ES2956379T3 - Dispositivo y procedimiento para analizar el estado de salud de una batería - Google Patents
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Abstract
Se proporcionan un dispositivo y un método capaces de analizar el SoH de una batería, y un dispositivo y un método capaces de diagnosticar si la batería es reutilizable o no mediante el uso de la misma. El dispositivo para analizar el SoH de una batería según la presente invención comprende: una unidad de memoria para almacenar datos de temperatura de referencia según la profundidad de descarga (DoD) de una batería de referencia, o una tasa de aumento de temperatura de referencia (K1) en la segunda la mitad de una descarga con una profundidad de descarga del 50% o más, calculada a partir de la misma; y una unidad de control. La unidad de control comprende: una unidad de registro de medición para medir datos de temperatura según una profundidad de descarga mientras se descarga una batería en un estado completamente cargado y almacenar los datos de temperatura medidos en la unidad de memoria; una unidad de cálculo para calcular una tasa de aumento de temperatura (K2) en la segunda mitad de la descarga con una profundidad de descarga del 50 % o más, a partir de los datos de temperatura según la profundidad de descarga que ha sido adquirida por la unidad de medición y registro; y una unidad de determinación para determinar un grado de degradación de la batería con respecto a la batería de referencia comparando la tasa de aumento de temperatura de referencia (K1) con la tasa de aumento de temperatura (K2). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo y procedimiento para analizar el estado de salud de una batería
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere a un aparato y un procedimiento para analizar un estado de salud (SOH) de una batería. Más particularmente, la presente divulgación se refiere a un aparato y un procedimiento para determinar el grado de deterioro al medir la temperatura de una batería.
Estado de la técnica
Las baterías se pueden recargar repetidamente y están ganando atención como una alternativa a la energía del combustible. Se han usado principalmente en dispositivos portátiles tradicionales, tales como teléfonos móviles, cámaras de vídeo y herramientas eléctricas. Recientemente, la gama de aplicaciones tiende a ampliarse gradualmente a vehículos eléctricos (EV, HEV, PHEV), sistemas de almacenamiento de energía de gran capacidad (ESS) y sistemas de potencia ininterrumpida (UPS).
Una batería incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un separador interpuesto entre los electrodos y un electrolito que reacciona electroquímicamente con un material activo que recubre el electrodo positivo y el electrodo negativo, y a medida que aumenta el número de ciclos de carga/descarga, la capacidad se reduce. La reducción de capacidad puede ser causada por el deterioro del material activo que recubre el electrodo, la reacción secundaria del electrolito, la reducción de poros del separador, etc.
Cuando la capacidad de la batería se reduce, la resistencia aumenta y la energía eléctrica que se pierde en forma de calor, aumenta. Dicha termodinámica se describe, por ejemplo, en el documento US 2013/322488 A1. En consecuencia, cuando la capacidad de la batería se reduce por debajo del umbral, el rendimiento de la batería se reduce notablemente y aumenta la cantidad de calor generado, por lo que es necesario investigar o reemplazar la batería.
En el campo de la tecnología de baterías, la medida en que se reduce la capacidad de la batería puede indicarse cuantitativamente mediante un factor tal como el estado de salud (SOH). El SOH se puede analizar mediante muchos procedimientos, y uno de esos procedimientos calcula el SOH mediante la cuantificación de la medida en que ha aumentado la resistencia de la batería en el momento actual en comparación con la resistencia al comienzo de la vida útil (BOL). Por ejemplo, cuando la resistencia de la batería ha aumentado un 20 % en comparación con la resistencia en BOL, se puede estimar que el SOH es del 80 %. De forma alternativa, el SOC también se puede analizar a partir de la corriente y la tensión de una batería.
Resulta posible prolongar la vida útil de la batería controlando la corriente máxima permitida según el SOH. Para este fin, es necesario analizar con exactitud el SOH de la batería.
Mientras tanto, a medida que la batería se amplía a ESS, EV, HEV, PHEV, etc., se están llevando a cabo activamente investigaciones para reutilizar la batería mediante la conmutación del uso de la batería.
En particular, en los últimos años, con el fin de reducir costes, se intenta convertir la batería usada para un vehículo eléctrico en una batería para ESS accionada en una condición más suave.
Sin embargo, como se realizan varios cientos de ciclos de carga/descarga, con frecuencia se produce una muerte súbita en la batería como consecuencia de la generación de gas por reacciones secundarias, recubrimiento de litio, descomposición de electrolitos, agotamiento de electrolitos o similares. Así, para reutilizar las baterías existentes, es importante clasificar adecuadamente una batería susceptible de reutilizarse analizando con exactitud el SOH en el momento de su reutilización.
Objeto de la invención
Problema técnico
La presente divulgación está dirigida a proporcionar un aparato y un procedimiento que pueden analizar el SOH de una batería.
La presente divulgación está dirigida además a proporcionar un aparato y un procedimiento que pueden diagnosticar si la batería es reutilizable mediante el análisis del SOH de la batería.
Solución técnica
La presente divulgación proporciona un aparato de análisis de estado de salud (SOH) y un procedimiento de análisis
de SOH según se define en las reivindicaciones independientes 1 y 2. Las realizaciones preferibles se definen en las reivindicaciones dependientes adjuntas.
En un aspecto de la presente divulgación, se proporciona un aparato de análisis de estado de salud (SOH), que comprende: una unidad de memoria configurada para almacenar una tasa de aumento de temperatura de referencia K1 de una última mitad de descarga con una d Od del 50 % o más, calculada a partir de datos de temperatura de referencia según una DOD de una batería de referencia; y una unidad de control. La unidad de control incluye: una unidad de medición y grabación configurada para medir datos de temperatura según una DOD mientras se descarga una batería en estado de carga completa y almacenar los datos de temperatura medidos en la unidad de memoria; una unidad de cálculo configurada para calcular una tasa de aumento de temperatura K2 de la última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura según la DOD obtenida mediante la unidad de medición y grabación; y una unidad de determinación configurada para determinar un grado de deterioro de la batería en comparación con la batería de referencia al comparar la tasa de aumento de temperatura de referencia K1 y la tasa de aumento de temperatura K2.
Preferiblemente, el aparato de análisis de SOH según la presente divulgación puede incluir además una unidad de medición de tensión para medir la tensión de la batería; una unidad de medición de corriente para medir la corriente de la batería; y una unidad de medición de temperatura para medir la temperatura de la batería, y la unidad de control puede configurarse para almacenar la tensión medida, la corriente medida y la temperatura medida en la unidad de memoria.
En el aparato de análisis de SOH según la presente divulgación, la unidad de control puede configurarse para determinar la salida de la batería al juzgar el grado de deterioro, o para transmitir el grado de deterioro a un dispositivo externo.
En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un procedimiento de análisis de SOH, que comprende: (a) obtener datos de temperatura de referencia según una DOD al medir la temperatura de una batería de referencia según una DOD mientras la batería de referencia en un estado de carga completa se descarga; (b) calcular una tasa de aumento de temperatura de referencia K1 de una última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura de referencia según una DOD; (c) obtener datos de temperatura según una DOD al medir una temperatura de batería según una DOD mientras se descarga una batería en un estado de carga completa; (d) calcular una tasa de aumento de temperatura K2 de la última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura según una DOD; y (e) determinar un grado de deterioro de la batería en comparación con la batería de referencia al comparar la tasa de aumento de temperatura de referencia K1 y la tasa de aumento de temperatura K2.
En el procedimiento de análisis de SOH según la presente divulgación, la descarga en las etapas (a) y (c) puede ser una descarga de corriente constante (CC), y la temperatura puede ser una temperatura de superficie de la batería.
En las etapas (b) y (d), la tasa de aumento de temperatura se puede calcular mediante:
preparar un perfil de temperatura trazando datos de temperatura según una DOD; y obtener una pendiente tangente de una gráfica de una última mitad de una DOD después de encontrar un segundo punto de inflexión inicial en el perfil de temperatura.
En el procedimiento de análisis de SOH según la presente divulgación, a medida que la tasa de aumento de temperatura K2 es mayor, se puede determinar que la batería tiene un mayor grado de deterioro.
En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un sistema de gestión de batería, que comprende el aparato de análisis de SOH, y también se proporciona un medio de grabación legible por ordenador en el que se programa y graba el procedimiento de análisis de SOH.
En otro aspecto de la presente divulgación, se proporciona un aparato de diagnóstico de reutilización de batería, que comprende: el aparato de análisis de SOH según la presente divulgación; un soporte de batería; y un dispositivo de visualización configurado para visualizar un resultado de cálculo o un resultado de determinación del aparato de análisis de SOH.
Efectos ventajosos
Según la presente divulgación, resulta posible analizar el SOH de una batería de una manera relativamente simple al monitorizar un cambio de temperatura de batería según una profundidad de descarga (DOD).
Según la presente divulgación, resulta posible clasificar adecuadamente si el uso de una batería sujeta a diagnóstico se puede convertir o la batería se debe desechar analizando con exactitud el SOH en el momento de la reutilización de una batería existente.
Descripción de las figuras
Las figuras adjuntas ilustran una realización preferible de la presente divulgación y, junto con la divulgación anterior, sirven para proporcionar una mayor comprensión de las características técnicas de la presente divulgación y, por lo tanto, la presente divulgación no se interpreta como limitada a las figuras.
La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente la configuración de un aparato de análisis de SOH según una realización de la presente divulgación.
La figura 2 es un diagrama de flujo para ilustrar un procedimiento de análisis de SOH según una realización de la presente divulgación.
La figura 3 muestra un perfil de temperatura según una DOD de una batería.
La figura 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente un aparato de diagnóstico de reutilización de batería según una realización de la presente divulgación.
Descripción detallada de la invención
En lo sucesivo, se describirán en detalle las realizaciones preferibles de la presente divulgación en referencia a las figuras adjuntas. Antes de entrar en la descripción, debe entenderse que los términos usados en la memoria descriptiva y las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a los significados generales y del diccionario, sino que deben interpretarse en función de los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación según el principio de que el autor de la invención puede definir los términos apropiadamente para la mejor explicación.
En la realización que se describe a continuación, una batería se refiere a una batería de litio. Aquí, la batería de litio se refiere colectivamente a las baterías en las que los iones de litio actúan como iones de trabajo durante la carga y la descarga, provocando reacciones electroquímicas en el electrodo positivo y el electrodo negativo.
Mientras tanto, debe interpretarse como que, si bien el nombre de la batería cambia en función del tipo de electrolito o separador usado en la batería de litio, el tipo de embalaje usado para empaquetar la batería y la estructura interna o externa de la batería de litio, la batería de litio abarca cualquier batería que utilice iones de litio como iones de trabajo. La presente divulgación también puede aplicarse a baterías que no sean baterías de litio. En consecuencia, debe interpretarse como que la presente divulgación abarca cualquier tipo de batería a la que se puedan aplicar los aspectos técnicos de la presente divulgación, aunque los iones de trabajo no sean iones de litio.
Además, la batería no se limita al número de componentes. En consecuencia, debe interpretarse que la batería incluye una celda unitaria que incluye un conjunto de electrodo positivo/separador/electrodo negativo y un electrolito en un material de embalaje, así como un conjunto de celdas unitarias, un módulo que incluye conjuntos conectados en serie y/o en paralelo, un paquete que incluye módulos conectados en serie y/o en paralelo, y un sistema de batería que incluye paquetes conectados en serie y/o en paralelo.
La figura 1 es un diagrama de bloques que muestra esquemáticamente la configuración de un aparato de análisis de SOH según una realización de la presente divulgación, y la figura 2 es un diagrama de flujo para ilustrar un procedimiento de análisis de SOH según una realización de la presente divulgación.
Se describirá en detalle un aparato y procedimiento de análisis de SOH con referencia a las figuras 1 y 2
En referencia a la figura 1, el aparato 100 de análisis de SOH según la presente divulgación es un aparato para analizar el SOH de una batería B e incluye por lo menos una unidad 110 de memoria y una unidad 120 de control.
La unidad 120 de control incluye un procesador para realizar cálculos lógicos y funciones para analizar el SOH de la batería B según la lógica de control que se describe a continuación.
La unidad 110 de memoria es un medio de almacenamiento susceptible de grabar o borrar datos de forma eléctrica, magnética, óptica o mecánica cuántica y, como ejemplo no limitativo, puede ser RAM, ROM o registro.
Preferiblemente, la unidad 110 de memoria puede estar conectada a la unidad 120 de control, por ejemplo, a través de un bus de datos, para permitir que la unidad 120 de control acceda a ella.
La unidad 110 de memoria puede almacenar y/o actualizar y/o borrar programas que incluyen diversos tipos de lógicas de control ejecutadas por la unidad 120 de control, parámetros predefinidos y/o datos creados cuando se ejecutan las lógicas de control.
La unidad 110 de memoria se puede dividir lógicamente en dos o más y puede estar incluida en la unidad 120 de control, pero no se limita a ella.
Preferiblemente, la unidad 110 de memoria almacena datos de temperatura de referencia según una profundidad de descarga (DOD) de una batería de referencia, o una tasa de aumento de temperatura de referencia K1 de una última
mitad de descarga con una DOD del 50 % o más calculada a partir de la misma, con antelación.
Los datos de temperatura de referencia o la tasa de aumento de temperatura de referencia K1 pueden obtenerse mediante una medición preliminar a través de un experimento de descarga para una batería de referencia, por ejemplo, una batería en un estado de comienzo de la vida útil (BOL) (correspondiente a la etapa s1 en la figura 2) como la primera etapa del procedimiento de análisis de SOH). Los datos de temperatura de referencia según una DOD pueden obtenerse al medir la temperatura de la batería de referencia según una DOD mientras se descarga la batería de referencia en un estado de carga completa. En este momento, la descarga es preferiblemente una descarga de corriente constante (CC), y la temperatura se obtiene preferiblemente al medir una temperatura de superficie de la batería de referencia.
La DOD es 0 % en estado de carga completa y la DOD es 100 % en estado de descarga completa. A medida que aumenta la DOD mientras avanza la descarga, es decir, a medida que aumenta la DOD del 0 % al 100 %, la temperatura de la batería de referencia aumenta gradualmente, con lo que se obtiene un perfil de temperatura que en general aumenta junto con el aumento de la DOD.
Por ejemplo, se puede trazar un perfil de temperatura de referencia como se muestra en la figura 3. Los datos de temperatura de referencia almacenados en la unidad 110 de memoria con antelación pueden tener una estructura matricial de pares de datos sobre la temperatura según una DOD, o la tasa de aumento de temperatura de referencia K1 de la última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más calculada a partir de la misma. La tasa de aumento de la temperatura de referencia K1 se puede calcular directamente a partir de los datos de la temperatura de referencia o se puede obtener a partir de una pendiente tangente de una gráfica de la última mitad de la DOD a partir del perfil de temperatura, como se muestra en la figura 3 (correspondiente a la etapa s2 en la figura 2 como la segunda etapa del procedimiento de análisis de SOH). En particular, la pendiente tangente de una gráfica de la última mitad de la DOD se puede obtener después de encontrar un segundo punto de inflexión de inicio en el perfil de temperatura de referencia. La tasa de aumento de temperatura de referencia K1 de la última mitad de descarga con una d Od del 50 % o más se determina como un estándar de comparación, al juzgar que la tasa de aumento de temperatura de la última mitad de la DOD representa mejor el estado interno de la batería en comparación con la tasa de aumento de temperatura de la primera mitad de la DOD.
Dado que la batería puede verse afectada por la temperatura ambiente durante la medición, es preferible medir la temperatura de superficie de la batería de referencia en diversos ambientes de temperatura a través de experimentos y almacenar los datos con antelación. Por ejemplo, se mide con antelación el cambio de temperatura de superficie de la batería de referencia a diversas temperaturas, tales como -5 °C, 10 °C y 25 °C.
Preferiblemente, la unidad 120 de control puede estar acoplada eléctricamente a una unidad 130 de medición de tensión, una unidad 140 de medición de corriente y una unidad 150 de medición de temperatura para determinar otras variables como el SOC y la resistencia de la batería B.
La unidad 130 de medición de tensión incluye un circuito de medición de tensión conocido y mide periódicamente la tensión de la batería B en un intervalo de tiempo bajo el control de la unidad 120 de control y envía la tensión medida a la unidad 120 de control. A continuación, la unidad 120 de control almacena la tensión medida introducida periódicamente en la unidad 110 de memoria. Si se mide la tensión de la batería B, se puede conocer la profundidad de descarga a partir de la misma.
La unidad 140 de medición de corriente incluye una resistencia de detección o un sensor Hall, y mide la magnitud de la corriente de carga o descarga de la batería B en un intervalo de tiempo bajo el control de la unidad 120 de control y envía la corriente medida a la unidad 120 de control. A continuación, la unidad 120 de control almacena la corriente medida introducida periódicamente en la unidad 110 de memoria.
La unidad 150 de medición de temperatura incluye un termopar que es un tipo de sensor de temperatura y mide periódicamente la temperatura de la batería B en un intervalo de tiempo bajo el control de la unidad 120 de control y envía la temperatura medida a la unidad 120 de control. A continuación, la unidad 120 de control almacena la temperatura medida introducida periódicamente en la unidad 110 de memoria.
Una unidad 122 de medición y grabación de la unidad 120 de control mide los datos de temperatura según una DOD mientras la batería B en un estado de carga completa se descarga y almacena los datos de temperatura medidos en la unidad 110 de memoria (correspondiente a la etapa s3 de la figura 2 como la tercera etapa del procedimiento de análisis de SOH). La temperatura de la batería B medida por la unidad 150 de medición de temperatura se almacena en la unidad 110 de memoria como los datos de temperatura según una DOD mediante la unidad 122 de medición y grabación.
En este momento, es preferible que la descarga sea una descarga de corriente constante (CC) y la temperatura se obtenga al medir la temperatura de superficie de la batería B, idéntica a la batería de referencia.
De forma idéntica a la batería de referencia, si aumenta la DOD, la temperatura de la batería B aumenta gradualmente,
con lo que se obtiene un perfil de temperatura que aumenta junto con el aumento de la DOD. Esto se representa en la figura 3 como ejemplo.
Una unidad 124 de cálculo de la unidad 120 de control calcula una tasa de aumento de temperatura K2 de la última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura según una DOD obtenida mediante la unidad 122 de medición y grabación. En este momento, la tasa de aumento de temperatura K2 también puede calcularse directamente a partir de los datos de temperatura o también puede obtenerse a partir de la pendiente tangente de una gráfica de la última mitad de la DOD a partir del perfil de temperatura, como se muestra en la figura 3 (correspondiente a la etapa s4 de la figura 2 como la cuarta etapa del procedimiento de análisis de SOH). En particular, la pendiente tangente de una gráfica de la última mitad de la DOD se puede obtener después de encontrar el segundo punto de inflexión inicial en el perfil de temperatura, como se describe anteriormente en relación con el perfil de temperatura de referencia.
Una unidad 126 de determinación de la unidad 120 de control determina el grado de deterioro de la batería B en comparación con la batería de referencia al comparar la tasa de aumento de temperatura de referencia K1 y la tasa de aumento de temperatura K2 (correspondiente a la etapa s5 de la figura 2 como la quinta etapa del procedimiento de análisis de SOH).
En este momento, por ejemplo, la temperatura ambiente en la medición se puede considerar en conjunto, de modo que, si la temperatura de la batería B en el entorno de medición real es de 25 °C, el resultado de la medición se puede comparar con los datos de temperatura de la batería de referencia medidos a 25 °C con antelación.
En general, a medida que avanza el ciclo de uso de la batería, la intercalación y desintercalación de iones de litio se repiten en un electrodo negativo y un electrodo positivo para provocar la transición de fase y degradar el cambio estructural. El autor de la invención de la presente divulgación ha encontrado a través de la investigación que el grado de deterioro causado por el cambio estructural tiene un efecto significativo sobre la cantidad de calor entrópico generado dentro de la batería. Se ha encontrado experimentalmente que una batería con muchos ciclos de uso tiene un calor entrópico diferente en comparación con la batería inicial, es decir, la batería de referencia. Así, la presente divulgación se ha propuesto en base al hecho de que el grado de deterioro de la batería puede deducirse al analizar comparativamente los cambios de temperatura.
Como se describe anteriormente, en la presente divulgación, la tensión de la batería se mide durante una descarga de corriente constante (a partir de la cual se puede encontrar la DOD), y se mide el cambio de temperatura de la superficie de la batería para que el grado de deterioro de la batería se calcula al comparar la tasa de aumento de temperatura. Suponiendo que la pendiente de una línea recta del perfil de temperatura representado en la figura 3 es K, se obtiene la siguiente ecuación.
K = A temperatura de superficie/A DOD
Aquí, si un valor absoluto de K en la batería B sujeta a medición es mayor que un valor absoluto de K de la batería de referencia, es decir, si |K| > |K de la batería de referencia|, se puede estimar que la batería se ha degradado en comparación con la batería de referencia. Dado que el cambio de temperatura a causa de la generación de calor entrópico aumentará a medida que se degrada la batería, se puede considerar que la batería que tiene una mayor pendiente K tiene un mayor grado de deterioro.
Así, a medida que la tasa de aumento de temperatura K2 es mayor, se puede determinar que la batería tiene un mayor grado de deterioro.
En este momento, se desea que se recopile con antelación información sobre otras diversas baterías de muestra, de modo que la unidad 126 de determinación pueda obtener cuantitativamente el grado de deterioro de la batería B. Si los datos de correlación entre el grado de deterioro y la tasa de aumento de temperatura se acumulan al realizar la tercera etapa (s3) a la quinta etapa (s5) del procedimiento de análisis de SOH para varias baterías de muestra, resulta posible determinar el SOH (%) a cualquier tasa de aumento de temperatura mediante la síntesis de todos los datos. Por ejemplo, el SOC se puede clasificar en diversas secciones, de modo que la batería tiene un SOH del 100 % si la tasa de aumento de la temperatura medida de la batería es igual a la tasa de aumento de la temperatura de referencia, la batería tiene un SOH del 90 % si la tasa de aumento de temperatura aumenta dentro del 10 % de la tasa de aumento de temperatura de referencia, la batería tiene un SOH del 80 % si la tasa de aumento de temperatura aumenta dentro del 20 % de la tasa de aumento de temperatura de referencia, y similares. Esto puede variar dependiendo del tipo de batería y debe determinarse experimentalmente. Si el valor de SOH correspondiente a cada tasa de aumento de temperatura se determina con antelación, por ejemplo, almacenado en una tabla de consulta, después de que se calcula la tasa de aumento de temperatura real K2 la batería B se puede encontrar el valor de SOH correspondiente a la misma y visualizarse cuantitativamente al instante.
El SOH de la batería B analizado como se describe anteriormente puede usarse como un indicador importante para determinar si la batería B es reutilizable como se describe más adelante, y también puede usarse para la estimación de salida mientras la batería B está en uso.
La unidad 120 de control también puede determinar la salida de la batería B al utilizar el SOH analizado de la batería B y almacenar la información de salida determinada en la unidad 110 de memoria.
Según otro aspecto, la unidad 120 de control puede combinarse con una interfaz 160 de comunicación (I/F) para enviar por lo menos uno de los valores estimados de salida y SOH a un dispositivo externo (no se muestra) a través de la interfaz 160 de comunicación.
Preferiblemente, el dispositivo externo puede ser un controlador de una carga de dispositivo que se suministra con energía eléctrica desde la batería B, pero la presente divulgación no se limita a ello.
Mientras tanto, si se pretende medir la temperatura mientras la batería B se descarga a una corriente constante después de que la batería B esté completamente cargada, la temperatura puede no medirse fácilmente durante el ciclo de uso cuando la batería B está cargada y descargada. Así, por ejemplo, si la batería B es una batería de vehículo, el sistema relacionado puede configurarse de modo que la batería B esté completamente cargada y luego descargada cuando finalice la carga/descarga de la batería, por ejemplo, cuando se apaga la llave de arranque del vehículo, para realizar el procedimiento de análisis de SOH. Además, dado que la batería B está en un estado de descarga completa después de la etapa de análisis de SOH, el sistema puede configurarse de modo que la batería B esté cargada para su uso. Si la batería B está en un tipo especial de estar siempre completamente cargada y luego se usa mientras la batería B se descarga a corriente constante hasta el punto de descarga total, la etapa de análisis de SOH no se puede implementar por separado mientras la batería no está en uso, pero el sistema puede configurarse de modo que se usa el procedimiento de análisis de SOH como se indica anteriormente mientras la batería está en uso.
Además, la unidad 120 de control puede incluir de forma selectiva un procesador, un circuito integrado específico de la aplicación (ASIC), un conjunto de chips, un circuito lógico, un registro, un módem de comunicación y un dispositivo de procesamiento de datos conocido en la técnica para ejecutar diversas lógicas de control divulgadas en el presente documento.
Además, cuando la lógica de control se implementa en software, la unidad 120 de control se puede implementar como un conjunto de módulos de programa. En este caso, el módulo de programa puede almacenarse en la unidad 110 de memoria y ejecutarse por el procesador. La unidad 110 de memoria puede estar dentro o fuera del procesador y puede estar conectada al procesador con una variedad de medios bien conocidos.
Por lo menos una de las lógicas de control asociadas con la primera etapa (s1) a la quinta etapa (s2) del procedimiento de análisis de SOH como se describe anteriormente puede combinarse, y las lógicas de control combinadas pueden escribirse en sistemas de codificación legibles por ordenador y almacenarse en medios de grabación legibles por ordenador. El medio de grabación no se limita a un tipo particular e incluye cualquier tipo al que pueda acceder el procesador incluido en el ordenador. Por ejemplo, los medios de grabación pueden incluir por lo menos uno seleccionado del grupo que consiste en ROM, rAm , registro, CD-ROM, cinta magnética, disco duro, disquete y un dispositivo óptico de grabación de datos. Además, los sistemas de codificación pueden modular a una señal portadora e incluirse en una portadora de comunicación en un momento específico, y pueden almacenarse y ejecutarse en ordenadores conectados por medio de una red de manera distribuida. Además, los programas, códigos y segmentos funcionales para implementar las lógicas de control combinadas pueden deducirse fácilmente mediante programas en el campo técnico perteneciente a la presente divulgación.
El análisis de SOH según la presente divulgación puede incluirse como parte de un sistema denominado BMS. Además, el BMS puede montarse en diversos tipos de dispositivos eléctricos que pueden funcionar con energía eléctrica suministrada desde la batería B.
Según un aspecto, el dispositivo eléctrico puede ser un teléfono móvil, un dispositivo informático móvil tal como un ordenador portátil y una tableta informática, o un dispositivo multimedia portátil que incluye una cámara digital, una cámara de vídeo y un reproductor de audio/vídeo.
Según otro aspecto, el dispositivo eléctrico puede ser un dispositivo alimentado eléctricamente que puede moverse mediante electricidad tal como un vehículo eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, una bicicleta eléctrica, una motocicleta eléctrica, una locomotora eléctrica, un barco eléctrico y una aeronave eléctrica, o una herramienta eléctrica que incluye un motor tal como un taladro eléctrico y una amoladora eléctrica.
Según otro aspecto más, el dispositivo eléctrico puede ser un sistema de almacenamiento de energía de gran capacidad instalado en una red eléctrica para almacenar energía renovable o potencia redundante, o un sistema de alimentación ininterrumpida para suministrar energía a diversos tipos de dispositivos de comunicación de información, que incluyen un ordenador servidor. o un dispositivo de comunicación móvil en una situación emergente tal como un apagón.
Ahora, en lo sucesivo, el aparato de diagnóstico de reutilización de batería y el procedimiento según la presente divulgación se describirán con más detalle con referencia a la figura 4 a continuación basándose en la configuración anterior.
La figura 4 es un diagrama que muestra esquemáticamente un aparato de diagnóstico de reutilización de batería según una realización de la presente divulgación.
El aparato 300 de diagnóstico de reutilización de batería incluye el aparato 100 de análisis de SOH de la presente divulgación, un soporte 200 de batería, un dispositivo 220 de visualización y similares.
El EV y HEV se han puesto en práctica gracias a investigaciones y desarrollos recientes. Si las baterías para dichos vehículos se usan ampliamente, se generará una gran cantidad de baterías usadas a medida que los vehículos se desechen y se cambien las baterías. Las baterías usadas pueden incluir baterías averiadas, defectuosas o gastadas, pero también pueden incluir baterías que todavía están disponibles. En particular, una batería para un vehículo se puede reutilizar como batería para ESS que se puede usar en condiciones más suaves. Así, es económica y ambientalmente atractivo desechar las baterías averiadas o gravemente deterioradas entre las baterías usadas y clasificar por separado las baterías que todavía están disponibles para ser reutilizadas en otros fines.
El aparato 300 de diagnóstico de reutilización de batería de la presente divulgación puede usarse para clasificar adecuadamente las baterías usadas.
Por ejemplo, una batería B sujeta a diagnóstico de reutilización se coloca en el soporte 200 de batería y se conecta al aparato 100 de análisis de SOH a través de un circuito 210. Mientras la batería B se descarga a una corriente constante, la tensión de la batería B se mide y se envía a la unidad de memoria del aparato 100 de análisis de SOH, y la temperatura de superficie de la batería B se mide mediante la unidad 150 de medición de temperatura y se transmite a la unidad de medición y grabación del aparato 100 de análisis de SOH, con lo que se obtienen datos de temperatura de la batería B.
El aparato 100 de análisis de SOH determina el grado de deterioro de la batería B al comparar la tasa de aumento de temperatura de referencia y la tasa de aumento de temperatura de la batería B como se describe anteriormente. El resultado de cálculo y el resultado de determinación del aparato 100 de análisis de SOH realizados en este momento pueden visualizarse a través del dispositivo 220 de visualización. Por ejemplo, el perfil de temperatura descrito anteriormente con referencia a la figura 3 o el valor de SOH de la batería B leído a partir del valor de SOH almacenado para cada tasa de aumento de temperatura puede visualizarse de modo que el usuario pueda comprobar fácilmente el valor de SOH y similares. El usuario puede ver el resultado en el dispositivo 220 de visualización y determinar si descartar o reutilizar la batería B.
El procedimiento de diagnóstico de reutilización de batería según la presente divulgación se puede lograr usando el aparato de diagnóstico de reutilización de batería como se describe anteriormente, o usando el procedimiento de análisis de SOH como se describe anteriormente.
A continuación, se describirá un procedimiento de diagnóstico de reutilización de batería preferido. En primer lugar, se mide la temperatura de superficie de la batería de referencia según una DOD mientras la batería de referencia en estado de carga completa se descarga a una corriente constante, con lo que se obtiene el perfil de temperatura de referencia según una DOD. Esto corresponde a la etapa s1 de la figura 2.
A continuación, se calcula la pendiente S1 en el perfil de temperatura de referencia. Esto corresponde a la etapa s2 de la figura 2.
Posteriormente, se mide la temperatura de superficie de la batería sujeta a diagnóstico de reutilización según una DOD mientras la batería sujeta a diagnóstico de reutilización en estado de carga completa se descarga a una corriente constante, con lo que se obtiene el perfil de temperatura de la batería sujeta a diagnóstico de reutilización según una DOD. Esto corresponde a la etapa s3 de la figura 2 y también corresponde al uso del aparato de diagnóstico de reutilización de batería de la figura 4.
A continuación, se calcula la pendiente S2' en el perfil de temperatura de la batería sujeta a diagnóstico de reutilización según una DOD. Esto corresponde a la etapa s4 de la figura 2 y también corresponde al uso del aparato de diagnóstico de reutilización de batería de la figura 4.
Posteriormente, se comparan la pendiente S1 y la pendiente S2' para comprobar el grado de deterioro de la batería en comparación con la batería de referencia y determinar si se reutiliza o no la batería. Esto corresponde a la etapa s5 de la figura 2 y también corresponde al uso del aparato de diagnóstico de reutilización de batería de la figura 4.
En particular, como se describe anteriormente, a través de experimentos, se pueden preparar varias baterías de muestra con diferentes grados de deterioro, y se puede obtener la temperatura de superficie de cada batería de muestra según una DOD mientras cada batería de muestra en un estado de carga completa está a una temperatura constante, con lo que se adquiere el perfil de temperatura de cada batería de muestra según una DOD. Aquí, la pendiente S2 puede calcularse a partir del perfil de temperatura de cada batería de muestra según una DOD, y luego los datos de correlación entre el grado de deterioro y la pendiente S2 pueden acumularse y grabarse. En este caso,
puede encontrarse el grado de deterioro correspondiente a la pendiente S2' de la batería sujeta a diagnóstico y usarse para diagnosticar el grado de deterioro de la batería sujeta a diagnóstico de reutilización. Por ejemplo, si se decide reutilizar únicamente baterías con SOH mayor que el 70 % y menor que el 80% del SOH, cuando se analiza que la batería sujeta a diagnóstico de reutilización tiene un SOH del 75 %, la batería se clasificará como una batería reutilizable y luego se realizan medidas de seguimiento a la batería para el próximo uso. Sin embargo, si se analiza que la batería sujeta al diagnóstico de reutilización tiene un SOH del 60 %, la batería se clasifica como batería de residuo y se realizan medidas de seguimiento a la batería. El procedimiento de diagnóstico de reutilización de la batería según la presente divulgación se utiliza de esta manera.
Al describir diversas realizaciones de la presente divulgación, los componentes designados por “~ unidad” deben entenderse como elementos que se clasifican funcionalmente en lugar de físicamente. En consecuencia, cada componente puede combinarse de forma selectiva con otro componente, o puede dividirse en subcomponentes para una ejecución eficaz de la(s) lógica(s) de control. Sin embargo, es obvio para las personas expertas en la materia que aunque los componentes se combinen o se dividan, si se puede reconocer la igualdad de funciones, los componentes combinados o divididos deben interpretarse dentro del alcance de la presente divulgación.
La presente divulgación se ha descrito en detalle. Sin embargo, se ha de entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, si bien indican realizaciones preferibles de la divulgación, se proporcionan solo a modo de ilustración, puesto que para las personas expertas en la materia serán evidentes diversos cambios y modificaciones dentro del alcance de la divulgación a partir de esta descripción detallada.
Claims (8)
1. Un aparato de análisis de estado de salud, SOH, que comprende:
una unidad (110) de memoria configurada para almacenar una tasa de aumento de temperatura de referencia (K1) de una última mitad de descarga con una profundidad de descarga, DOD, del 50 % o más calculada a partir de datos de temperatura de referencia según una DOD de una batería de referencia; y una unidad (120) de control, en el que la unidad de control incluye:
una unidad (122 de medición y grabación configurada para medir datos de temperatura según una DOD mientras se descarga una batería (B) en un estado de carga completa y almacenar los datos de temperatura medidos en la unidad de memoria;
una unidad (124) de cálculo configurada para calcular una tasa de aumento de temperatura (K2) de la última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura según una DOD obtenida mediante la unidad de medición y grabación; y una unidad (126) de determinación configurada para determinar un grado de deterioro de la batería en comparación con la batería de referencia al comparar la tasa de aumento de temperatura de referencia (K1) y la tasa de aumento de temperatura (K2).
2. Un procedimiento de análisis de SOH, que comprende:
(a) obtener datos de temperatura de referencia según una DOD al medir la temperatura de una batería de referencia según una DOD mientras se descarga la batería de referencia en un estado de carga completa;
(b) calcular una tasa de aumento de temperatura de referencia (K1) de una última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura de referencia según una DOD;
(c) obtener datos de temperatura según una DOD al medir una temperatura de batería según una DOD mientras se descarga una batería (B) en un estado de carga completa;
(d) calcular una tasa de aumento de temperatura (K2) de la última mitad de descarga con una DOD del 50 % o más a partir de los datos de temperatura según una DOD; y
(e) determinar un grado de deterioro de la batería en comparación con la batería de referencia al comparar la tasa de aumento de temperatura de referencia (K1) y la tasa de aumento de temperatura (K2).
3. El procedimiento de análisis de SOH según la reivindicación 2, en el que la descarga en las etapas (a) y (c) es una descarga de corriente constante (CC), y la temperatura es una temperatura de superficie de la batería.
4. El procedimiento de análisis de SOH según la reivindicación 2,
en el que en las etapas (b) y (d), la tasa de aumento de temperatura se calcula mediante:
preparar un perfil de temperatura trazando datos de temperatura según una DOD; y
obtener una pendiente tangente de una gráfica de una última mitad de una DOD después de encontrar un segundo punto de inflexión de inicio en el perfil de temperatura.
5. El procedimiento de análisis de SOH según la reivindicación 2, en el que a medida que la tasa de aumento de temperatura (K2) es mayor, se determina que la batería tiene un mayor grado de deterioro.
6. Un sistema de gestión de batería, que comprende el aparato de análisis de SOH definido en la reivindicación 1.
7. Un medio de grabación legible por ordenador en el que se programa y se graba el procedimiento de análisis de SOH definido en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5.
8. Un aparato de diagnóstico de reutilización de batería, que comprende:
el aparato de análisis de SOH definido en la reivindicación 1;
un soporte (200) de batería; y
un dispositivo (220) de visualización configurado para visualizar un resultado de cálculo o un resultado de determinación del aparato de análisis de SOH.
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