ES2984912T3

ES2984912T3 - Sistema de gestión de batería, método de gestión de batería, paquete de baterías y vehículo eléctrico

Info

Publication number: ES2984912T3
Application number: ES20899360T
Authority: ES
Inventors: Bom-Jin Lee
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2019-12-11
Filing date: 2020-12-11
Publication date: 2024-10-31
Anticipated expiration: 2040-12-11
Also published as: CN114402211A; US12306259B2; JP7332098B2; KR20210074004A; US20240085486A1; EP4024071B1; WO2021118311A1; CN114402211B; KR102784717B1; EP4024071A1; HUE067650T2; EP4024071A4; JP2022548516A

Abstract

Un sistema de gestión de batería según la presente invención comprende: un sensor de corriente para medir una corriente de batería, que es una corriente que fluye a través de una batería; un sensor de voltaje para medir un voltaje de batería, que es un voltaje a través de ambos terminales de la batería; y un circuito de control. El circuito de control determina un tiempo de inactividad fijo, un OCV fijo y un SOC fijo cuando recibe una señal de encendido durante un primer período de inactividad para la batería, y determina un valor de corriente acumulada de la corriente de batería durante un período de ciclo para la batería. El circuito de control inicia un segundo período de inactividad para la batería cuando recibe una señal de apagado durante el período de ciclo. El circuito de control determina un SOC de interés correspondiente a un OCV de interés, que es el voltaje de la batería durante el segundo período de inactividad. El circuito de control determina un SOH de la batería sobre la base del SOC fijo, el valor de corriente acumulada y el SOC de interés. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de gestión de batería, método de gestión de batería, paquete de baterías y vehículo eléctrico

Sector de la técnica

La presente descripción se refiere a la tecnología que determina el estado de salud (SOH, por sus siglas en inglés) de una batería mientras la batería está en reposo.

La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Coreana n.° 10-2019-0164891 presentada el 11 de diciembre de 2019 ante la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual.

Estado de la técnica

Recientemente, ha habido un rápido aumento en la demanda productos electrónicos portátiles como, por ejemplo, ordenadores portátiles, videocámaras y teléfonos móviles, y con el amplio desarrollo de los vehículos eléctricos, acumuladores para almacenamiento de energía, robots y satélites, se están llevando a cabo muchos estudios sobre las baterías de alto rendimiento que pueden recargarse de manera repetida.

Actualmente, las baterías comercialmente disponibles incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquelhidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías de litio y similares y, entre ellas, las baterías de litio tienen poco o ningún efecto de memoria y, por consiguiente, están llamando la atención más que las baterías basadas en níquel por sus ventajas de que pueden recargarse en cualquier momento, la tasa de autodescarga es muy baja y la densidad energética es alta.

Una batería experimenta repetidamente un período de ciclo en un estado de ciclo y un período de reposo en un estado de reposo. El estado de ciclo se refiere a un estado en el cual la carga/descarga de la batería se está llevando a cabo. El estado de reposo se refiere a un estado en el cual la carga/descarga de la batería se interrumpe (detiene), a saber, la corriente de la batería no fluye.

Para determinar el estado de salud (SOH) de la batería, se requiere un estado de carga (en lo sucesivo, denominado SOC, por sus siglas en inglés) de la batería. En el estado de ciclo, métodos basados en la corriente de la batería como, por ejemplo, integración de corriente (denominado 'recuento de amperios') o filtro de Kalman son útiles para determinar el s Oc de la batería.

Por el contrario, en el estado de reposo en el cual la corriente de la batería no fluye, es más deseable determinar el SOC de la batería según una curva OCV-SOC que son datos que definen una correlación entre la tensión de circuito abierto (en lo sucesivo, denominada 'OCV', por sus siglas en inglés) y SOC de la batería antes que el recuento de amperios o filtro de Kalman.

Antes de que haya pasado un tiempo suficientemente largo desde que la batería cambió del estado de ciclo al estado de reposo, el SOC de la batería es constante, mientras que la tensión a lo largo de la batería no se mantiene de manera constante debido a la histéresis generada por un historial de ciclos en el estado de ciclo.

Sin embargo, dado que la curva OCV-SOC es completamente libre de histéresis de la batería, la técnica convencional determina el SOC de la batería usando la curva OCV-SOC después de que un tiempo predeterminado (por ejemplo, 2 horas) requerido para estabilizar la batería haya transcurrido desde que la batería cambió del estado de ciclo al estado de reposo. Por consiguiente, antes de que el tiempo predeterminado haya transcurrido desde el cambio del estado de ciclo al estado de reposo, es imposible determinar el SOC de la batería a partir de la curva OCV-SOC o su precisión es baja.

Además, una tensión de batería y una corriente de batería correspondientes a información necesaria para determinar el SOC de la batería se miden por un sensor de tensión y un sensor de corriente, respectivamente. Sin embargo, cada uno del sensor de tensión y el sensor de corriente puede tener una precisión de SOC baja debido a un error de desplazamiento (correspondiente a una diferencia entre un valor real y un valor medido). En particular, el error de desplazamiento del sensor de corriente se acumula con el tiempo. El documento EP3410138 se refiere a un sistema de batería que incluye una unidad de control electrónica que se configura para calcular un deterioro por envejecimiento de la batería según un valor de tensión de circuito abierto que se calcula a partir de un valor de tensión detectado y un valor de corriente integrado que se calcula a partir de un valor de corriente detectado, y calcular el deterioro por envejecimiento de la batería (según el valor de tensión de circuito abierto y el valor de corriente integrado que se calculan cuando el nivel de carga de la batería está en la región de no histéresis).

Objeto de la invención

Problema técnico

La presente descripción pretende determinar con precisión el estado de salud (SOH) de una batería en reposo al determinar el cambio del estado de carga (SOC) desde el tiempo de finalización del período de ciclo del ciclo previo en un intervalo de tiempo predeterminado mientras la batería está en reposo según el período durante el cual la batería permanece en reposo.

Además, la presente descripción pretende además determinar una ponderación para eliminar un componente de error de SOH determinado en un intervalo de tiempo predeterminado mientras la batería está en reposo según un historial de ciclos (por ejemplo, un tiempo de ciclo, un valor de corriente integrado) en el período de ciclo del ciclo previo, un tiempo de reposo de cada uno del período de reposo del ciclo previo y el período de reposo del ciclo actual, y un error de desplazamiento de un sensor de tensión y un error de desplazamiento de un sensor de corriente mientras la batería está en reposo.

Estos y otros objetos y ventajas de la presente descripción pueden comprenderse por la siguiente descripción y serán aparentes a partir de las realizaciones de la presente descripción. Además, se comprenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente descripción pueden realizarse por los medios establecidos en las reivindicaciones anexas y una combinación de los mismos.

Solución técnica

Un sistema de gestión de batería según un aspecto de la presente descripción se provee en la reivindicación 1. El circuito de control puede configurarse para determinar un cambio de SOC que indica una diferencia entre el SOC fijo y el SOC de interés. El circuito de control puede configurarse para determinar una primera OCV corregida añadiendo el error de desplazamiento de tensión a la OCV fija o restando el error de desplazamiento de tensión de la OCV fija. El circuito de control puede configurarse para determinar un primer SOC corregido correspondiente a la primera OCV corregida a partir de una curva OCV predeterminada. La curva OCV puede definir una correlación entre OCV y SOC cuando la histéresis de la batería es 0. El circuito de control puede configurarse para determinar que el segundo factor de error es igual a un valor de un resultado de la división de una diferencia entre el SOC fijo y el primer SOC corregido por el cambio de SOC.

El circuito de control puede configurarse para determinar una segunda OCV corregida añadiendo el error de desplazamiento de tensión a la OCV de interés o restando el error de desplazamiento de tensión de la OCV de interés. El circuito de control puede configurarse para determinar un segundo SOC corregido correspondiente a la segunda OCV corregida a partir de una curva OCV. El circuito de control puede configurarse para determinar que el tercer factor de error es igual a un valor de un resultado de la división de una diferencia entre el SOC de interés y el segundo SOC corregido por el cambio de SOC.

El circuito de control puede configurarse para determinar que el cuarto factor de error es igual a un primer valor de error correspondiente al tiempo de reposo fijo a partir de una primera curva de error. La primera curva de error son datos que definen una correlación entre un tiempo de reposo y un valor de error de un primer SOC de referencia que es un SOC de la batería en el tiempo inicial del primer período de reposo.

El circuito de control puede configurarse para determinar que el quinto factor de error es igual a un segundo valor de error correspondiente al tiempo de reposo de interés a partir de una segunda curva de error. La segunda curva de error son datos que definen una correlación entre un tiempo de reposo y un valor de error para un segundo SOC de referencia que es un SOC de la batería en el tiempo inicial del segundo período de reposo.

El circuito de control puede configurarse para determinar la ponderación usando la siguiente Ecuación:

Ecuación

WS0H = M~KxFsoh

en donde W<soh>denota la ponderación, M denota una primera constante de conversión predeterminada que es mayor que 1, K denota una segunda constante de conversión predeterminada que es mayor que 0, y F<soh>denota el factor de error representativo.

El circuito de control puede configurarse para determinar un SOH efectivo que es un promedio ponderado de un número predeterminado de SOH en un orden recientemente determinado según el número predeterminado de SOH el número predeterminado de ponderaciones durante el segundo período de reposo.

Un paquete de baterías según otro aspecto de la presente descripción incluye el sistema de gestión de batería. Un vehículo eléctrico según incluso otro aspecto de la presente descripción incluye el paquete de baterías.

Un método de gestión de batería según incluso otro aspecto de la presente descripción es ejecutable por el sistema de gestión de batería.

Efectos ventajosos

Según al menos una de las realizaciones de la presente descripción, es posible determinar con precisión el estado de salud (SOH) de una batería en reposo al determinar el cambio del estado de carga (SOC) desde el tiempo de finalización del período de ciclo del ciclo previo en un intervalo de tiempo predeterminado mientras la batería está en reposo según el período durante el cual la batería permanece en reposo.

Además, según al menos una de las realizaciones de la presente descripción, es posible determinar una ponderación para eliminar un componente de error de SOH determinado en un intervalo de tiempo predeterminado mientras la batería está en reposo según un historial de ciclos (por ejemplo, un tiempo de ciclo, un valor de corriente integrado) en el período de ciclo del ciclo previo, un tiempo de reposo de cada uno del período de reposo del ciclo previo y el período de reposo del ciclo actual, un error de desplazamiento del sensor de tensión y un error de desplazamiento del sensor de corriente mientras la batería está en reposo.

Los efectos de la presente descripción no están limitados a los efectos descritos más arriba, y estos y otros efectos se comprenderán claramente por las personas con experiencia en la técnica a partir de las reivindicaciones anexas.

Descripción de las figuras

Los dibujos anexos ilustran una realización preferida de la presente descripción y, junto con la descripción detallada de la presente descripción descrita más abajo, sirven para proveer una mayor comprensión de los aspectos técnicos de la presente descripción y, por consiguiente, la presente descripción no debe interpretarse como limitada a los dibujos.

La Figura 1 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, una configuración de un vehículo eléctrico según la presente descripción.

La Figura 2 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, una curva de tensión de circuito abierto-estado de carga (OCV-SOC).

La Figura 3 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en SOC de una batería de la Figura 1 en el período de ciclo y el período de reposo de la batería.

La Figura 4 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en el valor de corriente integrado provocado por un error de desplazamiento de un sensor de corriente durante un período de ciclo de una batería de la Figura 1.

La Figura 5 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en la tensión de la batería cuando la batería de la Figura 1 cambia a un estado de reposo durante la carga.

La Figura 6 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en la tensión de la batería cuando la batería de la Figura 1 cambia a un estado de reposo durante la descarga.

La Figura 7 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, una correlación entre un período de reposo y un valor de error.

Las Figuras 8 a 11 son diagramas de flujo de cada uno de los métodos de gestión de batería que usan el sistema de gestión de batería de la Figura 1.

Descripción detallada de la invención

De aquí en adelante, las realizaciones preferidas de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos anexos. Con anterioridad a la descripción, debe comprenderse que los términos o las palabras usadas en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones anexas no deben interpretarse como limitadas a significados generales y de diccionario, sino que, más bien, deben interpretarse según los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente descripción según el principio de que el inventor puede definir los términos de manera apropiada para una mejor explicación.

Los términos que incluyen el número ordinal como, por ejemplo, “primero”, “segundo” y similares, se usan para distinguir un elemento de otro entre varios elementos, pero no pretenden limitar los elementos por estos términos. A menos que el contexto indique claramente lo contrario, se comprenderá que el término “comprende”, cuando se usa en esta memoria descriptiva, especifica la presencia de elementos establecidos, pero no excluyen la presencia o adición de uno o más elementos diferentes. Además, el término “unidad de control”, según se usa en la presente memoria, se refiere a una unidad de procesamiento de al menos una función u operación, y puede implementarse por hardware y software solos o en combinación.

Además, a lo largo de la memoria descriptiva, se comprenderá que cuando se hace referencia a un elemento como “conectado a” otro elemento, este puede conectarse directamente al otro elemento o puede haber presentes elementos intervinientes.

Con referencia a la Figura 1, el vehículo 1 eléctrico incluye un controlador 2 de vehículo, un paquete 20 de baterías, un conmutador 30, un inversor 40 y un motor 50 eléctrico.

El controlador 2 de vehículo se configura para generar una señal de conexión en respuesta al cambio de un usuario de un botón de inicio de motor (no se muestra) provisto en el vehículo 1 eléctrico a la posición ENCENDIDO. El controlador 2 de vehículo se configura para generar una señal de desconexión en respuesta al cambio de un usuario del botón de inicio de motor a la posición APAGADO.

El conmutador 30 se instala en una línea 3 de energía para la carga y descarga del paquete 20 de baterías. Es decir, el conmutador 30 se conecta a una batería B en serie a través de la línea 3 de energía. Mientras el conmutador 30 está en un estado encendido, la potencia puede transferirse de cualquiera del paquete 20 de baterías y el inversor 40 al otro. El conmutador 30 puede incluir cualquiera de los dispositivos de conmutación conocidos como, por ejemplo, una retransmisión y un transistor de efecto campo (FET, por sus siglas en inglés) o una combinación de los mismos.

El inversor 40 convierte la potencia de corriente continua suministrada desde la batería B en la potencia de corriente alterna y la suministra al motor 50 eléctrico. El motor 50 eléctrico convierte la potencia de corriente alterna del inversor 40 en energía cinética para el vehículo 1 eléctrico.

El paquete 20 de baterías incluye la batería B y un sistema 100 de gestión de batería.

La batería B incluye al menos una celda de batería. La celda de batería no está limitada a un tipo particular e incluye cualquier tipo de batería o celda recargable, por ejemplo, una celda de iones de litio.

El sistema 100 de gestión de batería incluye un sensor 110 de tensión, un sensor 120 de corriente, una memoria 140 y un circuito 150 de control. El sistema 100 de gestión de batería puede además incluir al menos uno de un sensor 130 de temperatura o un circuito 160 de comunicación.

El sensor 110 de tensión se provee para ser eléctricamente conectable a un terminal de electrodos positivos y un terminal de electrodos negativos de la batería B. El sensor 110 de tensión se configura para medir una tensión a lo largo de la batería B (en lo sucesivo denominada una “tensión de batería”) en un intervalo de tiempo predeterminado, y emitir una señal que indica la tensión de batería medida al circuito 150 de control.

El sensor 120 de corriente se instala en la línea 3 de energía y se conecta a la batería B en serie a través de la línea 3 de energía. Por ejemplo, el sensor 120 de corriente puede incluir una resistencia de derivación o un dispositivo de efecto Hall. El sensor 120 de corriente se configura para medir una corriente eléctrica que fluye a través de la línea 3 de energía (en lo sucesivo, denominada una 'corriente de batería') en un intervalo de tiempo predeterminado, y emitir una señal que indica la corriente de batería medida al circuito 150 de control. La corriente de batería medida durante la descarga de la batería B puede denominarse una 'corriente de descarga' y la corriente de batería medida durante la carga de la batería B puede denominarse una 'corriente de carga'.

El sensor 130 de temperatura se posiciona a una distancia predeterminada de la batería B. Por ejemplo, puede usarse un termopar como el sensor 130 de temperatura. El sensor 130 de temperatura se configura para medir una temperatura de la batería B (en lo sucesivo, denominada una 'temperatura de batería') en el intervalo de tiempo predeterminado, y emitir una señal que indica la temperatura de batería medida al circuito 150 de control.

La memoria 140 se configura para almacenar programas y datos necesarios para llevar a cabo los métodos de gestión de batería según las realizaciones como se describe más abajo. La memoria 140 puede incluir, por ejemplo, al menos un tipo de medio de almacenamiento de tipo memoria flash, tipo disco duro, tipo disco en estado sólido (SSD, por sus siglas en inglés), tipo de unidad de disco de silicona (SDD, por sus siglas en inglés), tipo microtarjeta multimedia, memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en inglés), memoria de acceso aleatorio estática (SRAM, por sus siglas en inglés), memoria de solo lectura (ROM, por sus siglas en inglés), memoria de solo lectura programable eléctricamente borrable (EEPROM, por sus siglas en inglés) o memoria de solo lectura programable (PROM, por sus siglas en inglés).

El circuito 150 de control se acopla, de manera utilizable, al controlador 2 de vehículo, al conmutador 30, al sensor 110 de tensión, al sensor 130 de temperatura, al sensor 120 de corriente, a la memoria 140 y al circuito 160 de comunicación. Acoplado de manera utilizable significa conexión para permitir la transmisión y recepción de señales unidireccionales y bidireccionales. El circuito 150 de control puede implementarse en hardware mediante el uso de al menos uno de circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASIC, por sus siglas en inglés), procesadores de señales digitales (DSP, por sus siglas en inglés), dispositivos de procesamiento de señales digitales (DSPD, por sus siglas en inglés), dispositivos de lógica programable (PLD, por sus siglas en inglés), matrices de puertas programables en campo (FPGA, por sus siglas en inglés), microprocesadores y unidades eléctricas para llevar a cabo otras funciones.

El circuito 160 de comunicación puede acoplarse al controlador 2 de vehículo para permitir la comunicación. El circuito 160 de comunicación puede transmitir un mensaje del controlador 2 de vehículo al circuito 150 de control, y transmitir un mensaje del circuito 150 de control al controlador 2 de vehículo. La comunicación entre el circuito 160 de comunicación y el controlador 2 de vehículo puede usar, por ejemplo, una red cableada como, por ejemplo, una red de área local (LAN, por sus siglas en inglés), una red de área de controlador (CAN, por sus siglas en inglés) y una cadena margarita y/o una red inalámbrica de campo cercano como, por ejemplo, Bluetooth, Zigbee y WiFi.

El circuito 150 de control puede determinar el SOC de la batería B según la tensión de batería, la corriente de batería y/o la temperatura de batería. La determinación del SOC durante el ciclo de la batería B puede usar métodos conocidos como, por ejemplo, recuento de amperios y filtro de Kalman. La determinación del SOC de la batería B en reposo se describirá en detalle más abajo.

La Figura 2 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, una curva OCV-SOC, la Figura 3 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en SOC de la batería de la Figura 1 en el período de ciclo y el período de reposo de la batería, la Figura 4 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en el valor de corriente integrado provocado por un error de desplazamiento del sensor de corriente durante un período de ciclo de la batería de la Figura 1, la Figura 5 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en la tensión de la batería cuando la batería de la Figura 1 cambia a un estado de reposo durante la carga, la Figura 6 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en la tensión de la batería cuando la batería de la Figura 1 cambia a un estado de reposo durante la descarga, y la Figura 7 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, una correlación entre un período de reposo y un valor de error.

Con referencia a la Figura 2, una curva 200 OCV-SOC es un conjunto de datos que definen una correlación entre OCV y SOC completamente libre de histéresis de la batería B. Por ejemplo, la curva 200 OCV-SOC pueden ser datos preadquiridos a partir del resultado de la prueba de descarga al repetir la corriente constante que se descarga en un primer tiempo de prueba y que reposa en un segundo tiempo de prueba (por ejemplo, 5 días) de la carga total a la descarga total de otra batería (o baterías) que tiene la misma especificación que la batería B en un entorno en el cual se mantiene una temperatura de referencia predeterminada (por ejemplo, 25 °C). Un método de determinación de la curva OCV-SOC no se limita a un tipo particular. La memoria 140 puede prealmacenar múltiples curvas OCV-SOC correspondientes a múltiples rangos de temperatura en una relación de uno a uno.

La Figura 3 muestra el cambio secuencial en el tiempo en SOC de la batería B mientras la batería B cambia de estado de carga a reposo en el punto temporal tA0, del estado de reposo a descarga en el punto temporal tA1, del estado de descarga a reposo en el punto temporal tB0 y se mantiene en el estado de reposo hasta el punto temporal tB1.

El período del punto temporal tA0 al punto temporal tA1 se denomina 'primer período de reposo', el período del punto temporal tA1 al punto temporal tB0 se denomina 'período de ciclo' (un período de descarga en la Figura 3), y el período del punto temporal tB0 al punto temporal tB1 se denomina 'segundo período de reposo'. La duración del primer período de reposo tA0 - tA1, un primer período de reposo Atm es (tA1 - tAü), la duración del período de ciclo tA1 ~ t[B0, un tiempo de ciclo Afcü es (tB0 - tA1), y la duración del segundo período de reposo tB0 ~ tB1, un segundo tiempo de reposo AtR2 es (tB1 - tB0). Según el punto temporal tB1, el primer período de reposo tA0 - tA1 ya se ha terminado y, por consiguiente, el primer tiempo de reposo AtR1 es un valor fijo. Por el contrario, sobre la base del punto temporal tB1, el segundo período de reposo tB0 ~ tB1 está en curso y, por consiguiente, el segundo tiempo de reposo AtR2 está aumentando. Por consiguiente, el primer tiempo de reposo AtR1 se denomina un 'tiempo de reposo fijo' y el segundo tiempo de reposo AtR2 se denomina un 'tiempo de reposo de interés'.

Cuando el circuito 150 de control recibe una señal de desconexión durante la carga/descarga de la batería B, el circuito 150 de control puede determinar un SOC de referencia que es el SOC de la batería B cuando recibe la señal de desconexión, e iniciar el período de reposo de la batería B. El inicio del período de reposo se refiere a un cambio de estado de ciclo a reposo. Por ejemplo, en las Figuras 2, 3, 5 y 6, SOCA0 indica el SOC de referencia en el tiempo inicial tA0 del primer período de reposo tA0 ~ tA1, y SOC0 indica el SOC de referencia en el tiempo inicial tB0 del segundo período de reposo tB0 - tB1. El circuito 150 de control puede determinar un OCV de referencia V<a>0 correspondiente al SOC de referencia SOCA0 y un OCV de referencia VB0 correspondiente al SOC de referencia SOCB0 de la curva 200 OCV-SOC.

Cuando el circuito 150 de control recibe una señal de conexión mientras la batería B está en reposo, el circuito 150 de control puede determinar una OCV fija y un SOC fijo que indican la tensión de la batería y el SOC respectivamente cuando reciben la señal de conexión, e iniciar el período de ciclo de la batería B. El inicio del período de ciclo se refiere a un cambio de estado de reposo a ciclo. Por ejemplo, en la Figura 2, VA1 y SOCA1 indican la OCV fija y el SOC fijo en el inicio de finalización tA1 del primer período de reposo tA0 - tA1 respectivamente.

El circuito 150 de control puede determinar una OCV de interés que es la tensión de batería en un intervalo de tiempo predeterminado (por ejemplo, 1 min) mientras la batería B está en reposo. Por ejemplo, en las Figuras 2 y 6, V1 indica la OCV de interés en el punto temporal tB1. El circuito 150 de control puede determinar un SOC de interés SOCB1 correspondiente a la OCV de interés VB1 de la curva 200 OCV-SOC.

El circuito 150 de control puede determinar un valor de corriente integrado de la corriente de batería en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga/descarga de la batería B. Con referencia a la Figura 4, una curva 401 indica un cambio en la corriente de batería real en el período de ciclo tA1 ~ tB0. En la Figura 2, dado que la batería B se descarga en el período de ciclo tA1 - tB0, la Figura 4 muestra la corriente de batería real en el valor negativo. Una curva 402 indica un resultado de reflejar un error de desplazamiento de corriente AI<oe>del sensor 120 de corriente en la curva 401. Por ejemplo, cuando la corriente de batería real es de -10 A y AI<oe>es de 0,06 A, la corriente de batería medida por el sensor 120 de corriente es de entre (-10-0,06) A y (-10+0,06) A.

Una curva 411 indica un cambio en el valor de corriente integrado según la curva 401. Una curva 412 indica un cambio en el valor de corriente integrado según la curva 402. Según se muestra, cuando una diferencia tan grande como el error de desplazamiento de corriente AI<oe>se mantiene entre la curva 401 y la curva 402 en el período de ciclo tA1 ~ tB0, una diferencia tan grande como AQ<oe>= AI<oe>x AtoD ocurre entre la curva 411 y la curva 412 en el punto temporal tB0.

Con referencia a las Figuras 2 y 5, OCV fija V<a>1 puede ser un valor de un error de desplazamiento de tensión AV<oe>del sensor 110 de tensión generado en la dirección menos para la tensión de batería real V<a>2 en el punto temporal tA1. Por consiguiente, ocurre una diferencia tan grande como ASOC<oe>1 entre los SOC fijos SOC<a>1 y s OC<a>2.

Con referencia a las Figuras 2 y 6, la OCV de interés V1 puede ser un valor de un error de desplazamiento de tensión AV<oe>generado en la dirección más para la tensión de batería real V2 en el punto temporal tB1. Por consiguiente, una diferencia tan grande como ASOC<oe>2 puede ocurrir entre los SOC de interés SOC1 y SOC2. En la Figura 7, una curva 701 indica una correlación entre un tiempo de reposo y un valor de error para el SOC de referencia SOC<a>0 prealmacenado en la memoria 140. La curva 701 pueden ser datos preadquiridos a partir del resultado de la prueba de reposo monitoreando el tiempo de reposo y la tensión de batería después de cambiar al estado de reposo después de la descarga de corriente constante de otra batería (o baterías) que tiene la misma especificación que la batería B del 100 % de SOC hasta el SOC de referencia SOC<a>0 en un entorno en el cual se mantiene la temperatura de referencia predeterminada (por ejemplo, 25 °C). La curva 701 puede almacenar cada uno de los SOC de referencia de varios valores en la memoria 140.

Con referencia a las Figuras 2, 5 y 7, dado que AtR1 es más largo, V<a>1 está más cerca de V<a>0 y, por consiguiente, el valor absoluto ASOC<rt>1 que es una diferencia entre SOC<a>0 y SOC<a>1 es más pequeño. El circuito 150 de control puede determinar un valor de error E<r>1 correspondiente a AtR1 de la curva 701. El valor de error E<r>1 puede representarse por la siguiente Ecuación 1.

Ecuación 1

En la Ecuación 1, Vprueba_int1 es la tensión de batería medida por primera vez después de que el estado de reposo se inicia por la prueba de reposo, y Vprueba_R1 es la tensión de batería medida cuando el estado de reposo se mantiene por encima de AtR1 por la prueba de reposo.

Una curva 702 indica una correlación entre un tiempo de reposo y un valor de error para el SOC de referencia SOC0 almacenado en la memoria 140. La curva 702 pueden ser datos preadquiridos a partir del resultado de la prueba de reposo monitoreando el tiempo de reposo y la tensión de batería después de cambiar al estado de reposo, después de la descarga de corriente constante de otra batería (o baterías) que tiene la misma especificación que la batería B del 100 % de SOC hasta el SOC de referencia SOC0 en un entorno en el cual se mantiene la temperatura de referencia predeterminada (por ejemplo, 25 °C).

Con referencia a las Figuras 2, 5 y 6, dado que Aí<r>2 es más largo, V<bi>está más cerca de V0 y, por consiguiente, el valor absoluto de ASOC<rt>2 que es una diferencia entre SOC0 y SOC1 es más pequeño. El circuito 150 de control puede determinar un valor de error E<r>2 correspondiente a AtR<2>de la curva 702. El valor de error E<r>2 puede representarse por la siguiente Ecuación 2.

Ecuación 1

En la Ecuación 2, Vprueba_int<2>es la tensión de batería medida por primera vez después del inicio del estado de reposo por la prueba de reposo, y Vprueba_R<2>es la tensión de batería medida cuando el estado de reposo se mantiene por encima de AtR<2>por la prueba de reposo.

De manera alternativa, la unidad 140 de memoria puede almacenar la Ecuación 1 en lugar de la curva 701 y la Ecuación 2 en lugar de la curva 702. En este caso, el circuito 150 de control puede determinar el valor de error E<r>1 reemplazando V<a>1 para Vprueba_R<1>de la Ecuación 1, y determinar el valor de error E<r>2 reemplazando V1 para Vprueba_R<2>de la Ecuación 2.

Las Figuras 8 a 11 son diagramas de flujo de cada uno de los métodos de gestión de batería que usan el sistema de gestión de batería de la Figura 1. El circuito 150 de control puede llevar a cabo el método de la Figura 8 en respuesta a una señal de conexión recibida del controlador de vehículo mientras la batería B está en reposo. En aras de la descripción, la descripción se lleva a cabo en base al período desde el punto temporal tA<0>al punto temporal tB<0>que se muestra en la Figura 3.

Con referencia a las Figuras 1, 2 a 6 y 8, en la etapa E810, el circuito 150 de control determina un tiempo de reposo fijo AtR<1>, una OCV fija V<a>1 y un SOC fijo SOC<a>1.

En la etapa E820, el circuito 150 de control cambia la batería B del estado de reposo al estado de ciclo. Es decir, se inicia el período de ciclo tA<1>- tB<0>.

En la etapa E830, el circuito 150 de control determina un valor de corriente integrado de la corriente de batería. El valor de corriente integrado es un valor del resultado de sumar la corriente de batería medida por el sensor 120 de corriente a un intervalo de tiempo predeterminado (por ejemplo, 0,1 seg) desde el tiempo de inicio del período de ciclo tA<1>- tB<0>, y su unidad es el amperio-hora (Ah).

En la etapa E840, el circuito 150 de control determina si una señal de desconexión se recibe del controlador 2 de vehículo. La etapa E830 puede repetirse en el intervalo de tiempo predeterminado (por ejemplo, 0,1 seg) hasta que se reciba una señal de desconexión.

Cuando se recibe la señal de desconexión mientras el método de la Figura 8 se está llevando a cabo, el método de la Figura 8 puede finalizar y el método de la Figura 9 puede comenzar. En aras de la descripción, la descripción se lleva a cabo en base al período desde el punto temporal tB<0>.

Con referencia a las Figuras 1, 2 a 6 y 9, en la etapa E910, el circuito 150 de control determina un tiempo de ciclo Atoo, un SOC de referencia SOC0.

En la etapa E920, el circuito 150 de control cambia la batería B del estado de ciclo al estado de reposo. Es decir, se inicia el segundo período de reposo tB<0>~ tB<1>.

En la etapa E930, el circuito 150 de control determina un tiempo de reposo de interés AtR<2>, una OCV de interés V1 y un SOC de interés SOC1.

En la etapa E940, el circuito 150 de control determina un SOH de la batería B. El SOH es información de la batería B asociada a una relación de la capacidad de corriente máxima y la capacidad de referencia predeterminada, indicada en el rango de 0 a 1 o de 0 a 100 %. La capacidad de referencia se refiere a la cantidad máxima de carga eléctrica que puede almacenarse en la batería B inmaculada (a saber, inicio de la vida). El circuito 150 de control puede determinar el SOH usando la siguiente Ecuación 3.

Ecuación 3

En la Ecuación 3, SOH<r>2 denota SOH cuando el tiempo de reposo de interés AtR2 ha pasado desde el inicio del segundo período de reposo tB0 - tB1, Qint denota la capacidad de referencia, AQ<cd>denota el valor de corriente integrado determinado por última vez antes del fin de la Figura 8, y ASOC<cd>denota un cambio de SOC que indica un cambio entre el SOC fijo SOC<a>1 y el SOC de interés SOC1. El SOH determinado en la etapa E940 puede denominarse un 'SOH temporal'.

En la etapa E950, el circuito 150 de control determina un factor de error representativo. El factor de error representativo indica la no precisión del SOH determinado en la etapa E940. El factor de error representativo corresponde a una diferencia entre el SOH real y el SOH determinado en la etapa E940. La determinación del factor de error representativo se describirá en detalle con referencia a la Figura 10 más abajo.

En la etapa E960, el circuito 150 de control determina una ponderación según el factor de error representativo. La ponderación indica fiabilidad del SOH determinado en la etapa E940. Dado que el factor de error representativo es más grande, la fiabilidad del SOH determinado en la etapa E940 es más baja. Por consiguiente, el factor de error representativo y la ponderación tienen una relación en la cual uno de los dos se reduce y el otro aumenta. Por ejemplo, el circuito 150 de control puede determinar la ponderación usando la siguiente Ecuación 4.

Ecuación 4

WS0H = M~KxFsoh

En la Ecuación 4, W<soh>denota la ponderación, M denota una primera constante de conversión predeterminada (por ejemplo, número e de Euler) que es mayor que 1, K denota una segunda constante de conversión predeterminada (por ejemplo, 0,8) que es mayor que 0, y F<soh>denota el factor de error representativo.

Los valores determinados por las etapas E930 a E960 pueden almacenarse secuencialmente en un número predeterminado de memorias intermedias dentro de la unidad 140 de memoria según el método de primera entrada primera salida. La memoria intermedia es una región de almacenamiento de información.

En la etapa E970, el circuito 150 de control aumenta un índice de recuento en 1. El índice de recuento indica el número de repeticiones para las etapas E930 a E960 durante el segundo período de reposo tB0 ~ tB1.

En la etapa E980, el circuito 150 de control determina si una señal de conexión se recibe del controlador de vehículo. Cuando se recibe la señal de conexión mientras el método de la Figura 9 se está llevando a cabo, el método de la Figura 9 puede finalizar y el método de la Figura 8 puede comenzar. Cuando el método de la Figura 9 finaliza, el índice de recuento puede restablecerse en 0.

Las etapas E930 a E970 pueden repetirse en un intervalo de tiempo predeterminado (por ejemplo, 1 min) hasta que se reciba una señal de conexión.

La Figura 10 es un diagrama de flujo que muestra, a modo de ejemplo, las subetapas de la etapa E950.

Con referencia a la Figura 10, en la etapa E1010, el circuito 150 de control determina un primer factor de error basado en el tiempo de ciclo AtcD, el valor de corriente integrado AQ<cd>y el error de desplazamiento de corriente AI<o e>. El primer factor de error puede ser igual a un valor del resultado de dividir la multiplicación del tiempo de ciclo AtcD y el error de desplazamiento de corriente AI<oe>por el valor de corriente integrado AQ<cd>. El primer factor de error corresponde a un componente de error en el SOH determinado en la etapa E940, ocurrido debido al error de desplazamiento de corriente AI<oe>acumulado en el período de ciclo tA1 - tB0.

En la etapa E1020, el circuito 150 de control determina un segundo factor de error y un tercer factor de error según la OCV fija, el SOC fijo, la OCV de interés, el SOC de interés y el error de desplazamiento de tensión.

Se describirá la determinación del segundo factor de error. El circuito 150 de control determina una primera OCV corregida añadiendo el error de desplazamiento de tensión AV<oe>a la OCV fija V<a>1 o restando el error de desplazamiento de tensión AV<oe>de la OcV fija V<a>1. En este caso, la primera OCV corregida es igual a (V<a>1+AV<o e>) o (V<a>1-AV<o e>). Posteriormente, el circuito 150 de control determina un primer SOC corregido correspondiente a la primera OCV corregida de la curva 200 OCV-SOC. Posteriormente, el circuito 150 de control puede determinar que el segundo factor de error es igual a un valor de un resultado de la división de una diferencia entre el SOC fijo SOC<a>1 y el primer SOC corregido por el cambio de SOC ASOC<cd>. El segundo factor de error corresponde a un componente de error en el SOH determinado en la etapa E940, ocurrido debido al error de desplazamiento de tensión AV<oe>en el tiempo de inicio tA1 del período de ciclo tA1 - tB0.

Se describirá la determinación del tercer factor de error. El circuito 150 de control determina una segunda OCV corregida sumando el error de desplazamiento de tensión AV<oe>a la OCV de interés V1 o restando el error de desplazamiento de tensión AV<oe>de la OCV de interés V1. En este caso, la segunda OCV corregida es igual a (V1+AV<o e>) o (V1-AV<o e>). Posteriormente, el circuito 150 de control determina un segundo SOC corregido correspondiente a la segunda OCV corregida de la curva 200 OCV-SOC. Posteriormente, el circuito 150 de control puede determinar que el tercer factor de error es igual a un valor del resultado de la división de una diferencia entre el SOC de interés SOC1 y el segundo SOC corregido por el cambio de SOC ASOC<cd>. El tercer factor de error corresponde a un componente de error en el SOH determinado en la etapa E940, ocurrido debido al error de desplazamiento de tensión AV<oe>en el punto temporal tB<1>durante el segundo período de reposo tB<0>~ tB<1>.

En la etapa E1030, el circuito 150 de control puede determinar un cuarto factor de error basado en el tiempo de reposo fijo AtR<1>. Con referencia a la Figura 7, el cuarto factor de error puede ser igual al valor de error E<r>1 según la Ecuación 1. El cuarto factor de error corresponde a un componente de error en el SOH determinado en la etapa E940, ocurrido debido al tiempo de reposo fijo AtR<1>que no es suficientemente largo.

En la etapa E1040, el circuito 150 de control puede determinar un quinto factor de error basado en el tiempo de reposo de interés AtR<2>. Con referencia a la Figura 7, el quinto factor de error puede ser igual al valor de error E<r>2 según la Ecuación 2. El quinto factor de error corresponde a un componente de error en el SOH determinado en la etapa E940, ocurrido debido al tiempo de reposo de interés AtR<2>que no es suficientemente largo.

Aunque la Figura 10 muestra que las etapas E1010 a E1040 se llevan a cabo en un orden secuencial, esto se provee a modo de ejemplo y las etapas pueden llevarse a cabo en diferentes órdenes.

El circuito 150 de control puede determinar el factor de error representativo usando la siguiente Ecuación 5.

Ecuación 5

En la Ecuación 5, F<soh>denota el factor de error representativo, Fi denota el iésimo factor de error, y w denota la iésima ponderación predeterminada que es mayor que 0. Por ejemplo, cada uno de w1 , w2, w3, w4 y ws puede ser 1.

El método de la Figura 11 puede comenzar cada vez que se lleva a cabo la etapa E970.

En la etapa E1110, el circuito 150 de control determina si el índice de recuento es igual a o mayor que un valor N predeterminado (por ejemplo, 10). Es decir, el circuito 150 de control determina si al menos N SOH y al menos N ponderaciones se almacenan secuencialmente en las memorias intermedias dentro de la unidad 140 de memoria. Un valor de la etapa E1110 que es “Sí” indica que las etapas E930 a E970 se han llevado a cabo al menos N veces durante el segundo período de reposo tB0 ~ tB1.

En la etapa E1120, el circuito 150 de control adquiere N SOH en el orden recientemente determinado de la unidad 140 de memoria. Es decir, el circuito 150 de control adquiere un conjunto de datos que indica valores de N SOH comenzando por el SOH almacenado en último lugar en la unidad 140 de memoria.

En la etapa E1130, el circuito 150 de control adquiere N ponderaciones en el orden recientemente determinado de la unidad 140 de memoria. Es decir, el circuito 150 de control adquiere un conjunto de datos que indica N ponderaciones comenzando por la ponderación almacenada en último lugar en la unidad 140 de memoria.

En la etapa E1140, el circuito 150 de control determina un SOH efectivo según los N SOH y las N ponderaciones. El SOH efectivo puede ser un promedio ponderado de los N SOH por las N ponderaciones. Por ejemplo, supongamos que SOH<r>2[1] ~ SOH<r>2[N] se adquieren como los N SOH, y W<soh>[1]~ W<soh>[N] se adquieren como las N ponderaciones. Entonces, el circuito 150 de control puede determinar el SOH efectivo usando la siguiente Ecuación 6.

Ecuación 6

En la Ecuación 6, SOHeff denota el SOH efectivo.

Cuando el SOH efectivo es igual a o menor que el umbral (por ejemplo, 75 %), el circuito 150 de control puede llevar a cabo una operación de protección predeterminada. La operación de protección puede ser, por ejemplo, emisión de un mensaje de alarma, apagado del conmutador 30, o similar. El mensaje de alarma puede transmitirse al controlador 2 de vehículo a través del circuito 160 de comunicación.

Las realizaciones de la presente descripción descritas más arriba no se implementan solo a través del aparato y método, y pueden implementarse a través de programas que llevan a cabo funciones correspondientes a las configuraciones de las realizaciones de la presente descripción o medios de grabación que tienen los programas allí registrados, y dicha implementación puede lograrse fácilmente por las personas con experiencia en la técnica sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones anexas.

Aunque la presente descripción se ha descrito en la presente memoria más arriba con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente descripción no está limitada a ello y es obvio para las personas con experiencia en la técnica que varias modificaciones y cambios pueden realizarse en los mismos sin apartarse del alcance de la invención, como se define en las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (100) de gestión de batería, que comprende:

un sensor (120) de corriente configurado para medir una corriente de batería que indica una corriente eléctrica que fluye a través de una batería (B);

un sensor (110) de tensión configurado para medir una tensión de batería que indica una tensión a lo largo de la batería (B); y

un circuito (150) de control acoplado al sensor (110) de tensión y al sensor (120) de corriente,

en donde el circuito (150) de control se configura para:

determinar una tensión de circuito abierto, OCV, fija que es la tensión de la batería en un primer punto temporal durante un primer período de reposo de la batería (B) y un SOC fijo que es un estado de carga, SOC, de la batería (B) en el primer punto temporal, e iniciar un período de ciclo de la batería (B), cuando se recibe una señal de conexión en el primer punto temporal durante el primer período de reposo de la batería (B),

determinar un valor de corriente integrado de la corriente de batería durante el período de ciclo,

iniciar un segundo período de reposo de la batería (B) cuando se recibe una señal de desconexión en un segundo punto temporal durante el período de ciclo,

determinar un tiempo de reposo fijo que es un período desde un tiempo inicial del primer período de reposo hasta el primer punto temporal, un tiempo de ciclo que es un período desde un tiempo inicial del período de ciclo hasta el segundo punto temporal, y un tiempo de reposo de interés que es una longitud de tiempo que ha pasado desde un tiempo inicial del segundo período de reposo, determinar un SOC de interés que es un SOC de la batería (B) correspondiente a una OCV de interés que es la tensión de batería durante el segundo período de reposo, y determinar un estado de salud, SOH, de la batería (b) según el SOC fijo, el valor de corriente integrado y el SOC de interés, en donde el circuito (150) de control se configura además para:

determinar un primer factor de error según el tiempo de ciclo, el valor de corriente integrado y un error de desplazamiento de corriente, en donde el error de desplazamiento de corriente indica un error de desplazamiento del sensor (120) de corriente y en donde se determina que el primer factor de error es igual a un valor de un resultado de dividir la multiplicación del tiempo de ciclo y el error de desplazamiento de corriente por el valor de corriente integrado,

determinar un segundo factor de error y un tercer factor de error según la OCV fija, el SOC fijo, la OCV de interés, el SOC de interés y un error de desplazamiento de tensión, en donde el error de desplazamiento de tensión indica un error de desplazamiento del sensor (110) de tensión,

determinar un cuarto factor de error según el tiempo de reposo fijo,

determinar un quinto factor de error según el tiempo de reposo de interés,

determinar un factor de error representativo según el primer a quinto factores de error, y

determinar una ponderación que indica fiabilidad del SOH según el factor de error representativo.

2. El sistema (100) de gestión de batería según la reivindicación 1, en donde el circuito (150) de control se configura para:

determinar un cambio de SOC que indica una diferencia entre el SOC fijo y el SOC de interés,

determinar una primera OCV corregida añadiendo el error de desplazamiento de tensión a la OCV fija o restando el error de desplazamiento de tensión de la OCV fija,

determinar un primer SOC corregido correspondiente a la primera OCV corregida de una curva OCV predeterminada, en donde la curva OCV define una correlación entre OCV y SOC cuando la histéresis de la batería (B) es 0, y

determinar que el segundo factor de error es igual a un valor de un resultado de dividir una diferencia entre el SOC fijo y el primer SOC corregido por el cambio de SOC.

3. El sistema de gestión de batería según la reivindicación 2, en donde el circuito (150) de control se configura para: determinar una segunda OCV corregida añadiendo el error de desplazamiento de tensión a la OCV de interés o restando el error de desplazamiento de tensión de la OCV de interés,

determinar un segundo SOC corregido correspondiente a la segunda OCV corregida de la curva OCV, y determinar que el tercer factor de error es igual a un valor de un resultado de la división de una diferencia entre el SOC de interés y el segundo SOC corregido por el cambio de SOC.

4. El sistema (100) de gestión de batería según la reivindicación 1, en donde el circuito (150) de control se configura para determinar que el cuarto factor de error es igual a un primer valor de error correspondiente al tiempo de reposo fijo a partir de una primera curva de error, y

la primera curva de error son datos que definen una correlación entre un tiempo de reposo y un valor de error de un primer SOC de referencia que es un SOC de la batería (B) en el tiempo inicial del primer período de reposo.

5. El sistema (100) de gestión de batería según la reivindicación 4, en donde el circuito (150) de control se configura para determinar que el quinto factor de error es igual a un segundo valor de error correspondiente al tiempo de reposo de interés a partir de una segunda curva de error, y

la segunda curva de error son datos que definen una correlación entre un tiempo de reposo y un valor de error de un segundo SOC de referencia que es un SOC de la batería (B) en el tiempo inicial del segundo período de reposo.

6. El sistema (100) de gestión de batería según la reivindicación 1, en donde el circuito (150) de control se configura para determinar la ponderación usando la siguiente Ecuación:

Ecuación

WS0H = M~kxfsoh

7. El sistema (100) de gestión de batería según la reivindicación 1, en donde el circuito (150) de control se configura para determinar un SOH efectivo que es un promedio ponderado de un número predeterminado de SOH en un orden recientemente determinado según el número predeterminado de SOH y el número predeterminado de ponderaciones durante el segundo período de reposo.

8. Un paquete (20) de baterías, que comprende el sistema (100) de gestión de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Un vehículo (1) eléctrico que comprende el paquete (20) de baterías según la reivindicación 8.

10. Un método de gestión de batería que se ejecuta por el sistema (100) de gestión de batería según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.