ES3034238T3 - Battery abnormality diagnosis apparatus and method - Google Patents

Battery abnormality diagnosis apparatus and method

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ES3034238T3 ES21856157T ES21856157T ES3034238T3 ES 3034238 T3 ES3034238 T3 ES 3034238T3 ES 21856157 T ES21856157 T ES 21856157T ES 21856157 T ES21856157 T ES 21856157T ES 3034238 T3 ES3034238 T3 ES 3034238T3
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Abstract

Un dispositivo de diagnóstico de anormalidades de batería según una realización de la presente invención puede comprender: una unidad de sensor para medir el voltaje y la corriente de una celda de batería; una unidad de cálculo de datos diferenciales para calcular datos diferenciales sobre la capacidad y el voltaje de la celda de batería; y una unidad de diagnóstico de anormalidades para diagnosticar una anormalidad de la celda de batería sobre la base de los datos diferenciales y clasificar la anormalidad por tipo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método de diagnóstico de anomalía de batería
[Campo técnico]
Referencia cruzada a la solicitud relacionada
Esta solicitud reivindica prioridad sobre y el beneficio de la solicitud de patente coreana n.° 10-2020-0100130 presentada en la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual el 10 de agosto de 2020, cuyo contenido completo se incorpora en el presente documento como.
Campo técnico
La presente invención se refiere a un aparato de diagnóstico de anomalía de batería y a un método para diagnosticar un comportamiento anómalo de una batería usando una curva diferencial para una capacidad-tensión de la batería y clasificando el tipo de anomalía.
[Antecedentes de la técnica]
Recientemente, se ha llevado a cabo activamente investigación y desarrollo de baterías secundarias. En el presente documento, las baterías secundarias, que son baterías que pueden cargarse/descargarse, pueden incluir todas las baterías de níquel (Ni)/cadmio (Cd), baterías de Ni/hidruro metálico (MH), etc. convencionales, y baterías recientes de iones de litio. Entre las baterías secundarias, una batería de iones de litio tiene una densidad de energía mucho mayor que las de las baterías de Ni/Cd, baterías de Ni/MH, etc. convencionales. Además, la batería de iones de litio puede fabricarse para que sea pequeña y ligera, de manera que la batería de iones de litio se ha usado como fuente de alimentación de dispositivos móviles. Además, la batería de iones de litio está atrayendo la atención como medio de almacenamiento de energía de próxima generación a medida que su rango de uso se amplía a la fuente de alimentación de vehículos eléctricos.
Además, la batería secundaria se usa generalmente como un bloque de baterías que incluye un módulo de batería donde una pluralidad de celdas de batería están conectadas entre sí en serie y/o en paralelo. El bloque de baterías puede gestionarse y controlarse mediante un sistema de gestión de baterías en lo que se refiere al estado y al funcionamiento.
Cuando una batería secundaria de este tipo se usa de manera continua, puede producirse un fenómeno de degradación en el que disminuye gradualmente la capacidad disponible de la batería. De manera convencional, se ha detectado un comportamiento inestable de los datos de medición para detectar la degradación de la batería, pero no es posible detectar la degradación cuando la batería funciona normalmente. Además, de manera convencional, la degradación de la batería simplemente se detecta, pero resulta difícil identificar el tipo detallado de degradación. El documento EP 4038399 A1 se refiere a un método para determinar el estado de una batería de iones de litio. El documento CN 103 698 714 A se refiere a un tipo de sistema y método de discriminación de mecanismo de destrucción de capacidad de batería, y enseña a determinar modos de degradación (“mecanismos de destrucción”) en una celda de batería, usando análisis de capacidad diferencial. En una curva dQ/dV-V, se determina la ubicación (valor de dQ/dV y V) en cada pico y valle y se usa para identificar modos de fallo, tales como pérdida de material de electrodo negativo, pérdida de iones litio, aumento de la resistencia interna. El eje de tensión se divide en pequeños intervalos, donde se suman los valores de pico dQ/dV.
El documento US 2012/169288 A1 se refiere a sistemas de batería secundaria.
[Divulgación]
[Problema técnico]
La presente invención se ha diseñado para resolver los problemas anteriores y tiene como objetivo proporcionar un aparato y un método de diagnóstico de anomalía de batería en los que, analizando datos diferenciales para la capacidad y la tensión de una batería, se diagnostica un comportamiento anómalo de la batería y se clasifica el tipo de anomalía.
[Solución técnica]
En vista de lo anterior, la presente invención propone un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1. Un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención incluye una unidad de detección que mide la tensión y la corriente de una celda de batería, una unidad de cálculo de datos diferenciales que calcula datos diferenciales para una capacidad y la tensión de la celda de batería, y una unidad de diagnóstico de anomalía que diagnostica una anomalía de la celda de batería basándose en los datos diferenciales y que clasifica el tipo de anomalía.
Un método de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención incluye medir la tensión y la corriente de una celda de batería, calcular datos diferenciales para una capacidad y la tensión de la celda de batería, y diagnosticar una anomalía de la celda de batería basándose en los datos diferenciales y clasificar el tipo de anomalía.
[Efectos ventajosos]
Según el aparato y el método de diagnóstico de anomalía de batería de la presente invención, analizando datos diferenciales para la capacidad y la tensión de una batería, puede diagnosticarse un comportamiento anómalo de la batería y puede clasificarse el tipo de anomalía.
[Descripción de los dibujos]
La figura 1 es un diagrama de bloques de un bastidor de batería general.
La figura 2 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
La figura 3 es un gráfico que muestra una forma general de los datos diferenciales calculados por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
La figura 4A es una vista que muestra la tensión de pico y la intensidad de pico máximo calculadas por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
La figura 4B es una vista que muestra una tensión de pico y una intensidad de pico en un punto específico en la carga, calculados por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería, según una realización de la presente invención.
La figura 5 es una vista que muestra un tipo de anomalía clasificado por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
La figura 6 es un diagrama de flujo que muestra un método de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
La figura 7 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de hardware de un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
[Modo para la invención]
A continuación en el presente documento, se describirán en detalle diversas realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. En este documento, se utilizarán números de referencia idénticos para componentes idénticos en los dibujos, y los componentes idénticos no se describirán de manera redundante.
Para diversas realizaciones de la presente invención divulgadas en este documento, solo se ejemplifican descripciones estructurales o funcionales específicas con el propósito de describir las realizaciones de la presente invención, y diversas realizaciones de la presente invención pueden implementarse de diversas formas, y no deben interpretarse como limitadas a las realizaciones descritas en este documento.
Tal como se usa en diversas realizaciones, los términos “1°”, “2°”, “primero”, “segundo” o similares pueden modificar diversos componentes independientemente del orden y/o la importancia, y no limitan los componentes. Por ejemplo, un primer componente puede denominarse segundo componente sin apartarse del alcance correcto de la presente divulgación, y de manera similar, el segundo componente puede denominarse primer componente.
Los términos usados en el presente documento solo se usan para describir una realización específica a modo de ejemplo de la divulgación y no pretenden limitar el alcance de otras realizaciones a modo de ejemplo de la divulgación. Debe entenderse que las expresiones singulares incluyen expresiones en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
Todos los términos usados en el presente documento, incluyendo los términos técnicos o científicos, tienen los mismos significados que entiende generalmente un experto habitual en la técnica relacionada. Se entenderá además que debe interpretarse que términos, tales como los definidos en diccionarios de uso común, tienen un significado que es coherente con su significado en el contexto de la técnica relevante y no se interpretarán en un sentido idealizado o demasiado formal a menos que se defina expresamente así en el presente documento. En algunos casos, los términos definidos en el presente documento pueden interpretarse de manera que excluya realizaciones de la presente divulgación.
La figura 1 es un diagrama de bloques de un bastidor de batería general.
Con referencia a la figura 1, se muestra esquemáticamente un sistema de control de batería que incluye un bastidor 1 de batería y un controlador 2 de nivel superior incluido en un sistema de nivel superior según una realización de la presente invención.
Tal como se muestra en la figura 1, el bastidor 1 de batería puede incluir un módulo 10 de batería que incluye una o más celdas de batería y que puede cargarse/descargarse, una unidad 4 de conmutación conectada en serie a un lado de terminal positivo (+) o un lado de terminal negativo (-) del módulo 10 de batería para controlar un flujo de corriente de carga/descarga del módulo 10 de batería, y un sistema 20 de gestión de batería (por ejemplo, MBMS) para el control y la gestión para impedir la sobrecarga y la sobredescarga mediante la monitorización de la tensión, la corriente, la temperatura, etc., del bastidor 1 de batería. El bastidor 1 de batería puede incluir una pluralidad de módulos 10 de batería, sensores 12, unidades 14 de conmutación y sistemas 20 de gestión de batería.
En el presente documento, como unidad 4 de conmutación, que es un elemento de conmutación semiconductor para controlar un flujo de corriente para cargar o descargar la pluralidad de módulos 10 de batería, por ejemplo, puede utilizarse al menos un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET), un relé, un contactor magnético, etc., según las especificaciones del bastidor 1 de batería.
El sistema 20 de gestión de batería puede medir o calcular la tensión y la corriente de una compuerta, una fuente, un drenaje, etc., del elemento de conmutación semiconductor para monitorizar la tensión, la corriente, la temperatura, etc., del bastidor 1 de batería. El sistema 20 de gestión de batería puede medir la corriente, la tensión, la temperatura, etc., del bastidor 1 de batería usando un sensor 12 proporcionado adyacente al elemento de conmutación semiconductor. En el presente documento, el sensor 12 puede corresponder a una unidad de detección de la figura 2 descrita a continuación.
El sistema 20 de gestión de batería, que es una interfaz para recibir valores de medición de los diversos parámetros descritos anteriormente, puede incluir una pluralidad de terminales y un circuito, etc., conectados al mismo para procesar valores de entrada. El sistema 20 de gestión de batería puede controlar el encendido/apagado de la unidad 4 de conmutación, por ejemplo, el MOSFET, y puede conectarse al módulo 10 de batería para monitorizar el estado de cada módulo 10 de batería.
Mientras tanto, el sistema 20 de gestión de batería según la presente invención puede calcular datos diferenciales para la capacidad y la tensión de una celda de batería a través de un programa independiente, tal como se describirá a continuación. La anomalía de la celda de batería puede diagnosticarse usando datos diferenciales calculados.
El controlador 2 de nivel superior puede transmitir una señal de control para el módulo 10 de batería al sistema 20 de gestión de batería. Por tanto, el sistema 20 de gestión de batería también puede controlarse en lo que se refiere a al funcionamiento del mismo basándose en una señal aplicada desde el controlador 2 de nivel superior. Mientras tanto, la celda de batería según la presente invención puede incluirse en el módulo 10 de batería utilizado para un sistema de almacenamiento de energía (ESS). En este caso, el controlador 2 de nivel superior puede ser un controlador de ESS. Sin embargo, el bastidor 1 de batería no se limita a dicho propósito.
Tales configuraciones del bastidor 1 de batería y el sistema 20 de gestión de batería son configuraciones bien conocidas, y por tanto no se describirán en detalle.
La figura 2 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 2, un aparato 200 de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede incluir una unidad 210 de detección, una unidad 220 de cálculo de datos diferenciales y una unidad 230 de diagnóstico de anomalía.
La unidad 210 de detección puede medir la tensión y la corriente de la celda de batería. La unidad 210 de detección puede medir la tensión y la corriente de la celda de batería a intervalos de tiempo específicos.
La unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería. Por ejemplo, la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular una curva diferencial dQ/dV para la capacidad y la tensión de la celda de batería.
En este caso, la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular datos diferenciales cuando un valor de datos medido o calculado para la celda de batería satisface una condición preestablecida. Por ejemplo, la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería cuando un cambio de corriente de carga o un cambio de corriente de descarga de la celda de batería durante un tiempo específico es mayor que un valor de referencia. Además, la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería cuando un cambio de estado de carga (SOC) durante un tiempo específico después del final de la carga/descarga de la celda de batería es menor que un valor de referencia. Tales condiciones pueden requerirse para un funcionamiento estable de un sistema de ESS.
La unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular los datos diferenciales usando muestreo con respecto a datos de tensión medidos a través de la unidad 210 de detección. En el presente documento, el muestreo con respecto a los datos de tensión puede significar un proceso de procesamiento previo para convertir la tensión de la celda de batería en datos en una forma monótonamente creciente o monótonamente decreciente. Por ejemplo, la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede realizar un muestreo con respecto a la tensión, clasificando los valores de capacidad Q de la celda de batería, que tienen una magnitud de tensión V igual, y calculando un valor promedio de los valores de capacidad de la celda de batería para cada magnitud de tensión.
Además, la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales puede calcular los datos diferenciales usando unsplinede suavizado para los datos de tensión medidos a través de la unidad 210 de detección. De esta manera, a través de la conversión para satisfacer la continuidad entre datos adyacentes, una curva de los datos diferenciales de la celda de batería puede convertirse en una forma suave.
La unidad 230 de diagnóstico de anomalía puede diagnosticar una anomalía de la celda de batería basándose en los datos diferenciales y clasificar el tipo de anomalía. La unidad 230 de diagnóstico de anomalía puede clasificar el tipo de anomalía de la celda de batería basándose en un valor de pico de los datos diferenciales. Además, la unidad 230 de diagnóstico de anomalía puede clasificar el tipo de anomalía de la celda de batería basándose en la tensión en un pico de los datos diferenciales y la intensidad del pico de los datos diferenciales.
Más específicamente, la unidad 230 de diagnóstico de anomalía puede clasificar una anomalía de la celda de batería como un primer tipo para la anomalía de la celda de batería, clasificar un primer tipo para la anomalía de la celda de batería comparando la suma de tensiones en el pico de los datos diferenciales con un primer valor de referencia preestablecido. En este caso, el primer valor de referencia puede expresarse como la suma de un promedio y una desviación estándar para los datos diferenciales (por ejemplo, |i+3a). Por ejemplo, el primer tipo de anomalía de la celda de batería puede incluir una pérdida de litio disponible.
Además, la unidad 230 de diagnóstico de anomalía puede clasificar la anomalía de la celda de batería como un segundo tipo para la anomalía de la celda de batería comparando la suma de intensidades de picos de los datos diferenciales con un segundo valor de referencia preestablecido. En este caso, el segundo valor de referencia puede expresarse como una diferencia entre el promedio y la desviación estándar (por ejemplo, |i-3a). Por ejemplo, el segundo tipo para la anomalía de la celda de batería puede incluir la reducción del área de reacción anódica.
La unidad 230 de diagnóstico de anomalía puede clasificar la anomalía de la celda de batería como un tercer tipo para la anomalía de la celda de batería comparando un valor, obtenido dividiendo la intensidad de un pico de los datos diferenciales entre una tensión en el pico de los datos diferenciales, con un tercer valor de referencia preestablecido. En este caso, el tercer valor de referencia puede expresarse como la suma del promedio y la desviación estándar para los datos diferenciales (por ejemplo, |i+3a). Por ejemplo, el tercer tipo de anomalía de la celda de batería puede incluir la reducción del área de reacción catódica.
Mientras tanto, aunque no se muestra en la figura 2, el aparato 200 de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede incluir una unidad de almacenamiento. La unidad de almacenamiento puede almacenar datos de medición de tensión y corriente de la celda de batería, datos diferenciales para la capacidad y tensión de la celda de batería, diversos datos con respecto a un tipo de anomalía de la celda de batería y similares. Sin embargo, la unidad de almacenamiento no está incluida necesariamente en el aparato 200 de diagnóstico de anomalía de batería, y la unidad de almacenamiento puede estar incluida en un servidor externo y transmitir y recibir datos a través de un módulo de comunicación independiente (no mostrado). El aparato 200 de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede incluir además una unidad de visualización. Por tanto, el aparato 200 de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede mostrar a un usuario una forma general de curva diferencial, etc., calculada a través de la unidad 220 de cálculo de datos diferenciales, en forma de un gráfico a través de la unidad de visualización. Además, la unidad de visualización puede incluir una interfaz de usuario (por ejemplo, un panel táctil, etc.) para recibir la entrada de un usuario.
Como tal, según el aparato y el método de diagnóstico de anomalía de batería de la presente invención, analizando datos diferenciales para la capacidad y la tensión de una batería, puede diagnosticarse un comportamiento anómalo de la batería y puede clasificarse el tipo de anomalía.
La figura 3 es un gráfico que muestra una forma general de los datos diferenciales calculados por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención. Con referencia a la figura 3, el eje x puede indicar una tensión V de una celda de batería, y el eje y puede indicar datos diferenciales dQ/dV (Ah/V) con respecto a la capacidad y la tensión de la celda de batería.
Tal como se muestra en la figura 3, el aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede determinar la anomalía de la celda de batería analizando una forma general de los datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería. Por ejemplo, puede producirse una anomalía en la celda de batería en partes de una curva diferencial de la figura 3 donde aparecen picos, como los puntos Ea(1), Ea(5), Ec(2) y Ea(6)pre.
Además, aplicando un método estadístico a los datos diferenciales de la figura 3, puede diagnosticarse una anomalía de la celda de batería. Por ejemplo, un valor estadístico tal como un promedio, una desviación estándar, etc., para los datos diferenciales de la celda de batería puede compararse con un valor umbral preestablecido, detectando de ese modo una anomalía de la celda de batería. En este caso, usando un esquema de análisis tal como una ventana deslizante para el promedio, la desviación estándar, etc., puede diagnosticarse una anomalía. La figura 4A es una vista que muestra la tensión de pico y la intensidad de pico máximo calculadas por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 4A, en el gráfico superior, el eje x indica el tiempo y el eje y indica la tensión V (por ejemplo, el eje x de la figura 3) donde aparece un pico máximo en los datos diferenciales de la figura 3. En el gráfico inferior de la figura 4A, el eje x indica el tiempo y el eje y indica la intensidad (Ah/V) de un pico máximo en los datos diferenciales de la figura 3. En este caso, los datos de la figura 4A, que se obtienen para un tiempo de carga/descarga de la celda de batería, pueden corresponder a Ea(5) y Ec(2) de la figura 3.
Con referencia al gráfico superior y al gráfico inferior de la figura 4A, la forma general de la tensión de pico máximo y la intensidad de pico máximo de la celda de batería tiene un pico que se encuentra dentro de un intervalo específico y luego alcanza un extremo superior o un extremo inferior durante un período específico. Por ejemplo, en la figura 4A puede observarse que los picos se generan en común en el gráfico superior y el gráfico inferior los días 2 de diciembre, el 10 de diciembre y el 26 de diciembre de 2019. Por tanto, el aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede determinar la anomalía de la celda de batería detectando un valor de pico en una curva de una tensión de pico máximo y una intensidad de pico máximo de la celda de batería.
La figura 4B es una vista que muestra una tensión de pico y una intensidad de pico en un punto específico en la carga, calculadas por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 4B, en el gráfico superior, el eje x indica el tiempo y el eje y indica la tensión V (por ejemplo, el eje x de la figura 3) donde aparece un pico máximo en los datos diferenciales de la figura 3. En el gráfico inferior de la figura 4A, el eje x indica el tiempo y el eje y indica la intensidad (Ah/V) de un pico máximo en los datos diferenciales de la figura 3. En este caso, los datos de la figura 4B, que se obtienen para un tiempo de carga/descarga de la celda de batería, pueden corresponder a Ea(6)pre de la figura 3.
Con referencia al gráfico superior y al gráfico inferior de la figura 4B, como en el caso de la figura 4A, la forma general de la tensión de pico máximo y la intensidad de pico máximo de la celda de batería tiene datos que se encuentran dentro de un intervalo específico y luego alcanzan un extremo superior o un extremo inferior durante un período específico. Por ejemplo, se generan datos anómalos el 5 de diciembre de 2019 en el gráfico superior de la figura 4B, y se generan datos anómalos el 5 de diciembre, el 10 de diciembre y el 13 de diciembre en el gráfico inferior. Por tanto, el aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede determinar la anomalía de la celda de batería mediante la detección de datos anómalos que se desvían de un intervalo preestablecido de la curva de la tensión de pico máximo y la intensidad de pico máximo de la celda de batería.
La figura 5 es una vista que muestra un tipo de anomalía clasificado por un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 5, el eje x indica un ID de una celda de batería incluida en un bastidor de batería, y el eje y indica la suma de tensiones de pico en que aparece un pico de datos diferenciales, la suma de intensidades de picos y el valor obtenido dividiendo la intensidad de un pico entre la tensión (por ejemplo, Ea(6)pre de la figura 3), respectivamente, de manera secuencial en orden desde el gráfico izquierdo.
Como tal, tal como se muestra en la figura 5, el aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede diagnosticar una anomalía de la celda de batería basándose en valores calculados a partir de los datos diferenciales y clasificar el tipo de anomalía.
Más específicamente, con referencia al primer gráfico de la figura 5, cuando la suma de tensiones en los picos de los datos diferenciales es mayor que un primer valor de referencia (por ejemplo, |i+3a), la anomalía de la celda de batería puede clasificarse como el primer tipo para la anomalía de la celda de batería. En este caso, el primer tipo puede ser una pérdida de litio disponible.
Además, con referencia al segundo gráfico de la figura 5, cuando la suma de intensidades de pico de los datos diferenciales es menor que un segundo valor de referencia preestablecido (por ejemplo, |i-3a), la anomalía de la celda de batería puede clasificarse como el segundo tipo para la anomalía de la celda de batería. En este caso, el segundo tipo puede ser una reducción del área de reacción anódica.
Además, con referencia al tercer gráfico de la figura 5, cuando el valor obtenido dividiendo la intensidad de pico de los datos diferenciales entre la tensión en un pico de los datos diferenciales es mayor que un tercer valor de referencia preestablecido (por ejemplo, |i+3a), la anomalía de la celda de batería puede clasificarse como el tercer tipo para la anomalía de la celda de batería. En este caso, el tercer tipo puede ser la reducción del área de reacción catódica.
Mientras tanto, se ha descrito con referencia a la figura 5 que los tipos primero a tercero para anomalía de la celda de batería indican la pérdida de litio disponible, la reducción del área de reacción anódica, la reducción del área de reacción catódica, respectivamente, no limitándose a ello la presente invención ello y un tipo de anomalía detectable por el aparato de diagnóstico de anomalía de batería según la presente invención puede incluirse de varias formas. Además, se ha descrito con referencia a la figura 5 que la suma de tensiones en los picos de los datos diferenciales, la suma de intensidades de pico de los datos diferenciales y el valor obtenido dividiendo la intensidad de pico de los datos diferenciales entre la tensión en un pico de los datos diferenciales se comparan con valores de referencia, no limitándose a ello la presente invención, de manera que pueden usarse otros valores calculados derivados de los datos diferenciales distintos de los valores calculados descritos anteriormente y pueden usarse diversos esquemas de diagnóstico dependiendo de la necesidad. Aunque los valores de referencia se han establecido basándose en la suma de un promedio y una desviación estándar para los datos diferenciales de la celda de batería o la diferencia entre los mismos, los valores de referencia primero a tercero pueden establecerse de diversas maneras dependiendo de la necesidad.
La figura 6 es un diagrama de flujo que muestra un método de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 6, se pueden medir la tensión y la corriente de una celda de batería en la operación S610. En este caso, en la operación S610, la tensión y la corriente de la celda de batería pueden medirse a intervalos de tiempo específicos preestablecidos.
También se determina en la operación S620 si los valores de datos de medición satisfacen una condición preestablecida. En el presente documento, la condición preestablecida puede incluir un caso en el que el cambio de corriente de carga o el cambio de corriente de descarga de la celda de batería durante un tiempo específico es mayor que un valor de referencia y el cambio de SOC durante un tiempo específico después del final de la carga/descarga de la celda de batería es menor que un valor de referencia. Esta condición puede ser necesaria para un funcionamiento estable de un sistema de ESS.
Cuando el valor de datos de medición no satisface la condición preestablecida (NO), puede realizarse un procesamiento sin clasificación en la operación S680. Por otro lado, cuando el valor de datos de medición satisface una condición preestablecida (SÍ), puede realizarse la operación S630.
En la operación S630, pueden calcularse los datos diferenciales dQ/dV para la capacidad y la tensión de la celda de batería. En este caso, usando muestreo con respecto a los datos de tensión medidos, pueden calcularse los datos diferenciales. Por ejemplo, el muestreo con respecto a la tensión puede realizarse clasificando valores de capacidad que tienen una magnitud de tensión igual de la celda de batería y calculando el valor promedio de los valores de capacidad de la celda de batería para cada magnitud de tensión, de manera que la tensión de la celda de batería puede convertirse en datos en una forma monótonamente creciente o monótonamente decreciente. En la operación S630, a través de la conversión usando unsplinede suavizado con respecto a los datos de tensión medidos para satisfacer la continuidad entre datos adyacentes, la curva de los datos diferenciales de la celda de batería puede convertirse en una forma suave.
A continuación, puede calcularse la tensión Vpico en el pico de los datos diferenciales y la intensidad del pico de los datos diferenciales, en la operación S640. En la operación S650, puede compararse la suma, XVp¡c0, de las tensiones en el pico de los datos diferenciales con un primer valor de referencia preestablecido (|i+3a). Cuando la suma de las tensiones en el pico de los datos diferenciales supera el primer valor de referencia (SÍ), se determina en la operación S655 que se produce una pérdida de litio disponible en la celda de batería.
Por otro lado, cuando la suma de las tensiones en el pico de los datos diferenciales es menor o igual que un segundo valor de referencia (NO), la suma, ^Intensidad, de las intensidades de pico de los datos diferenciales puede compararse con un segundo valor de referencia preestablecido (|i-3a) en la operación S660. Cuando la suma de las intensidades de pico de los datos diferenciales es menor que el segundo valor de referencia (SÍ), se determina en la operación S665 que se produce una reducción del área de reacción anódica en la celda de batería. Por otro lado, cuando la suma de las intensidades de pico de los datos diferenciales es mayor o igual que el segundo valor de referencia (NO), un valor, Intensidad/Vpico obtenido dividiendo la intensidad de pico de los datos diferenciales por la tensión en el pico de los datos diferenciales puede compararse con un tercer valor de referencia preestablecido (|i+3a) en la operación S671. Cuando la suma de las intensidades de pico de los datos diferenciales es mayor que el tercer valor de referencia (SÍ), se determina en la operación S675, que se produce una reducción del área de reacción catódica en la celda de batería.
Mientras tanto, cuando la suma de las intensidades de pico de los datos diferenciales es menor que el tercer valor de referencia (NO), el procedimiento puede finalizar sin clasificar el tipo de anomalía de la celda de batería, en la operación S680.
Como tal, según el método de diagnóstico de anomalía de batería de la presente invención, analizando datos diferenciales para la capacidad y la tensión de una batería, puede diagnosticarse un comportamiento anómalo de la batería y puede clasificarse el tipo de anomalía.
La figura 7 es un diagrama de bloques que muestra una estructura de hardware de un aparato de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención.
Con referencia a la figura 7, un aparato 700 de diagnóstico de anomalía de batería según una realización de la presente invención puede incluir una unidad 710 de microcontrolador (MCU), una memoria 720, una interfaz 730 de entrada/salida (I/F) y una I/F 740 de comunicación.
La MCU 710 puede ser un procesador que ejecuta varios programas (por ejemplo, un programa de diagnóstico de batería, un programa de cálculo de datos diferenciales, un programa de clasificación del tipo de anomalía de batería, etc.) almacenados en la memoria 720, procesa diversos datos para el diagnóstico de anomalía, la clasificación del tipo, etc., de la celda de batería a través de estos programas, y ejecuta las funciones descritas anteriormente de la figura 2.
La memoria 720 puede almacenar diversos programas con respecto al cálculo de datos diferenciales, el diagnóstico y la clasificación de anomalías, etc., de la celda de batería. Además, la memoria 720 puede almacenar diversos datos tales como datos de tensión y corriente medidos de la celda de batería, datos diferenciales de la celda de batería, etc.
La memoria 720 puede proporcionarse en varias versiones, dependiendo de la necesidad. La memoria 720 puede ser una memoria volátil o no volátil. Para la memoria 720 como memoria volátil, puede usarse una memoria de acceso aleatorio (RAM), RAM dinámica (DRAM), RAM estática (SRAM), etc. Para la memoria 720 como memoria no volátil, puede usarse una memoria de solo lectura (ROM), ROM programable (PROM), ROM eléctricamente alterable (EAROM), PROM borrable (EPROM), PROM borrable eléctricamente (EEPROM), memoria flash, etc. Los ejemplos enumerados anteriormente de la memoria 720 son meramente ejemplos y no se limitan a los mismos.
La I/F 730 de entrada/salida puede proporcionar una interfaz para transmitir y recibir datos conectando un dispositivo de entrada (no mostrado) tal como un teclado, un ratón, un panel táctil, etc., y un dispositivo de salida tal como una pantalla (no mostrada), etc., con la MCU 710.
La I/F 740 de comunicación, que es un componente capaz de transmitir y recibir diversos datos hacia y desde un servidor, puede ser de diversos tipos de dispositivos capaces de soportar comunicación por cable o inalámbrica. Por ejemplo, un programa para el cálculo de datos diferenciales y el diagnóstico de la celda de batería o diversos datos pueden transmitirse y recibirse hacia y desde un servidor externo proporcionado por separado a través de la I/F 740 de comunicación.
Como tal, un programa informático según una realización de la presente invención puede registrarse en la memoria 720 y procesarse por la MCU 710, implementándose de ese modo como un módulo que realiza bloques de función mostrados en la figura 2.
Aunque todos los componentes que constituyen una realización de la presente invención se han descrito anteriormente como combinados en uno o funcionando en combinación, la presente invención no se limita necesariamente a la realización. Es decir, dentro del alcance objeto de la presente invención, todos los componentes pueden funcionar combinándose selectivamente en uno o más.
Además, términos tales como “incluir”, “constituir” o “tener” descritos anteriormente pueden significar que el componente correspondiente puede ser inherente a menos que se indique lo contrario, y por tanto debe interpretarse como que incluye además otros componentes en lugar de excluir otros componentes. Todos los términos, incluidos los términos técnicos o científicos, tienen los mismos significados que los entendidos generalmente por los expertos en la técnica, a menos que se definan de otro modo. Los términos usados generalmente como términos definidos en diccionarios deben interpretarse como que tienen significados que coinciden con los significados contextuales de la tecnología relevante y no deben interpretarse como que tienen significados ideales o excesivamente formales a menos que se definan claramente en la presente invención.
La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención, y los expertos habituales en la técnica a la que pertenece la presente invención podrán realizar diversas modificaciones y variaciones sin apartarse de las características esenciales de la presente invención. Por tanto, las realizaciones divulgadas en la presente invención tienen como fin describir y no limitar el espíritu técnico de la presente invención, y el alcance del espíritu técnico de la presente invención no está limitado por estas realizaciones. El alcance de protección de la presente invención debe interpretarse según las siguientes reivindicaciones, y debe entenderse que todos los espíritus técnicos dentro del mismo alcance están incluidos en el alcance de la presente invención.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería, que comprende:
    una unidad (210) de detección que mide la tensión y la corriente de una celda de batería;
    una unidad (220) de cálculo de datos diferenciales que calcula datos diferenciales para una capacidad y la tensión de la celda de batería; y
    una unidad (230) de diagnóstico de anomalía que diagnostica una anomalía de la celda de batería basándose en los datos diferenciales y que clasifica el tipo de anomalía,
    en el que la unidad de diagnóstico de anomalía clasifica el tipo de anomalía de la celda de batería basándose en una tensión en un pico de los datos diferenciales y una intensidad de pico de los datos diferenciales,
    en el que la unidad de diagnóstico de anomalía clasifica la anomalía de la celda de batería como un primer tipo de anomalía comparando la suma de tensiones en el pico de los datos diferenciales con un primer valor de referencia preestablecido.
  2. 2. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de diagnóstico de anomalía clasifica el tipo de anomalía de la celda de batería basándose en un valor de pico de los datos diferenciales.
  3. 3. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que el primer tipo de anomalía comprende una pérdida de litio disponible.
  4. 4. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de diagnóstico de anomalía clasifica la anomalía de la celda de batería como un segundo tipo de anomalía comparando la suma de intensidades de pico de los datos diferenciales con un segundo valor de referencia preestablecido.
  5. 5. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 4, en el que el segundo tipo de anomalía comprende una reducción del área de reacción anódica.
  6. 6. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de diagnóstico de anomalía clasifica la anomalía de la celda de batería como un tercer tipo de anomalía comparando el valor obtenido dividiendo la intensidad de pico de los datos diferenciales entre una tensión en el pico de los datos diferenciales con un tercer valor de referencia preestablecido.
  7. 7. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 6, en el que el tercer tipo de anomalía comprende una reducción del área de reacción catódica.
  8. 8. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de cálculo de datos diferenciales calcula los datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería cuando un cambio de corriente de carga o un cambio de corriente de descarga de la celda de batería durante un tiempo específico es mayor que un valor de referencia.
  9. 9. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de cálculo de datos diferenciales calcula los datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería cuando un cambio de estado de carga (SOC) durante un tiempo de referencia después del final de la carga/descarga de la celda de batería es menor que un valor de referencia.
  10. 10. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de cálculo de datos diferenciales calcula los datos diferenciales usando muestreo con respecto a datos de tensión medidos a través de la unidad de detección.
  11. 11. Aparato (200) de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 1, en el que la unidad de cálculo de datos diferenciales calcula los datos diferenciales usando unsplinede suavizado con respecto a los datos de tensión medidos a través de la unidad de detección.
  12. 12. Método de diagnóstico de anomalía de batería que comprende:
    medir la tensión y la corriente de una celda de batería;
    calcular datos diferenciales para la capacidad y la tensión de la celda de batería; y
    diagnosticar una anomalía de la celda de batería basándose en los datos diferenciales y clasificar el tipo de anomalía,
    en el que el tipo de anomalía de la celda de batería se clasifica basándose en una tensión en un pico de los datos diferenciales y una intensidad de pico de los datos diferenciales,
    en el que la anomalía de la celda de batería como primer tipo de anomalía se clasifica comparando la suma de tensiones en el pico de los datos diferenciales con un primer valor de referencia preestablecido.
  13. 13. Método de diagnóstico de anomalía de batería según la reivindicación 12, en el que la clasificación del tipo de anomalía de la celda de batería se basa en un valor de pico de los datos diferenciales.
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