidad de carga
Q_{Rest} que todavía se puede extraer de una batería de
almacenamiento cuando esta batería de almacenamiento ya no está en
estado nuevo.
El objetivo se consigue, según la invención,
mediante el procedimiento con las características de la
reivindicación 1 y mediante la batería de almacenamiento con las
características de la reivindicación 33. Las formas de realización
ventajosas están descritas en las reivindicaciones subordinadas.
A diferencia de los procedimientos conocidos se
propone calcular la cantidad de carga que todavía se puede extraer
de una batería de almacenamiento a partir de un parámetro de
resistencia diferencia a partir de una respuesta de tensión a al
menos un pulso de corriente continua y no a partir de la resistencia
interna, como se describe, por ejemplo, en la patente US
5.721.688.
La determinación del parámetro de resistencia
diferencia tampoco se realiza sobre la base de una conductancia
dinámica, sino a partir de la evaluación de la evolución temporal de
la respuesta de tensión, habiéndose de evaluar únicamente puntos
característicos de la respuesta de señal, y no toda la
evolución.
Con el presente procedimiento es posible obtener
ahora de un modo sencillo por medio de la aplicación de una pequeña
carga invertida por medio de pulsos de corriente continua una
información sobre la capacidad de almacenamiento de la batería de
almacenamiento, y con ello, sobre la cantidad de carga que se puede
extraer.
Las parejas de valores de tensión/corriente
usadas para el cálculo del parámetro de resistencia diferencia RD
son tomadas preferentemente en un primer instante temporal t_{1},
que está en la fase de reposo de la batería de almacenamiento, así
como, al menos, en un instante temporal t_{2} posterior en la fase
de la respuesta de tensión marcada por medio de la polarización de
la batería de almacenamiento. Se ha reconocido que por medio de la
puesta en relación de las parejas de valores de tensión/corriente en
las dos fases, la fase de reposo y la fase de polarización, se
puede determinar un parámetro de resistencia diferencia RD que es
una medida para la cantidad de carga que todavía se puede
extraer.
En este caso, el primer instante temporal
t_{1} está preferentemente por delante de un pulso de corriente
de un flanco de pulso de corriente delantero, y el segundo instante
temporal t_{2} está después de un flanco de pulso de corriente
delantero del pulso de corriente que se extingue.
\newpage
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La cantidad de corriente que se puede extraer se
obtiene, con ello, no sólo a partir de un cociente de diferencias,
sino a partir de un gran número de cocientes de diferencias, que se
realizan, por ejemplo, por medio de la premediación de las
cantidades de los cocientes de diferencias en el parámetro de
resistencia diferencia RD. La premediación se puede realizar, por
ejemplo, de modo lineal.
A partir del parámetro de resistencia diferencia
RD se puede derivar además, de modo ventajoso, la reducción de la
capacidad de almacenamiento de la batería de almacenamiento.
El parámetro de resistencia diferencia RD se
determina preferentemente sólo a partir de las parejas de valores
de tensión/corriente, que han sido medidas en un estado de carga
comparable y/o a una temperatura comparable de la batería de
almacenamiento.
Además representa una ventaja el hecho de
determinar la cantidad de carga que se puede extraer dependiendo de
un grado de descarga actual DoD de la batería de almacenamiento.
Bajo las condiciones de contorno técnicas que
permiten un pulso de corriente en la dirección de carga se ha
preferir la admisión de la batería de almacenamiento con una
secuencia de pulsos de corriente, cambiado de modo alternante la
dirección de la corriente. En caso de que esto no sea posible,
entonces se realiza la determinación de la cantidad de carga que
todavía ha de ser extraída preferentemente por medio de uno o varios
pulsos de corriente en la dirección de descarga.
El valor de los valores de corriente para el
pulso de corriente aplicado es, preferentemente, menor que la
corriente de 10 horas de la batería de almacenamiento analizada,
preferentemente, sin embargo, menor que la corriente de 50 horas,
prefiriéndose aún más menor que la corriente de 200 horas de la
batería de almacenamiento.
Entre dos mediciones de dos parejas de valores
de tensión/corriente se ha de realizar además una variación de la
corriente cuyo valor es mayor que el valor de 5000 horas de la
corriente de la batería de almacenamiento, preferentemente, sin
embargo, mayor que el valor de 1000 horas de la corriente, y
preferentemente mayor que el valor de 200 horas de la corriente de
la batería de almacenamiento.
Para el cálculo del parámetro de resistencia
diferencia RD se ha hecho uso, además, preferentemente, de sólo
aquellas parejas de valores de tensión/corriente cuya primera pareja
de tensión/corriente haya sido medida durante un máximo de 10
segundos, preferentemente, sin embargo, como máximo 1 segundo justo
antes de una variación de la corriente del pulso de corriente
aplicado.
Además es ventajoso, para el cálculo del
parámetro de resistencia diferencia RD, hacer uso únicamente de
aquellas parejas de valores de tensión/corriente para la
conformación de los cocientes de diferencias cuya segunda pareja de
valores de tensión/corriente se mida en primer lugar cuando la
integral temporal sobre la corriente que fluye comenzando en el
punto temporal de la variación de la corriente \DeltaI después de
la medición de la primera pareja de valores de tensión/corriente
hasta el instante temporal de la medición de la segunda pareja de
valores de tensión/corriente tenga un valor de al menos 0,01 mAs,
preferentemente de 0,1 mAs, y en particular, preferentemente de
sólo 1 mAs por una hora Amperio Ah de capacidad de almacenamiento de
la batería de almacenamiento. Los valores de la integral temporal
se eligen preferentemente dependiendo de la temperatura de la
batería de almacenamiento de tal manera que en el caso de
temperaturas superiores se determinen mayores valores de la
integral temporal, y que en el caso de temperaturas más bajas se
determinen valores menores de la integral temporal.
El perfil de corriente en el que se basan las
respuestas de tensión para el cálculo de un parámetro de resistencia
diferencia RD debería ser aproximadamente comparable. En
particular, deberían ser aproximadamente iguales las tasas de
variación de la corriente de la variación de la corriente entre
todas las parejas de valores de tensión/corriente, las duraciones
temporales entre la primera pareja de valores de tensión/corriente
hasta la variación de la corriente y las duraciones temporales
entre la variaciones de la corriente y la segunda pareja de valores
de tensión/corriente correspondiente.
El perfil de corriente se aplica en este caso a
la batería de almacenamiento por medio de una unidad de conmutación
eléctrica (activa o pasiva).
Adicionalmente es ventajoso comparar el
parámetro de resistencia diferencia RD o la cantidad de carga
Q_{Rest} que se puede extraer con un valor umbral, y mostrar
cuando se sobrepasa el valor umbral, la relación respecto al valor
umbral, o la desviación del valor umbral. El valor umbral se puede
escoger en este caso, por ejemplo, dependiente de la temperatura
del almacenamiento de energía.
Adicionalmente representa una desventaja el
hecho de unir la cantidad de carga Q_{Rest} calculada que se
puede extraer con una determinación del grado de descarga DoD actual
o del estado de carga SoC actual de la batería de almacenamiento, y
a partir de esta unión determinar la capacidad de almacenamiento
actual de la batería de almacenamiento. Esta capacidad de
almacenamiento actual se puede mostrar o se puede usar para una
evaluación posterior.
Además, la cantidad de carga Q_{Rest}
calculada que se puede extraer se puede unir con una determinación
del grado de descarga DoD actual o del estado de carga SoC actual,
para determinar la cantidad de carga que se puede cargar en el
almacenamiento de energía, que igualmente se puede mostrar o se
puede usar para una evaluación posterior.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La capacidad de almacenamiento total actual se
puede unir adicionalmente con la capacidad de almacenamiento en el
estado nuevo o con el valor nominal de la capacidad de
almacenamiento, para a partir de ello determinar un parámetro de
desgaste que expresa la reducción de la capacidad de almacenamiento
de la batería de almacenamiento. Este parámetro de desgaste se
puede mostrar o se puede usar para el cálculo posterior.
Preferentemente, el parámetro de desgaste se compara con un valor
umbral, y dependiendo de esta comparación se lleva a cabo una
indicación referida al reemplazo requerido, o un mantenimiento
requerido del almacenamiento de energía.
El procedimiento descrito se puede unir además
con otros procedimientos para la determinación del estado de la
batería de almacenamiento, preferentemente con procedimientos que
determinan el estado de carga y/o la capacidad. Igualmente se puede
realizar una unión con otros procedimientos para la determinación
del desgaste de la batería de almacenamiento, teniendo en cuenta
los procedimientos otros efectos que contribuyen al desgaste de
baterías de almacenamiento.
Para la predicción de estados de la batería de
almacenamiento es ventajoso, además, derivar a partir de los
valores de estado determinados, en particular de la cantidad de
energía que se puede extraer, predicciones sobre el comportamiento
de la batería de almacenamiento en otro estado diferente al estado
de funcionamiento actual.
El procedimiento está especialmente indicado
para acumuladores de plomo como baterías de almacenamiento.
La invención se explica a continuación con más
detalla a partir de los dibujos anexos. Se muestra:
Figura 1 - Diagrama de un perfil de corriente en
forma de pulso con una respuesta de tensión para la determinación
de la cantidad de carga que se puede extraer;
Figura 2 - Diagrama con un pulso de corriente
seleccionado y una respuesta de tensión con los valores de corriente
y de tensión usados para el cálculo de un cociente de
diferencias;
Figura 3 - Diagrama del parámetro de resistencia
diferencia RD en función de la capacidad extraída de una batería de
almacenamiento nueva con diferentes duraciones de impulso;
Figura 4 - Diagrama de parámetros de resistencia
diferencia RD en función de la capacidad extraída para baterías de
almacenamiento de diferentes capacidades a partir de diferentes
grados de envejecimiento;
Figura 5 - Diagrama de un pulso doble
galvanostático con respuesta de tensión correspondiente para la
determinación del parámetro de resistencia diferencia RD;
Figura 6 - Diagrama de parámetros de resistencia
diferencia RD dependiendo de la capacidad extraída en baterías de
almacenamiento de diferentes capacidades a partir de diferentes
grados de envejecimiento con t = 10 s;
Figura 7 - Diagrama de parámetros de resistencia
diferencia RD dependiendo de la capacidad extraída en baterías de
almacenamiento de diferentes capacidades a partir de diferentes
grados de envejecimiento con t = 10 s;
Figura 8 - Diagrama de parámetros de resistencia
diferencia RD dependiendo de la capacidad extraída en baterías de
almacenamiento de diferentes estados de envejecimiento con diferente
capacidad que todavía puede ser extraída con t = 30 s.
La Figura 1 deja reconocer un diagrama de un
perfil de corriente I(t) en forma de pulso a lo largo del
tiempo t, que se aplica en una batería de almacenamiento. El perfil
de corriente I(t) está formado por pulsos de corriente I de
dirección de corriente alternante. La intensidad de la corriente I
aplicada aumenta en este caso por pulso de
corriente.
corriente.
\vskip1.000000\baselineskip
En primer lugar, la batería de almacenamiento se
encuentra en el estado de reposo. A continuación, para la
determinación de la cantidad de carga Q_{Rest} que se puede
extraer se aplica el siguiente perfil de corriente con 5 secuencias
de pulsos de corriente A, B, C, D y E, de la siguiente manera:
- Pulso de corriente A1:
- T = 18 s, I = \pm 20 mA;
- Pulso de corriente A2:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
- Pulso de corriente A3:
- T = 18 s, I = - 20 mA;
- Pulso de corriente A4:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
\newpage
\global\parskip0.950000\baselineskip
- Pulso de corriente B1:
- T = 18 s, I = + 40 mA;
- Pulso de corriente B2:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
- Pulso de corriente B3:
- T = 18 s, I = - 40 mA;
- Pulso de corriente B4:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
\vskip1.000000\baselineskip
- Pulso de corriente C1:
- T = 18 s, I = \pm 80 mA;
- Pulso de corriente C2:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
- Pulso de corriente C3:
- T = 18 s, I = - 80 mA;
- Pulso de corriente C4:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
\vskip1.000000\baselineskip
- Pulso de corriente D1:
- T = 18 s, I = \pm 150 mA;
- Pulso de corriente D2:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
- Pulso de corriente D3:
- T = 18 s, I = - 150 mA;
- Pulso de corriente D4:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
\vskip1.000000\baselineskip
- Pulso de corriente E1:
- T = 18 s, I = + 250 mA;
- Pulso de corriente E2:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
- Pulso de corriente E3:
- T = 18 s, I = - 250 mA;
- Pulso de corriente E4:
- T = 1800 s, I = 0 mA;
\vskip1.000000\baselineskip
A las corrientes I aplicadas sucede
respectivamente una respuesta de tensión, que está caracterizada por
medio de un salto de tensión \DeltaU pronunciado y una fase de
extinción a continuación.
La Figura 2 deja reconocer una sección del
diagrama de la Figura 1, en el que la fase está caracterizada con
la subida pronunciada de tensión y de corriente en el instante
temporal de aproximadamente t = 12.730 s hasta aproximadamente
12.732 s por medio de la resistencia óhmica de la batería de
almacenamiento. Otros efectos de polarización todavía no tienen
efecto allí. La siguiente fase de la respuesta de tensión, por el
contrario, está caracterizada por medio de los efectos de
polarización de la batería de almacenamiento en la que el pulso de
tensión U cae más lentamente (pulso de corriente negativo) o aumenta
(pulso de tensión positivo). A partir de la curva de corriente y de
tensión se determinan al menos dos parejas de valores de
tensión/corriente U_{i}, I_{i}, estando un primer estado
temporal t_{1} (\sim12.730 s) directamente antes del flanco de
subida de la respuesta de tensión o bien del pulso de corriente. Un
segundo instante temporal t_{2} (\sim12.748 s) se encuentra
aproximadamente al final del pulso de corriente, es decir, poco
antes del flanco de corriente y de tensión que cae. A partir de las
dos parejas de valores de tensión/corriente U_{i}, I_{i} en el
instante t_{1} y t_{2} se calcula una tensión diferencia y una
corriente diferencia según la fórmula
- \quad
- \Delta U = (U_{i} - U_{j}) = (U_{1} - U_{2})
- \quad
- \Delta I = (I_{i} - I_{j}) = (I_{1} - I_{2})
A partir de la diferencia de tensión \DeltaU y
de la corriente diferencia \DeltaI se calcula el parámetro de
resistencia diferencia RD = \DeltaU/\DeltaI.
Este parámetro de resistencia diferencia RD es
un valor característico de una batería de almacenamiento que
depende de la cantidad de carga Q_{Rest} actual que todavía se
puede extraer de la batería de almacenamiento. Se ha mostrado que
el parámetro de resistencia diferencia RD aumenta considerablemente
cuando la cantidad de carga Q_{Rest} que se puede extraer
actualmente en la batería de almacenamiento pasa por debajo de un
cierto valor umbral. La subida del parámetro de resistencia
diferencia RD se puede usar entonces para la posterior evaluación
y/o para la iniciación de una acción.
A continuación se describe un examen de
diferentes acumuladores de plomo que están formados por una placa
positiva y dos placas negativas. En este caso se han examinado
placas positivas que han sido sometidas a diferentes tratamientos
previos, que han llevado a una reducción de la capacidad de
almacenamiento de la placa positiva correspondiente.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Las pruebas están descritas en: "Lastenheft
für PKW-Starterbatterien" de la unión de la
industria alemana del automóvil (VDA), con revisión en
12/01/1997.
Con una cantidad de carga Q_{Rest} que se
puede extraer por debajo de 4 Ah, los electrodos positivos
examinados presentan un parámetro de resistencia diferencia RD muy
similar, que depende sólo reducidamente del estado de
envejecimiento del electrodo positivo examinado, y que, con ello, se
puede usar para la determinación de la cantidad de carga Q_{Rest}
que todavía se puede extraer del electrodo positivo.
El parámetro de resistencia diferencia RD, con
una cantidad de carga Q_{Rest} que se puede extraer de
aproximadamente 3 Ah tiene un valor de aproximadamente 70
m\Omega. En el caso de un electrodo positivo nuevo (elemento 2),
aproximadamente 74 m\Omega, con un electrodo positivo admitido con
120 ciclos (elemento 4) aproximadamente 77 m\Omega, y con un
electrodo positivo envejecido según AK 3.4 (elemento 7)
aproximadamente 78 m\Omega.
La Figura 3 muestra la relación entre el
parámetro de resistencia diferencia RD y la capacidad de un
electrodo positivo nuevo dependiendo de la duración del pulso. En
este caso, para la determinación del parámetro de resistencia
diferencia RD se usa no el valor de tensión U_{2} en el extremo
del pulso de corriente, sino el valor de tensión U después de
diferentes tiempos después de la conexión del pulso de corriente I.
Se pone de manifiesto que el parámetro de resistencia diferencia
RD, con ello, también depende de la duración del pulso t. De este
modo, el parámetro de resistencia diferencia RD aumenta más cuanto
mayor es la duración temporal.
La Figura 4 muestra la relación entre el
parámetro resistencia diferencia RD y la capacidad extraída de un
electrodo positivo nuevo. De nuevo se puede reconocer un aumento
claro del parámetro de resistencia diferencia RD al final de la
descarga. A pesar de ello, el elemento de la batería de
almacenamiento con un electrodo positivo nuevo presenta en su
conjunto un parámetro de resistencia diferencia RD menor que los
elementos con electrodo positivo envejecido.
La Figura 5 muestra un pulso doble
galvanostático para la determinación del parámetro de resistencia
diferencia. En lugar del gran número descrito anteriormente de
pulsos de corriente individuales de dirección de corriente
alternante, también se puede emplear un pulso doble galvánico sin
cambio de la dirección de corriente para determinar el parámetro de
resistencia diferencia.
La Figura 6 muestra la dependencia del parámetro
de resistencia diferencia RD respecto a la capacidad extraída de
los elementos examinados de la batería de almacenamiento, habiéndose
medido el segundo valor U_{2} 10 segundos después de la
aplicación del pulso de corriente.
En comparación con esto, la Figura 7 muestra la
dependencia del parámetro de resistencia diferencia RD respecto a
la capacidad que se puede extraer, habiéndose determinado el segundo
valor de tensión U_{2} 1000 segundos después de la aplicación del
pulso de corriente.
Se pone de manifiesto que la curva de parámetros
de resistencia diferencia con t_{2} = 10 s discurre con una
pendiente mayor que en t_{2} = 1000 s. La cantidad de carga que
todavía se puede extraer en la batería de almacenamiento se puede
determinar, con ello, para t_{2} = 10 s de un modo más fiable que
en el caso de grandes distancias temporales.
La aplicación el perfil de corriente I(t)
se realiza preferentemente por medio de un aparato de mando
electrónico, habiendo de tener el perfil de corriente I(t)
en su mayor parte flancos rectangulares. La aplicación del perfil
de corriente se ha de realizar en fases de funcionamiento en las que
la batería de almacenamiento no esté cargada por medio de otros
componentes, o sólo esté cargada eléctricamente ligeramente. Para
baterías de arranque empleadas en automóviles se ha de realizar la
medición, preferentemente, en la fase de de parada, en la que la
tensión de corriente de reposo en la dirección de descarga está en
el intervalo que va aproximadamente de 10 a 100 mA.
La aplicación de la corriente se puede realizar
por medio del mismo aparato de mando. Sin embargo, también se puede
realizar un control de los consumidores de corriente o de las
fuentes de corriente de tal manera que se produzca para la batería
de almacenamiento el perfil de corriente deseado. Alternativamente
también se puede usar otro almacenamiento de energía como
consumidor de corriente o fuente de corriente, en el que el pulso
de corriente continua se acopla por medio de un convertidor
DC/DC.
La Figura 8 muestra la relación de parámetros de
resistencia diferencia RD para baterías de arranque de diferentes
estados de envejecimiento con diferentes capacidades que todavía se
pueden extraer de 110%, 54% y 43%.
Los parámetros de resistencia diferencia RD se
han calculado con parejas de valores de tensión/corriente, en los
que el segundo valor de tensión U_{2} se ha medido 30 segundos
después de la aplicación del pulso de corriente.
Se puede reconocer que existe una dependencia
entre el parámetro de resistencia diferencia RD y la capacidad que
todavía se puede extraer. Esto significa que el parámetro de
resistencia diferencia RD es una medida para la cantidad de carga
Q_{Rest} que todavía se puede extraer de una batería bajo
condiciones nominales.
Para conseguir un parámetro de resistencia
diferencia RD evaluable de modo fiable, se mide preferentemente en
varias parejas de valores de tensión/corriente en varios pulsos de
corriente, y a partir de aquí se conforman, respectivamente,
cocientes de diferencias
A partir de la cantidad de los cocientes de
diferencia RD se conforma entonces el parámetro de resistencia
diferencia RD, por ejemplo por medio de procedimientos de
premediación adecuados, como regresión lineal.
Los cocientes diferencia se pueden adaptar en
este caso dependiendo de la temperatura T de la batería de
almacenamiento.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de documentos indicados por el
solicitante se ha incluido exclusivamente a efectos de información
del lector y no es una parte constituyente del documento de patente
europeo. Se ha realizado con el mayor cuidado; sin embargo, la OPE
no asume ningún tipo de responsabilidad por posibles errores u
omisiones.
- - US 5721688 A [0010] [0020]
- - DE 69131276 T2 [0015]
- - US 5572136 A [0011]
- - US 20020030495 A1 [0016]
- - DE 9321638 U1 [0012]
- - US 4947124 A [0017]
- US 5680050 A [0013].
Claims (33)
1. Procedimiento para la determinación de la
cantidad de carga (Q_{Rest}) que todavía se puede extraer de una
batería de almacenamiento con los pasos:
- Medición de valores de corriente (I_{i}) y
valores de tensión (U_{i}) en al menos dos instantes temporales
(t_{I}) de una respuesta de tensión de la batería de
almacenamiento en uno o varios pulsos de corriente, obteniéndose por
instante temporal (t_{I}) una pareja de valores de
tensión/corriente (U_{i}, I_{i});
caracterizado por los siguientes
pasos:
- para una secuencia de pulsos de corriente,
respectivamente, conformación de las diferencias de corriente
(\DeltaI_{ij} = I_{i} - I_{j}) de dos valores de corriente
(I_{i}) y de las diferencias de tensión (\DeltaU_{ij} =
U_{i} - U_{j}) de dos valores de tensión, respectivamente
(\DeltaU_{i}),
- cálculo de una cantidad de cocientes
diferencia ((\DeltaU/\DeltaI)_{ij}), respectivamente,
como cociente de una diferencia de tensión y de la diferencia de
corriente asignada ((\DeltaU/\DeltaI)_{ij} =
\DeltaU_{ij}/\Delta I_{ij}),
- conformación del parámetro de resistencia
diferencia (RD) a partir de la cantidad de los cocientes de
diferencias
- determinación de la cantidad de carga
(Q_{Rest}) que se puede extraer todavía de la batería de
almacenamiento a partir del parámetro de resistencia diferencia
(RD) por medio de una función prefijada o una tabla de valores
almacenada para la definición de la relación entre las cantidades de
carga (Q_{Rest}) y los parámetros de resistencia diferencia
(RD).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el cálculo del parámetro de resistencia
diferencia (RD) mediante el promedio de las cantidades de los
cocientes de diferencias ((\DeltaU/\DeltaI)_{ij}).
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado por la premediación mediante premediación
lineal.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque al menos
un primer instante temporal (t_{1}) está en una fase de reposo en
la que la respuesta de tensión no está caracterizada por
polarización y al menos un segundo instante temporal (t_{2}) está
en una fase de polarización en la que la respuesta de tensión está
caracterizada por la polarización.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque se elige el primer instante temporal
(t_{1}) antes de un pulso de corriente con un flanco de pulso de
corriente ascendente y un flanco de pulso de corriente descendiente
más tarde, y el segundo instante temporal (t_{2}) después del
flanco del pulso de corriente ascendente del pulso de corriente.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
parámetro de resistencia diferencia (RD) se determina sólo a partir
de las parejas de tensión corriente (U_{i}, I_{i}) que se miden
en un estado de carga comparable y/o a una temperatura (T)
comparable de la batería de almacenamiento.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la medición
de la temperatura (T) de la batería de almacenamiento y por la
determinación de la cantidad de carga (Q_{Rest}) que se puede
extraer dependiendo de la temperatura (T).
8. Procedimiento según la reivindicación 7,
caracterizado por la normalización de los cocientes de las
diferencias ((\DeltaU/\DeltaI)_{ij}) sobre una
temperatura base (T_{B}).
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la admisión
de la batería de almacenamiento con una secuencia de pulsos de
corriente, cambiando la dirección de corriente de los pulsos de
corriente de modo alternante.
10. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el valor
de los valores de corriente (I_{i}) es menor que la corriente de
10 horas de la batería de almacenamiento.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el valor de los valores de corriente
(I_{i}) es menor que la corriente de 50 horas de la batería de
almacenamiento.
12. Procedimiento según la reivindicación 10,
caracterizado porque el valor de los valores de corriente
(I_{i}) es menor que la corriente de 200 horas de la batería de
almacenamiento.
13. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque entre dos
mediciones de dos parejas de tensión/corriente (U_{i}, I_{i}) se
realiza una variación de corriente (\DeltaI), siendo el valor de
la variación de corriente (\DeltaI) mayor que el valor de 5000
horas de la corriente de la batería de almacenamiento.
14. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el valor de la variación de tensión
(\DeltaI) es mayor que el valor de 1000 horas de la corriente de
la batería de almacenamiento.
15. Procedimiento según la reivindicación 13,
caracterizado porque el valor de la variación de corriente
(\DeltaI) es mayor que el valor de 200 horas de la corriente de la
batería de almacenamiento.
16. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la
variación de corriente (\DeltaI) se realiza con una tasa de
variación de la corriente \left(\frac{\Delta U}{\Delta
I}\right)_{ij} que en su valor es mayor que la corriente de
5000 horas de la batería de almacenamiento por segundo.
17. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque la tasa de variación de la corriente
\left(\frac{\Delta U}{\Delta I}\right)_{ij} es mayor que la
corriente de 1000 horas por segundo.
18. Procedimiento según la reivindicación 16,
caracterizado porque la tasa de variación de la corriente
\left(\frac{\Delta U}{\Delta I}\right)_{ij} es mayor que la
corriente de 200 horas por segundo.
19. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 4-5, caracterizado porque la
primera pareja de valores de tensión/corriente (U_{1}, I1) se
mide en el primer instante temporal (t_{1}) un máximo de 10
segundos, preferentemente un máximo de 1 segundo, y en particular,
preferentemente, un máximo de 0,1 segundos justo antes de una
variación de la corriente (\DeltaI).
20. Procedimiento según la reivindicación 19,
caracterizado porque la segunda pareja de valores de
tensión/
corriente (U_{2}, I_{2}) se mide en el segundo instante temporal (t_{2}) no antes de 0,1 segundos, preferentemente no antes de 1 segundo, y en particular, preferentemente no antes de 10 segundos después de la variación de la corriente (\DeltaI).
corriente (U_{2}, I_{2}) se mide en el segundo instante temporal (t_{2}) no antes de 0,1 segundos, preferentemente no antes de 1 segundo, y en particular, preferentemente no antes de 10 segundos después de la variación de la corriente (\DeltaI).
21. Procedimiento según la reivindicación 20,
caracterizado porque las distancias temporales entre la
variación de la corriente (\DeltaI) y la medición de la segunda
pareja de tensión/corriente (U_{2}, I_{2}) en el segundo
instante temporal (t_{2}) dependen de la temperatura, siendo la
distancia temporal a altas temperaturas (T) mayor que en el caso de
temperaturas (T) más bajas.
22. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
parámetro de resistencia diferencia (RD) se determina ahora a
partir de dos parejas de valores de tensión/corriente (U_{1}, I1 y
U_{2}, I_{2}) medidas en dos instantes temporales (t_{1},
t_{2}), en las que la segunda pareja de valores de
tensión/corriente (U_{2}, I_{2}) se ha medido en primer lugar
cuando la integral temporal sobre la corriente (I) que fluye
comenzando en el instante temporal de una variación de corriente
(\DeltaI) después de la medición de la primera pareja de valores
de tensión/corriente (U_{1}, I1) hasta el segundo instante
temporal (t_{2}) de la medición de la segunda pareja de valores de
tensión/corriente (U_{2}, I_{2}) tiene al menos un valor de
0,01 mAs, preferentemente de 0,1 mAs, y en particular,
preferentemente de al menos 1 mAs por una hora amperio de capacidad
de almacenamiento de la batería de almacenamiento.
23. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se usa un
perfil de corriente aproximadamente unitario del pulso de corriente
usado para la determinación del parámetro de resistencia diferencia
(RD), determinándose el perfil de corriente a partir de las tasas de
variación de la corriente \left(\frac{\Delta U}{\Delta
t}\right) de la variación de la corriente entre las parejas
de valores de tensión/corriente usadas para la determinación
(U_{i}, I_{i} y U_{j}, Ij), la duración temporal entre la
primera pareja de valores de tensión/corriente (U_{i}) hasta la
variación de la corriente (\DeltaI) y la duración temporal entre
la variación de la corriente (\DeltaI) y la segunda pareja de
valores de tensión/corriente (U_{2}, I_{2}).
24. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque los pulsos
de corriente de la batería de almacenamiento se aplican por medio
de una unidad de conmutación eléctrica.
25. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la
comparación del parámetro de resistencia diferencia (RD) o de la
cantidad de carga (Q_{Rest}) que se puede extraer con un valor
umbral, y la entrega de una transgresión del valor umbral, de la
relación del parámetro de resistencia diferencia (RD) o de la
cantidad de carga (Q_{Rest}) que se puede extraer respecto al
valor umbral y/o a la desviación del parámetro de resistencia
diferencia (RD) o de la cantidad de carga (Q_{Rest}) que se puede
extraer respecto al valor umbral.
\newpage
26. Procedimiento según la reivindicación 25,
caracterizado porque el valor umbral se define dependiendo de
la temperatura (T) de la batería de almacenamiento.
27. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la
determinación de toda la capacidad de almacenamiento actual de la
batería de almacenamiento y/o de la cantidad de carga que se puede
cargar en la batería de almacenamiento por medio de la correlación
de la cantidad de carga (Q_{Rest}) que se puede extraer calculada
con el grado de descarga (DoD) actual y/o con el estado de carga
(SoC) actual.
28. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la
determinación de un parámetro de desgaste para la descripción de la
reducción de la capacidad de almacenamiento de la batería de
almacenamiento por medio de la correlación de la capacidad de
almacenamiento actual total determinada de la batería de
almacenamiento con la capacidad de almacenamiento de la batería de
almacenamiento en estado nuevo o con el valor nominal de la
capacidad de almacenamiento de la batería de almacenamiento en
estado nuevo.
29. Procedimiento según la reivindicación 28,
caracterizado por la comparación del parámetro de desgaste
con un valor umbral y por la entrega de una indicación de
mantenimiento dependiendo de la comparación.
30. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la batería
de almacenamiento es un acumulador de plomo.
31. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la unión de
los resultados del cálculo con otros parámetros de estado de la
batería de almacenamiento, por ejemplo con el estado de carga y/o
con la capacidad de la batería de almacenamiento y/o de parámetros
para efectos que contribuyen al desgaste de una batería de
almacenamiento.
32. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado por la predicción
del comportamiento de la batería de almacenamiento el otro estado
de funcionamiento diferente al actual.
33. Batería de almacenamiento con medios de
medición y medios de evaluación controlados por procesador para la
realización del procedimiento según una de las reivindicaciones
precedentes.
Applications Claiming Priority (2)
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