ES2957172T3 - Procedimiento y aparato de medición de la impedancia de celda de batería - Google Patents
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Abstract
Se proporciona una disposición de circuito para determinar la impedancia de una celda de batería. Un primer circuito está configurado para generar formas de onda sinusoidales y coseno que tienen N valores de muestra por período. Un segundo circuito está acoplado a una salida del primer circuito y está configurado para introducir una corriente en la celda en respuesta a los valores de muestra de la forma de onda coseno. La corriente tiene una amplitud proporcional a los valores de muestra de la forma de onda coseno. Un tercer circuito está acoplado a la celda y configurado para muestrear los niveles de voltaje a través de la celda resultantes de la corriente que ingresa a la celda. Un cuarto circuito está acoplado a una salida del tercer circuito y está configurado para separar cada nivel de voltaje muestreado por el tercer circuito en componentes reales e imaginarios. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento y aparato de medición de la impedancia de celda de batería
[0001] En los vehículos eléctricos (híbridos), se utiliza un gran número de baterías conectadas en serie para generar una alta tensión que accione el motor. Para maximizar la vida útil de las celdas de batería (y la autonomía de conducción del automóvil), el estado de carga (SoC) debe mantenerse en un nivel equivalente entre las celdas de batería. Cuando se cargan las celdas de batería en una cadena conectada en serie, todas ellas reciben el mismo nivel de corriente. Por lo tanto, en principio, las celdas deben estar en el mismo SoC después de una carga. Sin embargo, existen desajustes entre las celdas de batería, como la susceptibilidad a la corriente de descarga espontánea, las diferencias entre las capacidades de las celdas y la eficiencia de convertir la corriente en energía almacenada químicamente. Por lo tanto, los SoC de las celdas de batería no serán iguales y se separarán con el tiempo, después de la carga y descarga. Si no se toman medidas, las diferencias aumentarán con cada ciclo de carga/descarga, lo que provocará una reducción de la capacidad y la vida útil de la batería.
[0002] Tales diferencias en los SoC pueden hacer que una celda de la batería se descargue en exceso durante el uso o se cargue en exceso en el procedimiento de carga. En cuanto a algunas químicas de la batería, como las baterías a base de iones de litio, la sobrecarga o sobredescarga puede dañar la celda de batería. Por ejemplo, una celda de iones de litio completamente cargada a menudo tiene una tensión que está cerca de la tensión umbral de ruptura del electrolito a partir de la cual la celda puede resultar dañada. Si una celda está cargada en exceso hasta el punto en que la tensión excede la tensión umbral de ruptura del electrolito, la celda puede resultar dañada. Para evitar tales daños, los paquetes de baterías de celdas acopladas en serie a menudo incluyen circuitos de equilibrio de celdas que igualan los SoC entre las celdas acopladas en serie. Al equilibrar los SoC de las celdas en reposo, durante la carga o descarga, se puede evitar que las celdas se carguen en exceso o se descarguen en exceso.
[0003] Al implementar el equilibrio de celdas, es importante conocer la impedancia de la celda o celdas de batería. La impedancia de la celda o celda (y la forma en que cambia con el tiempo) contribuye a estimar con precisión el SoC, el estado de función (SoF) y el estado de salud (SoH) del paquete de baterías. La impedancia también se puede utilizar para implementar estrategias óptimas de carga y descarga a fin de maximizar la vida útil, la vida útil del ciclo de la batería, y utilizar la capacidad de almacenamiento de energía disponible del paquete de baterías.
[0004] Un procedimiento para medir la impedancia es usar electroscopia. La electroscopia es una técnica que determina la impedancia de la batería a diferentes frecuencias. Una fuente impulsa una corriente a través del paquete de baterías. La fuente puede ser bien una fuente de tensión o bien una fuente de corriente. La tensión y/o la corriente impulsadas a través de una celda de batería generalmente tienen una amplitud baja, de modo que la batería puede ser considerada como un sistema lineal en el punto de medición. La corriente se convierte en una tensión mediante una resistencia conectada en serie con la batería. Los filtros de paso de banda eliminan señales no deseadas (por ejemplo, ruido y distorsión) antes de que puedan alcanzar los medidores de amplitud y fase. Las tensiones a través de la batería y la resistencia de conversión se miden con medidores de amplitud y fase idénticos. Todos los medidores y filtros de paso de banda son idénticos para asegurar la misma ganancia y tiempo de retardo en estos circuitos.
[0005] Las partes reales e imaginarias de la impedancia de la batería se determinan a partir de la información de amplitud y fase de las tensiones medidas, como se indica en,
[0006] Sin embargo, este procedimiento devuelve solo la resistencia en serie general, no la impedancia completa en función de la frecuencia. En las celdas de batería, las reacciones químicas importantes tienen constantes de tiempo que van desde milisegundos hasta muchos segundos. Con el fin de recopilar toda la información relevante de estas reacciones, un muestreo debe realizarse con una frecuencia que sea al menos dos veces mayor que la frecuencia asociada con la constante de tiempo de interés más corta (criterio de Nyquist).
[0007] Debido, en parte, a una baja tasa de muestreo que está limitada por las mediciones indirectas y el tiempo de respuesta de los filtros de paso de banda, este procedimiento no puede producir la curva de impedancia completa porque los datos medidos no contienen toda la información necesaria para encontrar la curva de impedancia a altas frecuencias.
[0008] Una o más realizaciones pueden abordar uno o más de los problemas anteriores.
[0009] El documento US 6 581 016 B1 describe un aparato para medir una impedancia que produce una corriente alterna a partir de códigos digitales representativos de una onda sinusoidal, y convertir una tensión de CA debido a una corriente alterna que fluye en un objeto a una señal digital. Un multiplicador multiplica sucesivamente los valores binarios de la señal digital por los valores binarios de los códigos digitales que representan la onda sinusoidal y una onda cosenoidal. Un acumulador añade sucesivamente los productos. Un microordenador calcula la impedancia del objeto en función de las sumas de los productos, con la consiguiente mejora de la precisión del resultado del cálculo.
[0010] El documento EP 1199767 A1 describe un dispositivo eléctrico operable por batería que incluye un circuito adaptado para generar una señal de excitación eléctrica con una frecuencia de excitación. La señal de excitación se alimenta a los terminales de batería del dispositivo, y el circuito recibe, de una batería conectada a los terminales de batería, una señal eléctrica en respuesta a la señal de excitación, y analiza la señal recibida para la impedancia de batería a la frecuencia de excitación.
[0011] El documento US 6 037 777 A describe un dispositivo que incluye un microprocesador o microcontrolador y que mide partes reales e imaginarias de inmitancia compleja de una celda o batería a n frecuencias discretas. El dispositivo determina las propiedades de la celda/batería evaluando los componentes de un modelo de circuito equivalente que comprende 2n elementos independientes de la frecuencia.
[0012] En una realización, se proporciona una disposición de circuito para determinar la impedancia de una celda de batería. Un primer circuito está configurado para generar valores de muestra representativos de una forma de onda sinusoidal y de una forma de onda cosenoidal a una frecuencia y de muestreo diana. En cada período de las respectivas formas de onda sinusoidal y cosenoidal se incluyen N valores de muestra. Un segundo circuito está acoplado a una salida del primer circuito y está configurado para introducir un impulso de corriente en la celda de batería en respuesta a los valores de muestra de la forma de onda cosenoidal. El impulso de corriente tiene una densidad que es proporcional a la amplitud de los valores de muestra de la forma de onda cosenoidal. Un tercer circuito está acoplado a la celda y configurado para muestrear los niveles de tensión a través de la celda como resultado de la entrada de corriente en la celda. El tercer circuito está configurado para muestrear niveles de tensión a una tasa de muestreo igual a una tasa de muestreo de la forma de onda cosenoidal. Un cuarto circuito está acoplado a una salida del tercer circuito y está configurado para separar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito en componentes reales e imaginarios de la impedancia de la celda.
[0013] En otra realización, se proporciona un procedimiento de determinación de la impedancia de una celda de batería. Las formas de onda sinusoidal y cosenoidal que tienen N puntos de muestra por período se generan a una frecuencia y tasa de muestreo diana. Para cada punto de muestreo de la forma de onda cosenoidal, se inyecta una corriente que tiene una amplitud correspondiente a un valor del punto de muestreo en una celda de batería. Se mide un nivel de tensión a través de la celda y se convierte de un valor analógico a uno digital a una tasa de muestreo igual a la tasa de muestreo de la forma de onda cosenoidal. El valor digital de la tensión se separa en componentes reales e imaginarios. El componente real de N valores digitales se suma para determinar una componente real de la impedancia de la celda de batería. El componente imaginario de N valores digitales se suma para determinar un componente imaginario de la impedancia de la celda de batería.
[0014] En otra realización más, se proporciona una disposición de celda de almacenamiento de energía. La disposición de celda de almacenamiento de energía incluye una pluralidad de celdas de batería acopladas en serie y un circuito de detección de impedancia acoplado a una de la pluralidad de celdas de batería. El circuito de detección de impedancia es la disposición de circuito de la invención, especificada según la reivindicación 9.
[0015] El análisis anterior no pretende describir cada realización o cada implementación. Diversas realizaciones ilustrativas pueden entenderse más completamente en consideración de la siguiente descripción detallada en relación con los dibujos adjuntos, en los que:
La FIG. 1 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de determinación de la impedancia de una celda o celdas de batería;
La FIG.2 muestra un circuito para implementar el flujo ilustrado en la FIG. 1; y
La FIG. 3 muestra una implementación ilustrativa eficiente de un generador de formas de onda que puede usarse para generar formas de onda sinusoidal y cosenoidal deseadas.
[0016] Si bien la descripción es susceptible de diversas modificaciones y formas alternativas, los ejemplos de la misma se han mostrado a modo de ejemplo en los dibujos y se describirán en detalle. Debería entenderse, sin embargo, que la intención no es limitar la descripción a las realizaciones particulares mostradas y/o descritas. Por el contrario, la intención es cubrir todas las modificaciones, equivalentes y alternativas que se encuentran dentro del alcance de la descripción.
[0017] En una o más realizaciones, la impedancia de celda se determina modulando la corriente a través de una celda de acuerdo con el espectro de frecuencia conocido. Las tensiones resultantes presentadas a través de la celda se digitalizan y procesan para derivar las impedancias de la celda.
[0018] La FIG. 1 muestra un diagrama de flujo de un procedimiento de determinación de la impedancia de una celda o celdas de batería. Las formas de onda sinusoidal y cosenoidal correspondientes se generan en el bloque 102. Cada una de las formas de onda incluye N puntos de muestreo por período. Para cada punto de muestreo de la forma de onda cosenoidal generada, se inyecta un impulso de corriente que tiene una amplitud correspondiente al punto de muestreo en una celda de batería bajo prueba en el bloque 104. Para cada punto de muestreo, una tensión presentada a través de la celda como resultado de la inyección de la corriente, se mide y digitaliza en el bloque 106. Cada tensión digitalizada se separa en componentes reales e imaginarios en el bloque 110. La tensión digitalizada se separa en componentes reales e imaginarios respectivos multiplicando la tensión digitalizada por el punto de muestreo de las formas de onda utilizadas para generar la corriente inyectada.
[0019] La multiplicación de la tensión digitalizada con el punto de muestreo correspondiente de la forma de onda cosenoidal produce el componente real de la tensión digitalizada. La multiplicación de la tensión digitalizada con el punto de muestreo correspondiente de la forma de onda sinusoidal produce el componente imaginario de la tensión digitalizada. Los componentes reales e imaginarios se acumulan respectivamente durante uno o más períodos de la forma de onda cosenoidal en el bloque 112 para producir las partes reales e imaginarias finales de la impedancia de la celda.
[0020] La FIG. 2 muestra un circuito que calcula la impedancia de la celda utilizando el procedimiento de la FIG. 1. En este ejemplo ilustrativo, un paquete de baterías que tiene un número de celdas 208 se implementa con un circuito 206 de equilibrio de celdas. Para determinar la impedancia de una celda 208, una corriente inyectada en la celda es controlada por el equilibrador de celdas de acuerdo con una forma de onda conocida. Una tensión resultante de la corriente inyectada se puede comparar con la forma de onda conocida para determinar la impedancia. El circuito incluye un generador de formas de onda 202 que está configurado para generar formas de onda sinusoidal y cosenoidal respectivas a una frecuencia y tasa de muestreo diana. En algunas realizaciones alternativas, las muestras de las formas de onda pueden recuperarse de una tabla de consulta (LUT).
[0021] Para cada muestra de una forma de onda cosenoidal producida por el generador de forma de onda 202, el circuito 204 modulador de densidad de impulso (MDI) hace que el circuito 206 equilibrador de celdas inyecte un impulso de corriente que tiene una densidad proporcional a la amplitud de la muestra de forma de onda cosenoidal. Un tensión se produce a través de la celda 208 como resultado del impulso de corriente, y la tensión se mide y digitaliza mediante el circuito 210 convertidor de analógico a digital (CAD). Cada tensión digitalizada producida por el CAD 210 se separa en componentes reales e imaginarios utilizando circuitos de multiplicación 212 para multiplicar la tensión digitalizada por una muestra correspondiente de las respectivas formas de onda sinusoidal y cosenoidal.
[0022] En particular, el componente real se aísla multiplicando 212 la tensión digitalizada con una muestra ajustada a escala del punto de muestreo particular de la forma de onda cosenoidal generada por el generador de forma de onda 202 y se utiliza para crear el impulso de corriente en la celda 208 que dio como resultado la tensión medida particular. De manera similar, el componente imaginario se aísla multiplicando la tensión digitalizada con la muestra correspondiente de la forma de onda sinusoidal producida por el generador de forma de onda 202 que se adapta mediante un escalar de calibración. El escalado de las formas de onda con un escalar de calibración (no mostrado) se describe en detalle a continuación.
[0023] Los componentes reales e imaginarios se acumulan respectivamente durante uno o más períodos de la forma de onda cosenoidal mediante los respectivos acumuladores implementados con el circuito de adición 214 y el registrador de acumulación 216. Como resultado de la acumulación, se producen partes reales e imaginarias de impedancia de la celda.
[0024] Si bien los ejemplos y realizaciones se describen principalmente con referencia a la inyección de una corriente modulada con una forma de onda conocida, una o más realizaciones alternativas pueden modular una corriente extraída de la celda por una carga con la forma de onda conocida.
[0025] Si bien los ejemplos y realizaciones utilizan principalmente la forma de onda cosenoidal generada para controlar los impulsos de corriente, una o más realizaciones alternativas pueden utilizar la forma de onda sinusoidal generada para controlar los impulsos de corriente. En tales realizaciones, un componente real de la tensión digitalizada se aísla mediante la multiplicación de la tensión digitalizada con la forma de onda sinusoidal ajustada a escala. De manera similar, un componente imaginario de la tensión digitalizada se aísla mediante la multiplicación de la tensión digitalizada con la forma de onda cosenoidal ajustada a escala.
[0026] El cálculo de la impedancia de celda con la metodología anterior puede entenderse matemáticamente.
Si la impedancia se calcula correctamente, las muestras de tensión del CAD pueden ajustarse en una forma de onda proporcional a la forma de onda cosenoidal generada por el circuito generador de forma de onda. De esta manera, la impedancia se puede calcular maximizando una función de adecuación,
cp0<* *>
definida por el desplazamiento de tensión de CC (C), la amplitud del seno (B) y el ángulo de fase ($<0>). Reescribiendo la función de tal manera que contenga un término de seno y coseno puro, las amplitudes de los términos coseno (Bsen$o) y del seno (Bcos$<0>) corresponden a las partes reales e imaginarias de la impedancia de celda.
[0027] La adecuación máxima se puede determinar para todas las muestras<$0>a $<n>de un período colocando la función en una forma lineal,
y resolviendo el vector x, dondeAes una matriz que define una combinación lineal de los componentes de desplazamiento de CC, reales e imaginarios (vector x) de la función de ajuste en los puntos donde el CADC toma las muestras (vector b).
[0028] Debido a que la fase de cada punto de muestreo se conoce por diseño, los coeficientes de la matriz A corresponden al desplazamiento de tensión de CC (C) y a la amplitud de las formas de onda sinusoidal y cosenoidal generadas. La matriz A se construye a partir de las muestras de formas de onda sinusoidal y cosenoidal generadas durante un período. La matriz A incluye una fila correspondiente a cada fase $ del período. La primera columna incluye desplazamientos de tensión de CC correspondientes a cada fase $. Para simplificar, se puede suponer que los desplazamientos de tensión de CC son uno. La segunda columna corresponde a las amplitudes de las muestras de la forma de onda cosenoidal generada, y la tercera columna corresponde a las amplitudes de las muestras de la forma de onda sinusoidal generada.
[0029] Resolviendo la ecuación de adecuación lineal, A * x = b) para x,
donde
Para encontrar los valores de los parámetros de ajuste y resolver x, la matrizMpuede calcularse a partir de la matriz de muestreo originalA.Se reconoce que las filas de la matrizMtienen propiedades interesantes. Por ejemplo, los valores de la primera fila son constantes, todos idénticos e iguales a uno respecto al número de muestras en el conjunto de datos (es decir, 1/N). La segunda fila es una versión ajustada a escala del coseno y la tercera fila es una versión ajustada a escala del seno.
[0030] El procedimiento de suma debe incluir exactamente uno o más ciclos completos de la forma de onda sinusoidal. El resultado es proporcional a las partes reales e imaginarias de la impedancia de celda a la frecuencia medida. Se requiere un escalar de calibración para encontrar los valores absolutos de Re(Z) e Im(Z). La matriz M también se puede escribir como se muestra a continuación:
Los valores C1..Cn y S1..Sn, que son los mismos valores utilizados en la matriz A, se ajustan a escala por 2/N para encontrar los valores absolutos de Re(Z) e Im(Z).
[0031] Con referencia de nuevo al circuito que se muestra en la Fig. 2, la tensión muestreada del CAD 210 se multiplica con muestras ajustadas a escala de las formas de onda sinusoidal y cosenoidal producidas por el generador de formas de onda 202. Todos los puntos de muestreo en un período de las formas de onda están representados por las respectivas filas segunda y tercera de la matrizAT,correspondiendo cada columna a una fase del período. El escalado de todos los puntos de muestreo corresponde a la multiplicación de la matrizATpor (ATA)-1 que se muestra en las ecuaciones anteriores.
[0032] La acumulación de los componentes reales realizada por el circuito es equivalente a la multiplicación de la segunda fila de la matrizMcon el vectorb.De manera similar, la acumulación de los componentes imaginarios es equivalente a la multiplicación de la tercera fila de la matrizMcon el vectorb.De esta manera, a medida que cada tensión es medida por el CAD 210, una columna de la matrizMse multiplica con el vectorbpor los circuitos de multiplicación 212. Los productos resultantes se añaden a los valores almacenados previamente en los registradores acumuladores reales e imaginarios 216. Por ejemplo, cuando llega la primera muestra y<0>del vector b, se multiplica por la primera columna de la matriz M y se almacena en el vector x. Cuando llegue la siguiente muestra y<1>del vectorb, se multiplicará con la segunda columna de la matriz, se sumará al resultado anterior y se almacenará en el registrador de acumulación 216 (se sumará al vector x). Después de acumular todas las muestras de al menos un período, las partes reales e imaginarias de la impedancia de celda están disponibles en los respectivos registradores de acumulación.
[0033] La primera fila de la matrizMes constante e igual a (1/N). Como resultado de la acumulación sobre N muestras, el valor de CC acumulado de la tensión de la celda en un período es igual a uno. El valor de CC se descarta para la espectroscopia y, por lo tanto, no es necesario que el acumulador de CC se implemente en el hardware.
[0034] La FIG. 3 muestra una implementación ilustrativa eficiente de un generador de formas de onda que puede usarse para generar formas de onda sinusoidal y cosenoidal deseadas. En este ejemplo de implementación, el circuito genera formas de onda sinusoidal y cosenoidal utilizando seis coeficientes polinómicos (C0 ... C5). Para una forma de onda sinusoidal/cosenoidal, los coeficientes pueden ser fijos y pueden estar cableados dentro del CI. Alternativamente, los coeficientes pueden ser ajustables para establecer las formas de onda generadas en una frecuencia de interés.
[0035] La generación de las formas de onda comienza cargando los coeficientes iniciales 302 en los registradores de acumulación 304. Cada registrador de acumulación 304 está acoplado a un sumador 306 y, en conjunto, el registrador de acumulación y el sumador, forman un acumulador. Cada muestra posterior se genera propagando los valores acumulados entre acumuladores vecinos. Por ejemplo, todos los acumuladores recibirán un nuevo valor que es igual a la suma de su valor actual y el valor del registrador de acumulación correspondiente al siguiente coeficiente polinómico de orden superior.
[0036] El cálculo de cada etapa puede describirse en forma de matriz mediante la fórmula:
Los vectores yn e yn<+1>describen los valores almacenados en los acumuladores antes y después de una etapa de acumulación. La matriz representa la operación de suma. Los valores de los acumuladores también pueden calcularse después de (n) etapas a partir de los valores iniciales dados por el vector y<0>(determinados por los coeficientes c<0>... c5).
[0037] La salida del primer acumulador 310, que corresponde al primer coeficiente polinómico, produce la forma de onda sinusoidal generada. La salida del segundo acumulador 312, que corresponde al primer coeficiente polinómico, es aproximadamente igual a la primera derivada de la salida del primer acumulador 310, y se puede utilizar para producir la forma de onda cosenoidal 10.
[0038] Por ejemplo, para una función aproximada de una forma de onda sinusoidaly= x - xA3/6 xA5/120, la función de la forma de onda cosenoidal correspondiente viene dada pordy/dx= 1 - xA2/2 xA4/24. Aunque el coseno se genera con una función de orden inferior, si el tamaño de la etapa de x es pequeño (como en el caso del seno/coseno), el segundo acumulador 312 proporciona una buena aproximación para la primera 15 derivada. Debido a que las muestras se acumulan durante un período completo, cualquier error inducido en la aproximación de la derivada se promediará estadísticamente. Por lo tanto, el circuito que se muestra en la FIG. 3 proporciona una implementación eficiente de hardware del generador de formas de onda.
[0039] Basándose en el análisis e ilustraciones anteriores, los expertos en la materia reconocerán fácilmente que se pueden realizar diversas modificaciones y cambios sin seguir estrictamente las 20 realizaciones y aplicaciones ilustrativas ilustradas y descritas en esta invención. Tales modificaciones no se apartan del alcance de la presente descripción, como se expone en las siguientes reivindicaciones.
Claims (15)
1. Una disposición de circuito para determinar una impedancia de una celda (208) de batería, comprendiendo el circuito:
un primer circuito (202) configurado para generar valores de muestreo representativos de una forma de onda sinusoidal y de una forma de onda cosenoidal a una frecuencia y tasa de muestreo diana, con cada periodo de la forma de onda sinusoidal incluyendo N valores de muestreo e incluyendo cada período de la forma de onda cosenoidal N valores de muestreo;
un segundo circuito (204, 206) acoplado a una salida del primer circuito y configurado para introducir un impulso de corriente en la celda en respuesta a los valores de muestreo de la forma de onda cosenoidal, teniendo el impulso de corriente una densidad que es proporcional a la amplitud de los valores de muestreo de la forma de onda cosenoidal;
un tercer circuito (210) acoplado a la celda y configurado para muestrear niveles de tensión a través de la celda que resultan de la entrada de corriente en la celda, el tercer circuito está configurado para muestrear niveles de tensión a una tasa de muestreo igual a una tasa de muestreo de la forma de onda cosenoidal; y
un cuarto circuito acoplado a una salida del tercer circuito y configurado para separar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito en componentes reales e imaginarios de la impedancia de la celda.
2. La disposición de circuito según la reivindicación 1, donde el cuarto circuito está configurado para separar cada nivel de tensión muestreado en componentes reales e imaginarios al:
multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con una forma de onda sinusoidal para generar el componente imaginario; y
multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con una forma de onda cosenoidal para generar el componente real, o multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con la forma de onda sinusoidal generada por el primer circuito ajustada a escala por un escalar de calibración para generar el componente imaginario; y
multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con la forma de onda cosenoidal del primer circuito ajustada a escala por un escalar de calibración para generar el componente real.
3. La disposición de circuito según la reivindicación 2, donde el cuarto circuito está configurado además para:
sumar los componentes reales de N de los niveles de tensión muestreados por el tercer circuito para determinar un componente real de la impedancia de la celda de batería; y
sumar los componentes imaginarios de los N de los niveles de tensión muestreados para determinar un componente imaginario de la impedancia de la celda de batería.
4. La disposición de circuito según la reivindicación 3, donde el cuarto circuito incluye:
un quinto circuito (216) acoplado y configurado para recibir y acumular el componente real generado de los niveles de tensión muestreados por el tercer circuito; y
un sexto circuito (216) acoplado y configurado para recibir y acumular el componente imaginario generado de los niveles de tensión muestreados por el tercer circuito.
5. La disposición de circuito según la reivindicación 1, donde el segundo circuito incluye:
un circuito de equilibrio de celdas (206) configurado para equilibrar la energía almacenada en una pluralidad de celdas que incluyen la celda de batería; y un circuito (204) de modulación de densidad de impulso configurado para accionar las compuertas de transistor del circuito de equilibrio de celdas.
6. La disposición de circuito según la reivindicación 3, donde el cuarto circuito determina el valor equivalente en el dominio de la frecuencia de los niveles de tensión muestreados por el tercer circuito para una banda de frecuencia correspondiente a la frecuencia de la forma de onda cosenoidal.
7. La disposición de circuito según la reivindicación 1, donde el primer circuito es un generador de forma de onda polinómica configurado para:
calcular la forma de onda sinusoidal usando M coeficientes polinómicos; y
calcular la forma de onda cosenoidal usando M-1 de los M coeficientes polinómicos.
8. La disposición de circuito según la reivindicación 7, donde el primer circuito (202) es un acumulador en cascada de M etapas, la salida de la etapa M produciendo la forma de onda sinusoidal y la salida de la etapa M-1 produciendo la forma de onda cosenoidal.
9. Una disposición de celda de almacenamiento de energía, que comprende:
una pluralidad de celdas (208) de batería acopladas en serie; y
un circuito de detección de impedancia acoplado a una de la pluralidad de celdas de batería, donde el circuito de detección de impedancia es la disposición de circuito según cualquiera de las reivindicaciones 1, 5, 7 u 8, donde el cuarto circuito está configurado para:
multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con la forma de onda sinusoidal del primer circuito para generar el componente imaginario;
multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con la forma de onda cosenoidal del primer circuito para generar el componente real;
sumar el componente real de N de los niveles de tensión muestreados por el tercer circuito para determinar un componente real de la impedancia de la celda de batería; y
sumar el componente imaginario de los N de los niveles de tensión muestreados por el tercer circuito para determinar un componente imaginario de la impedancia de la celda de batería.
10. La disposición de celda de almacenamiento de energía según la reivindicación 9, donde el segundo circuito está configurado además para introducir la corriente en una segunda de la pluralidad de celdas de batería en respuesta a los valores de muestreo de la forma de onda cosenoidal.
11. La disposición de celda de almacenamiento de energía según la reivindicación 10, que comprende además:
un quinto circuito acoplado a la segunda de la pluralidad de celdas de batería y configurado para muestrear niveles de tensión a través de la segunda celda de batería como resultado de la introducción de corriente en la segunda celda de batería; y un sexto circuito acoplado a una salida del quinto circuito y configurado para: multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el quinto circuito con la forma de onda sinusoidal del primer circuito para generar el componente imaginario;
multiplicar cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito con la forma de onda cosenoidal del primer circuito para generar el componente real;
sumar el componente real de N de los niveles de tensión muestreados por el quinto circuito para determinar un componente real de la impedancia de la celda de batería; y
sumar el componente imaginario de los N de los niveles de tensión muestreados por el quinto circuito para determinar un componente imaginario de la impedancia de la celda de batería.
12. La disposición de celda de almacenamiento de energía de la reivindicación 9, donde
el cuarto circuito está configurado para ajustar a escala las formas de onda sinusoidal y cosenoidal del primer circuito mediante un escalar de calibración; la forma de onda sinusoidal del primer circuito que se multiplica por el cuarto circuito con cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito es la forma de onda sinusoidal del primer circuito ajustada a escala por el escalar de calibración; y
la forma de onda cosenoidal del primer circuito que se multiplica por el cuarto circuito con cada nivel de tensión muestreado por el tercer circuito es la forma de onda cosenoidal del primer circuito ajustada a escala por el escalar de calibración.
13. Un procedimiento de determinación de la impedancia de una celda (208) de batería, comprendiendo el procedimiento:
generar formas de onda sinusoidal y cosenoidal a una frecuencia y tasa de muestreo diana, cada período de cada una de las formas de onda teniendo N puntos de muestreo;
para cada punto de muestreo de la forma de onda cosenoidal:
inyectar un impulso de corriente que tiene una densidad que es proporcional a la amplitud de un valor del punto de muestreo en una celda de batería;
convertir un nivel de tensión a través de la celda de un valor analógico a uno digital a una tasa de muestreo igual a la tasa de muestreo de la forma de onda cosenoidal; y
separar el valor digital de la tensión en componentes reales e imaginarios;
sumar el componente real de N valores digitales para determinar un componente real de la impedancia de la celda de batería; y
sumar el componente imaginario de los N valores digitales para determinar un componente imaginario de la impedancia de la celda de batería.
14. El procedimiento según la reivindicación 13, donde el valor digital de la tensión se separa en componentes reales e imaginarios al:
multiplicar el valor digital con la forma de onda sinusoidal para generar el componente imaginario; y multiplicar el valor digital con la forma de onda cosenoidal para generar el componente real, o multiplicar el valor digital con la forma de onda sinusoidal ajustada a escala por un escalar de calibración para generar el componente imaginario; y
multiplicar el valor digital con la forma de onda cosenoidal ajustada a escala por un escalar de calibración para generar el componente real.
15. El procedimiento según la reivindicación 13, donde la suma de los componentes reales se realiza acumulando los componentes reales a medida que se generan.
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