ES2321161T3 - Procedimiento y disposicion para determinar el estado de una bateria. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para determinar el estado de salud (SOH) de una batería (1) de un vehículo con los pasos siguientes: - aplicación al menos a un consumidor eléctrico (2; 2a, 2b) unido a la batería de un perfil de corriente definido en cuanto a tiempo e importe mediante una corriente de batería, en donde el ajuste del perfil de corriente se consigue mediante una activación apropiada del consumidor eléctrico, - determinación de la caída de tensión que aquí se produce en la batería, mediante la medición de la caída de tensión en una línea de alimentación, en especial de la caída máxima de tensión en la batería (1), y - determinación del estado de salud (SOH) de la batería (1) sobre la base de la caída de tensión que se produce y con base en valores de referencia consignados.
Description
Procedimiento y disposición para determinar el
estado de una batería.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a una disposición para determinar el estado de una
batería según el preámbulo de las reivindicaciones 1 a 8.
En los vehículos de motor actuales y futuros se
integran cada vez más consumidores eléctricos, cuyas funciones son
parcialmente esenciales en cuanto a seguridad para el
funcionamiento de los vehículos. Como ejemplos pueden citarse
sistemas de dirección eléctricos y sistemas de frenos
electrohidráulicos (EHB). El funcionamiento seguro de este tipo de
componentes presupone una batería lista para funcionar y
"sana" en la red de a bordo. Los fabricantes de automóviles
exigen por ello de forma creciente una vigilancia fiable del estado
de batería para baterías a usar en vehículos de motor.
Es posible medir la caída de tensión que se
produce, en el caso de un proceso de arranque de un motor de
combustión, en la resistencia interior de la batería de arranque.
Aquí se aprovecha el hecho de que durante el proceso de arranque de
un motor de combustión interna circula una corriente tan alta, que
se llega a una caída de tensión en la resistencia interior de la
batería. Una tensión mínima que se obtiene aquí puede utilizarse
después para determinar el estado o el estado de salud de la
batería. Sin embargo, los procedimientos de este tipo presuponen que
las corrientes de batería necesarias para el arranque de un motor
son proporcionales a la temperatura del motor, ya que por ejemplo
la pérdida de potencia por fricción en el motor de combustión
interna es fundamentalmente una función de la temperatura del
motor. Una caída de tensión así medida se compara después con
valores de referencia establecidos previamente, que tienen que
consignarse como función de la temperatura del motor y de la
tensión de marcha en vacío de la batería, en donde a partir de una
comparación de este tipo puede derivarse el estado de la
batería.
Este procedimiento tiene el inconveniente de la
elevada complejidad de complicación, es decir, para cada motor de
combustión interna debe llevarse a cabo una nueva aplicación de los
valores de referencia de estado de batería. Aparte de esto, durante
el proceso de arranque depende mucho la potencia de batería
necesaria, incluso en el caso de una temperatura del motor conocida
o constante, de las condiciones ambientales y condiciones marco
termodinámicas y, de este modo, puede reproducirse muy mal.
Del documento DE 198 31 723 A se conoce un
procedimiento para reconocer el estado de carga en una batería de
vehículo, en el que se detecta durante el funcionamiento. del
arrancador la caída de tensión de la tensión de batería. A partir de
la caída de tensión se establece a continuación un valor de estado
de carga relacionado con la misma.
Con la invención se busca llevar a cabo con una
elevada precisión y lo más independientemente posible de las
influencias medioambientales una determinación del estado de una
batería de vehículo antes del arranque del motor, en especial de un
motor de combustión interna o de un motor híbrido.
Esta tarea es resuelta mediante un procedimiento
con las particularidades de la reivindicación 1 así como una
disposición correspondiente con las particularidades de la
reivindicación 8.
Conforme a la invención está previsto aplicar un
perfil de corriente definido a un consumidor eléctrico que puede
conectarse a la batería. Por perfil de corriente definido se
entiende en especial una corriente de intensidad definible que
circula durante un periodo de tiempo definible. En los
procedimientos habituales, en los que se utilizaban corrientes de
batería necesarias para el arranque del motor para determinar una
caída de tensión, no es posible un ajuste de este tipo de un perfil
de corriente definido. Por ejemplo no es posible en los motores de
arranque habituales ajustar una duración de alimentación de
corriente deseada, ya que justo después del arranque del motor de
combustión interna asociado al motor de arranque se produce un
desacoplamiento del motor de arranque y del eje de cigüeñal del
motor de combustión interna y una finalización de la alimentación
de corriente del motor de arranque. Aparte de esto la corriente
extraída de un motor de arranque no es constante, de tal modo que
en los procedimientos habituales tenía que realizarse una formación
de valor medio relativamente complicada en cuanto a cálculo.
Conforme a la invención es ahora posible aplicar
a un consumidor eléctrico una corriente definida durante un periodo
de tiempo definido.
Configuraciones ventajosas del procedimiento
conforme a la invención o de la disposición conforme a la invención
son objeto de las reivindicaciones subordinadas.
Como consumidor eléctrico debe utilizarse con
preferencia una máquina eléctrica (máquina E) con elevado potencial
de energía, por ejemplo una máquina E acoplada al eje de cigüeñal
con funciones de arrancador o generador o un motor de accionamiento
eléctrico. A través de una activación apropiada de estas máquinas E
puede conseguirse un ajuste de un perfil de corriente definido
incluso durante periodos de tiempo muy cortos, ya que estas
máquinas presentan una elevada necesidad de potencia. La
complejidad adicional para la materialización de una función de
este tipo es muy reducida, ya que en máquinas eléctricas de gran
potencia se materializa con frecuencia un aprontamiento y una
medición de altas corrientes con independencia de una determinación
del estado de la batería.
La máquina eléctrica se hace funcionar
convenientemente por motor, mediante la aplicación de corriente, en
un estado desacoplado de un ramal de accionamiento o mecanismo de
transmisión del vehículo. Este modo de proceder es especialmente
adecuado para representar perfiles de corriente durante un corto
periodo de tiempo. En este modo de funcionamiento la máquina
eléctrica acelera si se aplica la corriente de batería. La duración
del perfil de corriente se determina convenientemente mediante el
número máximo de revoluciones de la máquina eléctrica, es decir, la
duración de la aplicación de corriente debería elegirse de tal
modo, que no se alcance el número máximo de revoluciones.
A continuación de este funcionamiento por motor
se hace funcionar ventajosamente la máquina eléctrica en
funcionamiento por generador. Con esta medida es posible reenviar a
la batería una gran parte de la corriente extraída de la misma.
Conforme a otra forma de ejecución preferida del
procedimiento conforme a la invención la máquina eléctrica se
regula de tal modo, que la energía puesta a disposición por la
aplicación de corriente se transforma fundamentalmente en calor.
Este modo de funcionamiento ha demostrado ser ventajoso en especial
en el caso de temperaturas ambiente más bajas, ya que el calor así
producido puede alimentarse a un circuito de calor del vehículo de
motor para calentar el motor o componentes del motor.
Para materializar este modo de funcionamiento se
inmoviliza la máquina eléctrica mediante bloqueo del mecanismo de
transmisión y cierre de un freno de rueda mediante frenos de rueda
propios (es decir, asociados a la respectiva máquina eléctrica) y/o
se hace funcionar con regulación de corriente.
Conforme a otra forma de ejecución preferida del
procedimiento conforme a la invención, en el caso de una presencia
de dos máquinas eléctricas se prevé que éstas trabajen una contra
la otra, es decir, una primera en funcionamiento de generador y una
segunda en funcionamiento por motor eléctrico, y con esto mejoren en
especial su respectiva eficacia. También con esta medida puede
materializarse un funcionamiento de la máquina eléctrica regulado
de forma deseada.
Ventajas adicionales de la invención se obtienen
de la siguiente descripción de ejemplos de ejecución preferidos y
del dibujo adjunto.
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se describen con más detalle
formas de ejecución preferidas de la invención con base en los
dibujos adjuntos. En estos muestran:
la figura 1 un diagrama para explicar el término
utilizado "estado de salud de la batería",
la figura 2 un esquema de conexiones en bloques
esquemático de una forma de ejecución preferida de la disposición
conforme a la invención, y
la figura 3 un esquema de principio de una
transmisión electrónica dual, en la que puede usarse ventajosamente
la disposición conforme a la invención o el procedimiento conforme
a la invención.
\vskip1.000000\baselineskip
En la fig. 1 se han representado la tensión de
batería U y/o la corriente de batería i con relación al tiempo.
Puede verse que durante un tiempo determinado to se dispone de una
corriente de batería constante. En el caso de una nueva batería la
tensión de batería Uneu desciende en ese periodo de tiempo hasta un
valor min(Uneu). En el caso de una batería ya desgastada la
tensión de batería U desciende hasta un valor min(U).
En el caso de la corriente i(t) se trata
de una carga normal a temperatura normal y estado de carga normal,
en donde se aplica la tensión de batería mínima min(U) es
mayor que el valor límite UG. Para el caso en el que la tensión de
batería, una vez transcurrido el tiempo t_{0}, sea mayor que el
valor límite UG, se define el estado de salud SOH (inglés: State of
Health) como > 0. Para el caso en el que min(U) \leq
UG, se aplica SOH = 0. Un estado de salud SOH = 100 se obtiene para
min(U) = min(Uneu), es decir, con batería nueva en
entorno normal. Se obtiene un estado de salud SOH concreto como
SOH =
\frac{max[(min(U) - UG).0]}{min(Uneu) -
UG}
La prefijación de un perfil de corriente
uniforme, como se ha representado en la figura 1, se configuraba
usualmente como muy complicada. Aquí entra en juego la presente
invención.
En la figura 2 se han representado como
componentes esenciales de la disposición conforme a la invención
una batería 1, una máquina eléctrica 2, un aparato de control, por
ejemplo un ondulador pulsado 3 y un freno 4.
En el marco de un proceso de inicialización que
se desarrolla antes de un verdadero arranque de motor se inicia en
al aparato de control, en el caso de una solicitud de
inicialización, una rutina que aplica a la máquina eléctrica 2 una
corriente definida desde la batería 1. En el aparato de control
puede medirse a través de la línea de alimentación 5 la caída de
tensión resultante de la batería, y con base en valores de
referencia consignados determinarse un estado de salud SOH
correspondiente de la batería 1.
La energía eléctrica disponible en la máquina
eléctrica 2 a causa de la aplicación de corriente puede
transformarse por ejemplo en potencia del motor. Este modo de
proceder es especialmente apropiado para generar perfiles de
corriente de corta duración, en donde aquí la máquina eléctrica 2
se hace funcionar convenientemente desacoplada de un ramal de
accionamiento (no representado) del vehículo de motor, es decir en
marcha en vacío. Esto conduce a una aceleración de la máquina
eléctrica 2, en donde es necesario prestar atención a que no se
supere un número de revoluciones máximo de la máquina eléctrica.
Esto puede garantizarse por ejemplo por medio de que se limite de
forma correspondiente la duración del perfil de corriente.
También puede pensarse en activar la máquina
eléctrica 2 con regulación de corriente, de tal modo que toda la
energía eléctrica se transforme en calor, y no en energía de
rotación mecánica. Con este fin la máquina eléctrica 2 puede
inmovilizarse mediante el freno 4.
Mediante esta medida es posible que a la máquina
eléctrica se apliquen corrientes definidas, incluso muy elevadas,
desde la batería durante cualquier periodo de tiempo.
La transformación de la energía de batería en
potencia de motor presenta ventajas en tanto que la máquina
eléctrica 2, tras finalizar la aplicación de corriente, puede
trabajar en un funcionamiento de generador, con lo que la. energía
eléctrica extraída de la batería puede devolverse en gran parte a
la misma, de tal modo que en total puede minimizarse la carga de la
batería.
El calor producido durante la transformación de
la energía de batería en potencia disipada puede alimentarse en un
circuito de calor del vehículo de motor, con lo que se obtienen
ventajas por ejemplo en funcionamiento invernal.
Con base en la figura 3 se representa a
continuación otra forma de ejecución preferida de la disposición
conforme a la invención.
Puede reconocerse una transmisión ramificadora
de potencia para vehículos híbridos, que presenta dos máquinas
eléctricas 2a, 2b, las cuales están ambas unidas activamente al eje
de cigüeñal 12 del motor de combustión interna 16, a través de
mecanismos de transmisión 10, 11 correspondientes.
El par de giro total que se obtiene a causa de
la cooperación entre el motor de combustión interna y los motores
eléctricos 2a, 2b se transmite, a través de las velocidades de una
caja de cambios automática 14, a un árbol de salida 18.
La batería de gran potencia o batería de
tracción 13 puede cargarse para determinar el estado de salud, como
anteriormente mediante las máquinas eléctricas 2a, 2b, con un
perfil de corriente definido.
Con la disposición representada de las máquinas
eléctricas 2a, 2b pueden transformarse la generación de un perfil
de corriente definido y la medición de una caída de tensión de
referencia, con los siguientes conceptos alternativos descritos a
continuación.
En primer lugar es posible, mediante la
activación del freno de motor 16a del motor 16 y el bloqueo de los
mecanismos de transmisión 10, 11 inmovilizar la máquina eléctrica
2a o 2b. Aquí hay que tener en cuenta que a los árboles respectivos
de la caja de cambios automática se apliquen en cada caso
velocidades.
Debe destacarse que también puede ser decisivo
dotar las máquinas eléctricas 2a, 2b de sus propios frenos de cinta
2a', 2b'. Después es posible sin bloquear los mecanismos de
transmisión inmovilizar las máquinas eléctricas (dado el caso
también individualmente).
Debe destacarse asimismo que el bloqueo de los
mecanismos de transmisión puede apoyarse o materializarse mediante
el cierre de un freno de rueda 15a de una rueda 15.
En el caso de este modo de funcionamiento, como
ya se descrito anteriormente, puede transformarse la energía de
batería en energía térmica.
También puede pensarse en autorizar un giro
libre de las máquinas eléctricas 2a o 2b. Este modo de
funcionamiento es posible si no está aplicada ninguna velocidad y
el freno de motor 16 del motor 16 es responsable de que el motor de
combustión interna no se vea arrastrado en el giro.
Mediante la presencia de dos máquinas eléctricas
puede producirse también una prefijación de corriente de carga
definida y suficientemente alta para la deseada determinación del
estado de la batería mediante "transformación en calor" de
energía eléctrica en los arrollamientos del estator de las máquinas
eléctricas, por medio de que de forma adecuada se procure que no se
entregue nada de energía mecánica. En el caso de una máquina de
polos de garra (máquina sincrónica con excitación externa), esto
puede materializarse por medio de que la corriente de excitación
para el rotor se ajuste a cero.
Claims (9)
1. Procedimiento para determinar el estado de
salud (SOH) de una batería (1) de un vehículo con los pasos
siguientes:
- -
- aplicación al menos a un consumidor eléctrico (2; 2a, 2b) unido a la batería de un perfil de corriente definido en cuanto a tiempo e importe mediante una corriente de batería, en donde el ajuste del perfil de corriente se consigue mediante una activación apropiada del consumidor eléctrico,
- -
- determinación de la caída de tensión que aquí se produce en la batería, mediante la medición de la caída de tensión en una línea de alimentación, en especial de la caída máxima de tensión en la batería (1), y
- -
- determinación del estado de salud (SOH) de la batería (1) sobre la base de la caída de tensión que se produce y con base en valores de referencia consignados.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque como consumidor eléctrico se utiliza al
menos una máquina eléctrica (2, 2a, 2b) de un vehículo híbrido.
3. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la máquina eléctrica (2; 2a, 2b) se
hace funcionar convenientemente por motor, mediante la corriente de
batería entregada por la batería, en un estado desacoplado de un
ramal de accionamiento o mecanismo de transmisión del vehículo.
4. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la máquina eléctrica (2; 2a, 2b), a
continuación de su aplicación de corriente, se hace funcionar
mediante la corriente de batería en funcionamiento de generador.
5. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la máquina
eléctrica (2; 2a, 2b) se regula de tal modo, que la energía puesta a
disposición mediante la aplicación de corriente se transforma
fundamentalmente en calor o potencia disipada.
6. Procedimiento según la reivindicación 2,
caracterizado porque la máquina eléctrica (2; 2a, 2b) se
inmoviliza mediante el bloqueo del mecanismo de transmisión (10,
11) y el cierre de un freno de rueda (15a) o mediante frenos de
cinta propios, o se hace funcionar con regulación de corriente.
7. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque en el caso de la presencia de dos
máquinas eléctricas (2a, 2b), éstas trabajan una contra otra y con
esto aumentan en especial su respectiva eficacia.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se
desarrolla en el marco de un proceso de inicialización que se
desarrolla antes del verdadero arranque del motor.
9. Disposición para determinar el estado de
salud (SOH) de una batería (1) de un vehículo con un aparato de
control (3) para aplicar al menos a un consumidor eléctrico (2; 2a,
2b) unido a la batería un perfil de corriente definido en cuanto a
tiempo e importe mediante una corriente de batería, en donde el
ajuste del perfil de corriente puede conseguirse mediante una
activación apropiada del consumidor eléctrico, y en donde el
aparato de control (3) comprende medios para determinar la caída de
tensión que se produce al aplicar corriente al consumidor (2; 2a,
2b) en la batería (1), mediante la medición de la caída de tensión
en una línea de alimentación (5), en especial de la caída máxima de
corriente, y el aparato de control (3) comprende medios para
determinar el estado de la batería sobre la base de la caída de
tensión que se produce y con base en valores de referencia
consignados.
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