ES3039319T3 - Battery controller, wireless battery control system, battery pack, and battery balancing method - Google Patents

Battery controller, wireless battery control system, battery pack, and battery balancing method

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ES3039319T3
ES3039319T3 ES20801938T ES20801938T ES3039319T3 ES 3039319 T3 ES3039319 T3 ES 3039319T3 ES 20801938 T ES20801938 T ES 20801938T ES 20801938 T ES20801938 T ES 20801938T ES 3039319 T3 ES3039319 T3 ES 3039319T3
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Abstract

Se proporciona un controlador de batería, un sistema de control inalámbrico de batería, un paquete de baterías y un método de equilibrado de batería. El controlador de batería es para un módulo de batería que comprende un terminal catódico, un terminal anódico y varias celdas de batería conectadas eléctricamente en serie entre el terminal catódico y el terminal anódico. El controlador de batería comprende: una unidad de medición de voltaje para generar una señal de voltaje que indica el voltaje de cada celda de la batería; y un módulo de control. El módulo de control transmite de forma inalámbrica datos de detección que indican el voltaje de cada celda de la batería durante su funcionamiento, utilizando el voltaje de la primera celda de la celda más baja como fuente de alimentación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Controlador de batería, sistema inalámbrico de control de batería, paquete de baterías y método de equilibrado de baterías
Sector de la técnica
La presente divulgación se refiere a una tecnología que controla un módulo de batería y equilibra una pluralidad de celdas de batería incluidas en el módulo de batería.
Antecedentes de la invención
Recientemente, se ha producido un enorme aumento en la demanda de productos electrónicos portátiles tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos móviles, y, dado el amplio desarrollo de los vehículos eléctricos, los acumuladores para el almacenamiento de energía, los robots y los satélites, se están realizando muchos estudios sobre baterías secundarias de alto rendimiento que pueden recargarse repetidamente.
Actualmente, las baterías secundarias disponibles en el mercado incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías secundarias de litio y similares, y entre las mismas, las baterías secundarias de litio presentan un nivel bajo o inexistente de efecto de memoria y, por lo tanto, resultan más llamativas que las baterías secundarias a base de níquel por sus ventajas de que se pueden recargar cuando sea conveniente, su tasa de autodescarga es muy baja y su densidad de energía es alta.
Un paquete de baterías para utilizar en aplicaciones de vehículos eléctricos generalmente incluye una pluralidad de módulos de batería, conectados en serie, y una pluralidad de controladores de batería. Cada controlador de batería supervisa y controla el estado del módulo de batería que gestiona. Recientemente, para satisfacer la demanda de paquetes de baterías de alta capacidad y alto rendimiento, también se aumenta el número de módulos de batería incluidos en el paquete de baterías. Para gestionar eficientemente el estado de cada módulo de batería incluido en el paquete de baterías, se divulga una estructura con maestro único-múltiples esclavos. La estructura con maestro únicomúltiples esclavos incluye una pluralidad de controladores esclavos proporcionados en la pluralidad de módulos de batería, en una relación de uno a uno, y un controlador maestro para controlar el funcionamiento general de la pluralidad de controladores esclavos. El controlador maestro está configurado para comunicarse con la pluralidad de controladores esclavos a través de un canal inalámbrico, proporcionando de este modo un sistema inalámbrico de control de batería.
Cada controlador esclavo puede denominarse "controlador de batería", y generalmente utiliza una tensión de módulo, en concreto, una tensión a través del módulo de batería correspondiente al controlador esclavo como su potencia de funcionamiento. La tensión de módulo (p. ej., 12V) del módulo de batería que incluye una pluralidad de celdas de batería es muy superior al límite superior del intervalo de tensión (p. ej., entre 1,8 y 3,6 V) que se necesita para reactivar (activar) el controlador esclavo correspondiente al módulo de batería correspondiente. Por consiguiente, cada controlador esclavo necesita un circuito de alimentación (por ejemplo, un convertidor de corriente continua (CC)-CC) para reducir la tensión de módulo a la tensión nominal necesaria para reactivar el controlador esclavo.
Otra técnica anterior se describe en el documento EP 3252864 A1, que divulga un sistema inalámbrico de batería que asigna un controlador de celda (CC) a una celda, detecta el estado de la celda y comunica de forma inalámbrica a un controlador de batería (BC) el estado de la celda detectado por el controlador de celda. Durante la comunicación inalámbrica, el controlador de batería transmite una baliza al controlador de celda y especifica una duración para la medición del entorno de ondas de radio y una frecuencia que debe medirse como condición. El controlador de celda realiza la medición del entorno de ondas de radio en las condiciones especificadas y, a continuación, devuelve el resultado de la medición junto con el estado de la celda al controlador de batería.
Explicación de la invención
Problema técnico
La presente divulgación está dirigida a proporcionar un controlador de batería que se reactiva con la energía suministrada por una celda de batería específica de un módulo de batería, siendo de este modo posible transmitir de forma inalámbrica la información del módulo sin añadir un circuito de alimentación para convertir la tensión de módulo del módulo de batería en la tensión nominal necesaria para activar el controlador de batería, un sistema inalámbrico de control de batería y un paquete de baterías.
Estos/as y otros/as objetos y ventajas de la presente divulgación se entenderán mediante la siguiente descripción y serán evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Además, se entenderá fácilmente que los objetos y las ventajas de la presente divulgación se pueden realizar por los medios establecidos en las reivindicaciones adjuntas y las combinaciones de las mismas.
Solución técnica
Un controlador de batería de acuerdo con un aspecto de la presente divulgación está definido por la reivindicación independiente 1 y, en particular, sirve para un módulo de batería que comprende un borne positivo, un borne negativo y una pluralidad de celdas de batería conectadas eléctricamente en serie entre el borne positivo y el borne negativo. El controlador de batería comprende una unidad de medición de tensión configurada para generar una señal de tensión que indica una tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería, un módulo de control acoplado a la unidad de medición de tensión, y un circuito de equilibrado. El módulo de control está configurado para reactivarse utilizando una primera tensión de celda, de la celda más inferior entre la pluralidad de celdas de batería, como energía para operar el módulo de control. El módulo de control está configurado para transmitir de forma inalámbrica datos de detección que indican la tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería mientras el módulo de control está en funcionamiento. El circuito de equilibrado está conectado eléctricamente en paralelo a un circuito de celdas en serie de las celdas de batería restantes, excepto por la celda más inferior entre la pluralidad de celdas de batería.
El módulo de control comprende un borne de entrada de potencia conectado eléctricamente a un borne positivo de la celda más inferior, y un borne de referencia conectado eléctricamente a un borne negativo de la celda más inferior. El controlador de batería puede comprender además un circuito de protección conectado eléctricamente entre el borne positivo de la celda más inferior y el borne de entrada de potencia. El circuito de protección puede estar configurado para regular una tensión entre el borne de entrada de potencia y el borne de referencia, igual o menor que una tensión predeterminada.
El circuito de protección puede comprender un diodo Zener, que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al borne positivo de la celda más inferior y un segundo extremo conectado eléctricamente al borne de entrada de potencia.
El módulo de control puede estar configurado para determinar una tensión de celda de referencia basándose en la tensión de celda de al menos una celda de batería incluida en el circuito de celdas en serie. El módulo de control puede estar configurado para emitir al circuito de equilibrado una señal de control de equilibrado cuando la tensión de celda de referencia sea superior a la primera tensión de celda. El circuito de equilibrado está configurado para formar una vía de descarga para el circuito de celdas en serie, en respuesta a la señal de control de equilibrado.
El circuito de equilibrado puede comprender una resistencia de descarga y un interruptor de descarga, conectado en serie a la resistencia de descarga. El interruptor de descarga se enciende en respuesta a la señal de control de equilibrado.
El módulo de control puede estar configurado para determinar un ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado basándose en una diferencia de tensión de referencia, que es una tensión obtenida restando la primera tensión de celda de la tensión de celda de referencia.
El módulo de control puede estar configurado para determinar el ciclo de trabajo utilizando la siguiente Ecuación 1:
[Ecuación 1]
D<b_ v>- AV<1>x C<1>
En la Ecuación 1, D<b_ v>es el ciclo de trabajo, AV<1>es la diferencia de tensión de referencia, y C<1>es un factor de escala predeterminado.
El controlador de batería puede comprender además un sensor de corriente, configurado para generar una señal de corriente que indique una corriente que fluye desde el borne positivo de la celda más inferior hasta el borne de entrada de potencia. El módulo de control puede estar configurado para determinar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado basándose además en la señal de corriente.
El módulo de control puede estar configurado para determinar, basándose en la señal de corriente, una capacidad de descarga de la celda más inferior para cada periodo de supervisión predeterminado. El módulo de control puede estar configurado para determinar el ciclo de trabajo utilizando la siguiente Ecuación 2:
[Ecuación 2]
D<b_ v i>- (AV<1>x C<1>) x W<1>+ (AQ x C<2>) x W<2>
En la Ecuación 2, D<b_ vi>es el ciclo de trabajo, AV<1>es la diferencia de tensión de referencia, C<1>es un primer factor de escala predeterminado, AQ es la capacidad de descarga, C<2>es un segundo factor de escala predeterminado, W<1>es un primer peso predeterminado, y W<2>es un segundo peso predeterminado.
Un sistema inalámbrico de control de batería de acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación comprende el controlador de batería.
Un paquete de baterías de acuerdo con otro aspecto de la presente divulgación comprende el sistema de control inalámbrico de batería.
Un método de equilibrado de batería para una pluralidad de celdas de batería, conectadas en serie entre un borne positivo y un borne negativo de un módulo de batería de acuerdo con otro aspecto más de la presente divulgación, como se define mediante la reivindicación independiente 13, comprende medir una tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería, determinar una tensión de celda de referencia basándose en la tensión de celda de al menos una celda de batería incluida en un circuito de celdas en serie de las celdas de batería restantes, excepto por la celda más inferior entre la pluralidad de celdas de batería, en donde la celda más inferior se usa como energía para operar un controlador de batería para el módulo de batería, determinar un primer ciclo de trabajo basándose en una diferencia de tensión de referencia, que es una tensión obtenida restando la primera tensión de celda de la tensión de celda de referencia, cuando la tensión de celda de referencia es superior a la primera tensión de celda más inferior, y enviar una señal de control de equilibrado que tiene el primer ciclo de trabajo a un interruptor de descarga de un circuito de equilibrado conectado en paralelo al circuito de celdas en serie.
El método de equilibrado de batería puede además comprender determinar un segundo ciclo de trabajo basándose en una diferencia entre una tensión de celda umbral y la tensión de celda de referencia y el primer ciclo de trabajo, cuando la tensión de celda de referencia es inferior a la tensión de celda umbral, el segundo ciclo de trabajo es menor que el primer ciclo de trabajo, y emitir al interruptor de descarga la señal de control de equilibrado que tiene el segundo ciclo de trabajo.
Efectos ventajosos
De acuerdo con al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, en lugar de la tensión de módulo del módulo de batería, puede usarse la tensión de celda de una celda de batería específica (p. ej., una celda de batería situada en la posición más baja), incluida en el módulo de batería, como la energía de funcionamiento del controlador de batería. Por lo tanto, es posible reactivar el controlador de batería sin añadir un circuito de alimentación para convertir la tensión de módulo a la tensión nominal necesaria para reactivar el controlador de batería.
Los efectos de la presente divulgación no se limitan a los efectos mencionados anteriormente, y los expertos en la técnica entenderán claramente a partir de las reivindicaciones adjuntas otros efectos no mencionados en el presente documento.
Breve descripción de los dibujos
Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación y, junto con la siguiente descripción detallada de la presente divulgación, sirven para proporcionar una mayor comprensión de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, por lo tanto, la presente divulgación no debe interpretarse como limitada a los dibujos.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra la configuración de un paquete de baterías de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de un maestro mostrado en la FIG. 1. La FIG. 3 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de un esclavo de acuerdo con una primera realización de la presente divulgación.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de un esclavo de acuerdo con una segunda realización de la presente divulgación.
La FIG. 5 es un diagrama de flujo que muestra un método para equilibrar una pluralidad de celdas de batería incluidas en un módulo de batería usando el esclavo de acuerdo con la primera realización de la FIG. 3.
La FIG. 6 es un diagrama de flujo que muestra un método para equilibrar una pluralidad de celdas de batería incluidas en un módulo de batería utilizando el esclavo de acuerdo con la segunda realización de la FIG. 4.Realización preferente de la invención
En lo sucesivo en el presente documento, se describirán las realizaciones preferidas de la presente divulgación en detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debería entenderse que no debe interpretarse que los términos o las palabras que se usan en la memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas están limitados a significados generales y del diccionario, sino que deben interpretarse basándose en los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente divulgación considerando que el inventor puede definir los términos apropiadamente para una mejor explicación.
Adicionalmente, al describir la presente divulgación, cuando se considere que determinada descripción detallada de elementos o funciones conocidos pertinentes hace que el tema principal de la presente divulgación sea ambiguo, la descripción detallada se omitirá en el presente documento.
Los términos que incluyen un número ordinal, tal como "primero", "segundo/a" y similares, pueden usarse para distinguir un elemento de otro de entre diversos elementos, pero sin intención de limitar los elementos mediante estos términos.
A menos que el contexto indique claramente lo contrario, se entenderá que el término "comprende" o "incluye", cuando se utiliza en esta memoria descriptiva, especifica la presencia de elementos mencionados, pero no excluye la presencia o adición de uno o más otros elementos. Adicionalmente, la expresión "unidad de control", como se utiliza en el presente documento, se refiere a una unidad de procesamiento de al menos una función u operación, y esta puede implementarse porhardwareosoftwarepor sí solos o combinados.
Además, a lo largo de la memoria descriptiva, se entenderá, además, que, cuando se hace referencia a un elemento "conectado a" otro elemento, este puede estar conectado directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios.
La FIG. 1 es un diagrama esquemático que muestra una configuración de un paquete de baterías de acuerdo con la presente divulgación.
Haciendo referencia a la FIG. 1, el paquete de baterías 10 incluye una pluralidad de módulos de batería 20<1>a 20<n>(n es un número natural, 2 o mayor), al menos un relé Relé<1>, Relé<2>, y un sistema de control de batería inalámbrico 30. El paquete de baterías 10 puede montarse en un sistema eléctrico 1 (p. ej., un vehículo eléctrico) para suministrar la energía necesaria para el funcionamiento del sistema eléctrico.
Cada uno de los módulos de batería 20<1>a 20<n>puede incluir unas celdas de batería 21<1>a 21<m>(véase la FIG. 3). El relé Relé<1>puede instalarse en una vía de corriente grande en el lado de un borne positivo (P ) del paquete de baterías 10. El relé R e é puede instalarse en una vía de corriente grande en el lado de un borne negativo (P-) del paquete de baterías 10. Cualquiera de los relés Relé<1>y R e é puede extraerse del paquete de baterías 10, en caso necesario.
El sistema de control de batería inalámbrico 30 incluye una pluralidad de controladores 100<1>a 100<n>y un controlador 200. En lo sucesivo en el presente documento, cada uno de la pluralidad de controladores de batería 100<1>a 100<n>se denomina "esclavo", y el controlador 200 se denomina "maestro".
Los esclavos 100<1>a 100<n>están conectados eléctricamente a los módulos de batería 20<1>a 20<n>en una relación de uno a uno.
Donde i = 1 a n, el esclavo 100<i>está conectado eléctricamente al módulo de batería 20<i>, para supervisar el estado del módulo de batería 20<i>.
El esclavo 100<i>está configurado para medir un parámetro de módulo asociado con el estado del módulo de batería 20<1>. Por ejemplo, la tensión de módulo del módulo de batería 20<i>y la tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería 21<1>a 21<m>incluidas en el módulo de batería 20<i>pueden medirse como el parámetro de módulo del módulo de batería 20<i>.
El esclavo 100<i>realiza diversas funciones (por ejemplo, equilibrado) para controlar el estado del módulo de batería 20<i>. Cada función puede ser realizada directamente por el esclavo 100<i>basándose en el estado del módulo de batería 20<i>o puede realizarse en respuesta a una orden del maestro 200.
El maestro 200 puede estar acoplado a cada uno de los esclavos 100<1>a 100<n>para permitir la comunicación inalámbrica. El maestro 200 recibe datos de detección transmitidos inalámbricamente desde los esclavos 100<1>a 100<n>. Además, el maestro 200 transmite inalámbricamente la orden para controlar el estado de al menos uno de los esclavos 100<1>a 100<n>basándose en los datos de detección de los esclavos 100<1>a 100<n>.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático que muestra una configuración del maestro 200 mostrado en la FIG. 1.
Haciendo referencia a la FIG. 2, el maestro 200 puede incluir una unidad de accionamiento de relé 210, una unidad de comunicación 220, una unidad de alimentación 230 y una unidad de control 240.
La unidad de accionamiento de relé 210 está configurada para controlar los relés Relé<1>, Relé<2>. La unidad de accionamiento de relé 210 puede incluir circuitos de accionamiento de relé 211, 212. El circuito de accionamiento de relé 211 enciende o apaga el relé Relé<1>emitiendo una señal de conmutación S1 que tiene un primer ciclo de trabajo correspondiente a una primera orden de la unidad de control 240 al relé Relé<1>. El circuito de accionamiento de relé 212 enciende o apaga el relé Relé<2>emitiendo una señal de conmutación S2 que tiene un segundo ciclo de trabajo correspondiente a una segunda orden de la unidad de control 240 al relé Relé<2>.
La unidad de comunicación 220 incluye una antena 221, un circuito de comunicación inalámbrica 222 y un circuito de comunicación cableada 223. El circuito de comunicación inalámbrica 222 está conectado de forma operativa a cada una de las antenas 221 y al circuito de comunicación cableada 223. El circuito de comunicación inalámbrica 222 puede demodular una señal recibida inalámbricamente a través de la antena 221. El circuito de comunicación inalámbrica 222 puede modular una señal que se transmitirá al esclavo 100<i>y transmitir inalámbricamente la señal modulada a través de la antena 221. La antena 221 puede transmitir inalámbricamente al esclavo 100<i>una señal correspondiente a la señal modulada por la unidad de comunicación 220.
El circuito de comunicación cableada 223 está acoplado para permitir la comunicación bidireccional con un dispositivo externo 2. El circuito de comunicación cableada 223 transmite de manera cableada a la unidad de control 240 una señal recibida desde el dispositivo externo 2. Además, el circuito de comunicación cableada 223 transmite de manera cableada al dispositivo externo 2 una señal recibida desde la unidad de control 240. Por ejemplo, el circuito de comunicación cableada 223 puede comunicarse con el dispositivo externo 2 utilizando un área de red de controlador (CAN).
La unidad de alimentación 230 genera una tensión de funcionamiento utilizando la energía suministrada por una fuente de potencia externa 3 (p. ej., una batería de plomo del sistema eléctrico 1). La tensión de funcionamiento generada por la unidad de alimentación 230 puede suministrarse a la unidad de accionamiento de relé 210, la unidad de comunicación 220 y/o la unidad de control 240.
La unidad de control 240 incluye al menos un procesador 241 y una memoria 242, y está operablemente conectada a la unidad de comunicación 220. La memoria 242 no se limita a un tipo específico y puede incluir cualquier dispositivo de almacenamiento de información conocido capaz de registrar, borrar, actualizar y leer datos. La memoria 242 puede incluir, por ejemplo, una memoria de acceso aleatorio dinámica (DRAM), una memoria de acceso aleatorio dinámica síncrona (SDRAM), una memoria flash, una memoria de solo lectura (ROM), una memoria de solo lectura programable eléctricamente borrable (EEPROM) y un registro. La memoria 242 puede almacenar códigos de programa que definen procesos que pueden ser ejecutados por la unidad de control 240. La memoria 242 puede almacenar una tabla de identificadores. La tabla de identificadores puede registrar una correlación entre la pluralidad de esclavos 100<1>a 100<n>y una pluralidad de identificadores. A saber, la tabla de identificadores incluye la pluralidad de identificadores asignados a la pluralidad de esclavos 100<1>a 100<n>en diferentes valores.
La memoria 242 puede estar físicamente separada de la unidad de control 240, y la memoria 242 y la unidad de control 240 pueden estar integradas en un chip semiconductor.
La unidad de control 240 está configurada para controlar la operación general del maestro 200. Además, el controlador 240 puede determinar el estado de carga (SOC) y/o el estado de salud (SOH) de cada uno de los módulos de batería 20<1>a 20<n>basándose en el parámetro de módulo de cada uno de los esclavos 100<1>a 100<n>recibidos inalámbricamente a través de la antena 221. Además, la unidad de control 240 genera un mensaje para controlar la carga, descarga y/o equilibrado de al menos uno de los módulos de batería 20<1>a 20<n>basándose en el SOC y/o el SOH de cada uno de los módulos de batería 20<1>a 20<n>. El mensaje generado por la unidad de control 240 puede transmitirse al esclavo (p. ej., 100<i>) correspondiente al módulo de batería (p. ej., 20<i>) para controlar el uso del mensaje.
El procesador 241 puede incluir selectivamente un procesador, un circuito integrado de aplicación específica (ASIC), otro conjunto de chips, un circuito lógico, un registro, un módem de comunicación y un dispositivo de procesamiento de datos, conocidos en el campo técnico para ejecutar diversas lógicas de control. Al menos una de las diversas lógicas de control del procesador 241 puede combinarse entre sí, y las lógicas de control combinadas pueden escribirse en código legible por ordenador y almacenarse en un medio de grabación legible por ordenador.
La FIG. 3 es un diagrama esquemático que muestra una configuración del esclavo de acuerdo con una primera realización de la presente divulgación.
Haciendo referencia a la FIG. 3, el esclavo 100<i>está conectado eléctricamente al módulo de batería 20<i>.
El módulo de batería 20<i>incluye la pluralidad de celdas de batería 21<1>a 21<m>(m es un número natural, 2 o mayor). Cada una de las celdas de batería 21<1>a 21<m>puede ser, por ejemplo, una celda de iones de litio. El tipo de la celda de batería no se limita a la batería de iones de litio. La celda de batería no se limita a un tipo en particular, y puede incluir cualquier tipo de celda de batería que pueda recargarse repetidamente. Las celdas de batería 21<1>a 21<m>están conectadas eléctricamente en serie entre un nodo N<n>y un nodo N<p>. El nodo N<n>puede ser un borne negativo del módulo de batería 20<i>. El nodo N<p>puede ser un borne positivo del módulo de batería 20<i>. Cada una de las celdas de batería 21<1>a 21<m>puede tener su tensión de celda, por ejemplo, en el intervalo de 3,0 a 4,5 V.
Donde 1 < x<y < m, la celda de batería 21<x>está eléctricamente más cerca del nodo N<n>y eléctricamente más lejos del nodo N<p>que la celda de batería 21<y>. A saber, una tensión entre el borne negativo (o el borne positivo) de la celda de batería 21<x>y el nodo N<n>es inferior a una tensión entre el borne negativo (o el borne positivo) de la celda de batería 21<y>y el nodo N<n>. Una tensión entre el borne negativo (o el borne positivo) de la celda de batería 21<x>y el nodo N<p>es superior a una tensión entre el borne negativo (o el borne positivo) de la celda de batería 21<y>y el nodo N<p>. La celda de batería 21<1>puede denominarse "celda más inferior (o primera celda de batería)" del módulo de batería 20<i>. La celda de batería 21<m>puede denominarse "celda más superior" del módulo de batería 20<i>.
El esclavo 100<i>incluye una antena 101, una unidad de medición de tensión 110 y un módulo de control 120. El esclavo 100<i>puede incluir además al menos uno de un circuito de protección 150 y un circuito de equilibrado 160.
La unidad de medición de tensión 110 está configurada para medir la tensión de celda de cada una de las celdas de batería 21<1>a 21<m>incluidas en el módulo de batería 20<i>. Para este fin, la unidad de medición de tensión 110 puede estar conectada eléctricamente al borne positivo y al borne negativo de cada una de las celdas de batería 21<1>a 21<m>a través de una pluralidad de líneas de detección.
La unidad de medición de tensión 110 puede medir la tensión de módulo del módulo de batería 20<i>. La tensión de módulo puede ser una tensión entre el nodo N<n>y el nodo N<p>.
El módulo de control 120 puede denominarse 'RF-SoC', e incluye un borne de entrada de potencia VDD, un borne de referencia GND, un circuito de comunicación inalámbrica 130 y un procesador 140.
El borne de entrada de potencia VDD está conectado eléctricamente al borne positivo de la celda de batería 21<1>situada en la posición más baja.
El borne de referencia GND está conectado eléctricamente al nodo N<n>. La tensión entre el borne de entrada de potencia VDD y el borne de referencia GND, en concreto la tensión de celda de la celda de batería 21<1>, se proporciona como potencia de funcionamiento del módulo de control 120.
El circuito de protección 150 puede estar conectado eléctricamente entre el borne positivo de la celda de batería 21<1>y el borne de entrada de potencia VDD. A saber, el circuito de protección 150 puede estar conectado eléctricamente a una línea eléctrica que conecta el borne positivo de la celda de batería 21<1>y el borne de entrada de potencia VDD. El circuito de protección 150 está configurado para regular el valor máximo de la tensión aplicada en el borne de entrada de potencia VDD a una tensión de ajuste predeterminada (por ejemplo, 3,6 V). Por ejemplo, cuando la tensión de celda de la celda de batería 21<1>es igual o inferior a la tensión de ajuste, la tensión de celda de la celda de batería 21<1>puede aplicarse al borne de entrada de potencia VDD a través del circuito de protección 150. Por el contrario, cuando la tensión de celda de la celda de batería 21<1>es superior a la tensión de ajuste, puede aplicarse la tensión de ajuste en lugar de la tensión de celda de la celda de batería 21<1>al borne de entrada de potencia VDD a través del circuito de protección 150.
El circuito de protección 150 puede incluir un diodo Zener que incluye un primer extremo y un segundo extremo. El primer extremo (p. ej., el cátodo) del diodo Zener puede estar conectado eléctricamente al borne positivo de la celda de batería 21<1>, y el segundo extremo (por ejemplo, el ánodo) del diodo Zener puede estar conectado eléctricamente al borne de entrada de potencia VDD. La tensión entre el borne de entrada de potencia VDD y el borne de referencia GND puede regularse por debajo de la tensión de ajuste mediante la tensión de ruptura (p. ej., 1,0) del diodo Zener. Como alternativa, el primer extremo del diodo Zener puede estar conectado eléctricamente al borne de entrada de potencia VDD, y el segundo extremo del diodo Zener puede estar conectado eléctricamente al borne de referencia GND. En este caso, la tensión de ruptura (p. ej., 3,6 V) del diodo Zener puede ser igual o inferior a la tensión de ajuste. El circuito de comunicación inalámbrica 130 está conectado eléctricamente a la antena 101. El circuito de comunicación inalámbrica 130 demodula una señal de radio recibida por la antena 101. El circuito de comunicación inalámbrica 130 puede modular una señal procedente del procesador 140 y proporcionar la señal modulada a la antena 101. La antena 101 puede transmitir de forma inalámbrica la señal modulada al maestro 200.
El procesador 140 está acoplado de forma operativa a la unidad de medición de tensión 110 y al circuito de comunicación inalámbrica 130, y puede incluir una memoria 141.
La memoria 141 no se limita a un tipo específico y puede incluir cualquier dispositivo de almacenamiento de información conocido capaz de registrar, borrar, actualizar y leer datos. La memoria 141 puede incluir, por ejemplo, una DRAM, una SDRAM, una memoria flash, una ROM, una EEPROM y un registro. La memoria 141 puede almacenar códigos de programa que definen procesos que pueden ser ejecutados por el procesador 140. La memoria 141 almacena un identificador asignado al esclavo 100<i>. El identificador almacenado en la memoria 141 puede usarse para la comunicación inalámbrica del esclavo 100<i>con el maestro 200. La memoria 141 puede estar físicamente separada del procesador 140, y la memoria 141 y el procesador 140 pueden estar integrados en un chip.
El procesador 140 proporciona al circuito de comunicación inalámbrica 130 datos que indican una señal de tensión procedente de la unidad de medición de tensión 110. La señal de tensión indica la tensión de celda de cada una de las celdas de batería 21<1>a 21<m>, medida por la unidad de medición de tensión 110. El circuito de comunicación inalámbrica 130 puede modular los datos que indican la señal de tensión, y transmitir inalámbricamente al maestro 200 los datos modulados como datos de detección a través de la antena 101.
El procesador 140 puede incluir selectivamente un procesador, un ASIC, otro conjunto de chips, un circuito lógico, un registro, un módem de comunicación y un dispositivo de procesamiento de datos, conocidos en el campo técnico para ejecutar diversas lógicas de control. Al menos una de las diversas lógicas de control del módulo de control 120 puede combinarse entre sí, y las lógicas de control combinadas pueden escribirse en un sistema de código legible por ordenador y registrarse en un medio de registro legible por ordenador. El medio de grabación no está limitado a un tipo en particular, y puede incluir cualquier tipo de medio de grabación que sea accesible por el procesador incluido en el ordenador.
Como se ha descrito anteriormente, en el módulo de batería 20<i>, solo la celda de batería 21<1>entre las celdas de batería 21<1>a 21<m>se usa como energía para operar el módulo de control 120, lo que supone una gran diferencia en el SOC entre la celda de batería 21<1>y el resto de celdas de batería 21<2>a 21<m>. Para equilibrar el SOC entre las celdas de batería 21<2>a 21<m>y la celda de batería 21<1>, el circuito de equilibrado 160 está configurado para formar selectivamente una vía de descarga para las celdas de batería 21<2>a 21<m>excepto la celda de batería 211.
El circuito de equilibrado 160 está conectado eléctricamente en paralelo a las celdas de batería 21<2>a 21<m>. A saber, entre las celdas de batería 21<1>a 21<m>, el circuito de equilibrado 160 está conectado eléctricamente en paralelo a un circuito de celdas en serie de las celdas de batería 21<2>a 21<m>excepto la celda de batería 21<1>. Por ejemplo, el primer extremo del circuito de equilibrado 160 puede estar conectado eléctricamente al borne negativo de la celda de batería 21<2>, y el primer extremo del circuito de equilibrado 160 puede estar conectado eléctricamente al borne positivo de la celda de batería 21<m>.
El circuito de equilibrado 160 incluye una resistencia de descarga R y un interruptor de descarga SW. La resistencia de descarga R y el interruptor de descarga SW están conectados eléctricamente en serie. A saber, el circuito de equilibrado 160 es un circuito en serie de la resistencia de descarga R y el interruptor de descarga SW.
El encendido/apagado del interruptor de descarga SW puede ser controlado por una señal de control de equilibrado S<b>procedente del procesador 140. Por ejemplo, el interruptor de descarga SW puede encenderse en respuesta a la señal de control de equilibrado S<b>que tiene una tensión predeterminada de alto nivel. Por el contrario, el interruptor de descarga SW puede apagarse en respuesta a la señal de control de equilibrado S<b>que tiene una tensión de bajo nivel. La señal de control de equilibrado S<b>puede ser una señal de modulación de anchura de pulsos (PWM). Mientras el interruptor de descarga SW está encendido, la resistencia de descarga R consume energía eléctrica de las celdas de batería 21<2>a 21<m>, y por lo tanto el SOC de cada una de las celdas de batería 21<2>a 21<m>disminuye gradualmente.
El procesador 140 determina una tensión de celda de referencia basándose en la tensión de celda de al menos una de las celdas de batería 21<2>a 21<m>. A modo de ejemplo, la tensión de celda de referencia puede ser igual a la tensión de celda de una celda de batería cualquiera (por ejemplo, 21<2>) de las celdas de batería 21<2>a 21<m>. A modo de otro ejemplo, la tensión de celda de referencia puede ser una tensión de celda media de al menos dos de las celdas de batería 21<2>a 21<m>.
Posteriormente, el procesador 140 controla el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>basándose en una diferencia de tensión de referencia, que es una diferencia entre la tensión de celda de referencia y la tensión de celda de la celda de batería 21<1>. El ciclo de trabajo es un porcentaje o una relación del tiempo activo de los pulsos (por ejemplo, la tensión de nivel alto) con respecto a la duración de un período de la señal de control de equilibrado S<b>. Por ejemplo, cuando un periodo es de 0,01 seg y el tiempo activo de los pulsos es de 0,005 seg, el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>es 0,5 (o 50 %). A medida que el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>es mayor, las celdas de batería 21<2>a 21<m>se descargan más rápidamente.
A medida que la diferencia de tensión de referencia es mayor, el procesador 140 puede aumentar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>. Cuando la tensión de celda de referencia es superior a la tensión de celda de la celda de batería 21<1>, el procesador 140 puede reducir el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>a medida que la diferencia de tensión de referencia es menor. Por ejemplo, una relación entre la diferencia de tensión de referencia y el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>puede expresarse mediante la siguiente Ecuación 1.
[Ecuación 1]
D<b_ v>- AV<1>x C<1>
D<b_ v>denota el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>, AV<1>denota la diferencia de tensión de referencia, y C<1>denota un factor de escala predeterminado. La diferencia de tensión de referencia puede determinarse periódicamente a cada periodo de supervisión predeterminado (p. ej., 1,0 seg) durante el funcionamiento del módulo de control 120. Además, la operación para determinar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>basándose en la diferencia de tensión de referencia puede repetirse a cada período de supervisión predeterminado.
Por consiguiente, el procesador 140 puede equilibrar (reducir) la diferencia del SOC entre las celdas de batería 21<2>a 21<m>y la celda de batería 21<1>aumentando el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrio señal de control S<b>mientras el SOC de la celda de batería 21<1>disminuye rápidamente, debido al aumento del consumo de energía de la celda de batería 21<1>por parte del módulo de control 120. Por el contrario, el procesador 140 puede reducir gradualmente el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>mientras el SOC de la celda de batería 21<1>disminuye lentamente debido al bajo consumo de energía por parte del módulo de control 120.
La FIG. 4 es un diagrama esquemático que muestra una configuración del esclavo de acuerdo con una segunda realización de la presente divulgación. El esclavo 100 de acuerdo con la segunda realización se describirá basándose en las diferencias con la primera realización (ver FIG. 3), para evitar redundancias.
A diferencia de la primera realización, el esclavo 100 de la segunda realización incluye además un sensor de corriente 170, y controla el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>basándose en la corriente medida por el sensor de corriente 170.
Haciendo referencia a la FIG. 4, el sensor de corriente 170 está instalado en una vía de alimentación entre la celda de batería 21<1>y el módulo de control 120. A saber, el sensor de corriente 170 puede estar dispuesto en una línea eléctrica que conecta el borne positivo de la celda de batería 21<1>y el borne de entrada de potencia VDD, o una línea eléctrica que conecta el borne negativo de la celda de batería 21<1>y el borne de referencia GND. Por ejemplo, el sensor de corriente 170 puede estar dispuesto en una vía de corriente entre el borne positivo de la celda de batería 21<1>y el primer extremo del circuito de protección 150.
El sensor de corriente 170 mide la corriente que circula por la vía de alimentación entre la celda de batería 21<1>y el módulo de control 120, y genera una señal de corriente que indica la corriente medida. El sensor de corriente 170 puede incluir una resistencia de derivación o un sensor de efecto Hall.
El procesador 140 está acoplado de forma operativa al sensor de corriente 170. El procesador 140 puede controlar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>basándose en la señal de corriente procedente del sensor de corriente 170.
En detalle, el procesador 140 determina, basándose en la señal de corriente, la capacidad de descarga de la celda de batería 21<1>consumida como energía para el funcionamiento del módulo de control 120 durante cada período de supervisión predeterminado (por ejemplo, 1,0 s). La capacidad de descarga de un determinado periodo de supervisión puede ser la cantidad acumulada de corriente medida en cada unidad de tiempo (por ejemplo, 0,0001 s) por el sensor de corriente 170 durante el correspondiente periodo de supervisión. El procesador 140 puede determinar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>para el siguiente periodo de supervisión basándose en la capacidad de descarga del último periodo de supervisión. Por ejemplo, a medida que aumenta la capacidad de descarga del anterior periodo de supervisión, puede aumentar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>para el siguiente período de supervisión. La relación entre la capacidad de descarga del anterior periodo de supervisión y el ciclo de trabajo del siguiente periodo de supervisión puede expresarse mediante la siguiente Ecuación 2.
[Ecuación 2]
D<b_ i>- AQ x C<2>
En la Ecuación 2, D<b_ i>denota el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>del siguiente periodo de supervisión, AQ denota la capacidad de descarga del anterior periodo de supervisión, y C<2>denota un factor de escala predeterminado.
Por ejemplo, supongamos que C<2>=0,03 %/mAh. De acuerdo con la Ecuación 2, donde AQ - 100 mAh para el primer periodo de supervisión, el ciclo de trabajo se mantiene en el 3,0 % durante el segundo período de control tras el primer período de control. Además, donde AQ - 90 mAh para el segundo periodo de supervisión, el ciclo de trabajo se mantiene en el 2,7 % durante el tercer periodo de supervisión tras el segundo periodo de supervisión. Además, donde AQ - 120 mAh para el tercer periodo de seguimiento, el ciclo de trabajo se mantiene en el 3,6 % durante el cuarto periodo de supervisión tras el tercer periodo de supervisión.
Como alternativa, el procesador 140 puede determinar el ciclo de trabajo del siguiente periodo de supervisión basándose en la diferencia de tensión de referencia y en la capacidad de descarga del anterior periodo de supervisión. Una relación entre la diferencia de tensión de referencia, la capacidad de descarga anterior y el siguiente ciclo de trabajo pueden expresarse mediante la siguiente Ecuación 3. La Ecuación 3 es una combinación de las Ecuaciones 1 y 2.
[Ecuación 3]
D<b_ vi>= (AV<1>x C<1>) x W<1>+ (AQ x C<2>) x W<2>
W<i>y W<2>son pesos predeterminados que tienen valores positivos iguales o diferentes. Por ejemplo, W<2>=1 - W<i>. Por ejemplo, supongamos que AV<1>= 10 mV, C<1>=0,2 [%/mV], C<2>=0,03 [%/ mAh], W<1>=0,5, W<2>=0,5. De acuerdo con la Ecuación 3, donde AQ = 100 mAh, el ciclo de trabajo puede mantenerse en el 2,5 % durante el siguiente periodo de supervisión, y donde AQ = 200 mAh, el ciclo de trabajo puede mantenerse en el 4,0 % durante el siguiente periodo de supervisión.
En al menos una de la primera realización y la segunda realización, cuando la tensión de celda de referencia es igual o inferior a la tensión de celda de la celda de batería 21<1>(la diferencia de tensión de referencia < 0V), el procesador 140 puede ajustar a 0 el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado S<b>. Mientras que el ciclo de trabajo es 0, el interruptor de descarga SW se mantiene apagado.
La FIG. 5 es un diagrama de flujo que muestra un método para equilibrar la pluralidad de celdas de batería incluidas en el módulo de batería usando el esclavo de acuerdo con la primera realización de la FIG. 3. El método de la FIG. 5 puede repetirse a cada periodo de supervisión predeterminado mientras el módulo de control 120 correspondiente al esclavo 100<i>esté en funcionamiento.
Haciendo referencia a las FIGS. 3 y 5, en la etapa S510, el procesador 140 mide la tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería 21<1>a 21<m>incluidas en el módulo de batería 20<i>utilizando la unidad de medición de tensión 110.
En la etapa S520, el procesador 140 determina una diferencia de tensión de referencia. La diferencia de tensión de referencia se obtiene restando la primera tensión de celda de la primera celda de batería 21<1>de una tensión de celda de referencia. La tensión de celda de referencia puede ser la tensión de celda de una cualquiera (p. ej., 21<2>) de las celdas de batería 21<2>a 21<m>excepto la celda de batería 21<1>o una tensión de celda media de dos o más de las celdas de batería 21<2>a 21<m>.
En la etapa S525, el procesador 140 determina si la diferencia de tensión de referencia es mayor que 0V o no. Cuando un valor de la etapa S525 es "Sí", se realiza la etapa S530. Cuando el valor de la etapa S525 es "No", el método puede terminar y el ciclo de trabajo se establece a 0.
En la etapa S530, el procesador 140 determina un primer ciclo de trabajo basándose en la diferencia de tensión de referencia (véase la Ecuación 1).
En la etapa S540, el procesador 140 determina si la tensión de celda de referencia es igual o superior a una tensión de celda umbral predeterminada. La tensión de celda umbral puede ser una tensión predeterminada (p. ej., 3,8 V) correspondiente a un SOC predeterminado (p. ej., 20 %). Un valor de la etapa S540 que sea "Sí" indica que la segunda a m<ésima>celdas de batería 21<2>a 21<m>están suficientemente cargadas. Cuando el valor de la etapa S540 es "Sí", se realiza la etapa S550. Que el valor de la etapa S540 sea "No" indica que al menos una de la segunda a m<ésima>celdas de batería 21<2>a 21<m>puede estar sobredescargada. Cuando el valor de la etapa S540 es "No", se realiza la etapa S560.
En la etapa S550, el procesador 140 emite al interruptor de descarga SW una señal de control de equilibrado S<b>que tiene el primer ciclo de trabajo.
En la etapa S560, el procesador 140 determina un segundo ciclo de trabajo basándose en la diferencia entre la tensión de celda umbral y la tensión de celda de referencia, y el primer ciclo de trabajo. El procesador 140 puede determinar el segundo ciclo de trabajo utilizando la siguiente Ecuación 4. El segundo ciclo de trabajo es menor que el primer ciclo de trabajo.
[Ecuación 4]
D<b_ v_ l>= D<b_ v>/(AV<2>x C<3>)
En la Ecuación 4, D<b_ v>indica el primer ciclo de trabajo, AV<2>denota la diferencia entre la tensión de celda umbral y la tensión de celda de referencia (es decir, Tensión de celda umbral - Tensión de celda de referencia), C<3>denota un factor de escala predeterminado, y D<b_ v_ l>denota el segundo ciclo de trabajo. C<3>puede ser un valor positivo preestablecido que haga que (AV<2>x C<3>) sea mayor que 1. Por ejemplo, cuando la resolución de tensión de un convertidor analógico digital (ADC), integrado en la unidad de medición de tensión 110 o en el procesador 140 para medir la tensión de celda, es de 1/4096 V, C<3>puede ser igual o superior a 4096 [1/V]. A partir de la Ecuación 4, puede observarse que AV<2>y D<b_ v_ l>tienen una relación inversamente proporcional.
En la etapa S570, el procesador 140 emite al interruptor de descarga SW la señal de control de equilibrado S<b>que tiene el segundo ciclo de trabajo. En este caso, es posible proteger la segunda a m<ésima>celdas de batería 21<2>a 21<m>frente a la sobredescarga, en comparación con la señal de control de equilibrado S<b>que tiene el primer ciclo de trabajo.
En el método de la FIG. 5, pueden omitirse las etapas S540, S560 y S570.
La FIG. 6 es un diagrama de flujo que muestra un método para equilibrar la pluralidad de celdas de batería incluidas en el módulo de batería usando el esclavo de acuerdo con la segunda realización de la FIG. 4. El método de la FIG. 6 puede repetirse a cada periodo de supervisión predeterminado mientras el módulo de control 120 correspondiente al esclavo 100<i>esté en funcionamiento.
Haciendo referencia a las FIGS. 4 y 6, en la etapa S610, el procesador 140 mide la tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería 21<1>a 21<m>incluidas en el módulo de batería 20<i>utilizando la unidad de medición de tensión 110.
En la etapa S620, el procesador 140 determina una diferencia de tensión de referencia. La diferencia de tensión de referencia se obtiene restando la primera tensión de celda de la primera celda de batería 21<1>de una tensión de celda de referencia. La tensión de celda de referencia puede ser la tensión de celda de cualquiera (p. ej., 21<2>) de las celdas de batería 21<2>a 21<m>excepto la celda de batería 21<1>o una tensión de celda media de dos o más de las celdas de batería 21<2>a 21<m>.
En la etapa S625, el procesador 140 determina si la diferencia de tensión de referencia es mayor que 0V o no. Cuando un valor de la etapa S625 es "Sí", se realiza la etapa S630. Cuando el valor de la etapa S625 es "No", el método puede terminar y el ciclo de trabajo se establece a 0.
En la etapa S630, el procesador 140 determina un tercer ciclo de trabajo basándose en la diferencia de tensión de referencia y la capacidad de descarga anterior (véase la Ecuación 3). La capacidad de descarga anterior puede indicar la cantidad acumulada de corriente que fluye a través del sensor de corriente 170 durante el anterior periodo de supervisión. Antes de que transcurra un periodo de supervisión desde el inicio de la reactivación del módulo de control 120, la capacidad de descarga en el paso S620 puede establecerse en un valor inicial predeterminado (es decir, 0 mAh).
En la etapa S640, el procesador 140 determina si la tensión de celda de referencia es igual o superior a una tensión de celda umbral predeterminada. La tensión de celda umbral puede ser una tensión predeterminada (p. ej., 3,8 V) correspondiente a un SOC predeterminado (p. ej., 20 %). Un valor de la etapa S640 que sea "Sí" indica que la segunda a m<ésima>celdas de batería 21<2>a 21<m>están suficientemente cargadas. Cuando el valor de la etapa S640 es "Sí", se realiza la etapa S650. Que el valor de la etapa S640 sea "No" indica que al menos una de la segunda a m<ésima>celdas de batería 21<2>a 21<m>puede estar sobredescargada. Cuando el valor de la etapa S640 es "No", se realiza la etapa S660.
En la etapa S650, el procesador 140 emite al interruptor de descarga SW una señal de control de equilibrado S<b>que tiene el tercer ciclo de trabajo.
En la etapa S660, el procesador 140 determina un cuarto ciclo de trabajo basándose en una diferencia entre la tensión de celda umbral y la tensión de celda de referencia, y el tercer ciclo de trabajo. El cuarto ciclo de trabajo es menor que el tercer ciclo de trabajo. El procesador 140 puede determinar el cuarto ciclo de trabajo utilizando la siguiente Ecuación 5.
[Ecuación 5]
D<b_ v i_ l>= D<b_ v i>/(AV<2>x C<4)>
En la Ecuación 5, D<b_ v i>indica el tercer ciclo de trabajo, AV<2>denota la diferencia entre la tensión de celda umbral y la tensión de celda de referencia, C<4>denota un factor de escala predeterminado, y D<b_ v i_ l>denota el cuarto ciclo de trabajo. C<4>puede ser un valor positivo preestablecido que haga que (AV<2>x C<4>) sea mayor que 1. Por ejemplo, cuando la resolución de tensión del ADC, integrado en la unidad de medición de tensión 110 o en el procesador 140 para medir la tensión de celda, es de 1/4096 V, C<4>puede preajustarse para que sea igual o mayor que 4096 [1/V]. A partir de la Ecuación 5, se observa que AV<2>y D<b_ v i_ l>tienen una relación inversamente proporcional.
En la etapa S670, el procesador 140 envía al interruptor de descarga SW la señal de control de equilibrado S<b>que tiene el cuarto ciclo de trabajo. En este caso, es posible proteger la segunda a m<ésima>celdas de batería 21<2>a 21<m>frente a la sobredescarga, en comparación con la señal de control de equilibrado S<b>que tiene el tercer ciclo de trabajo. En el método de la FIG. 6, pueden omitirse las etapas S640, S660 y S670.
Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente no se implementan solo a través del aparato, y pueden implementarse a través de programas que realizan las funciones correspondientes a las configuraciones de las realizaciones de la presente divulgación o medios de grabación que tienen los programas grabados en ellos, y esta implementación pueden lograrla fácilmente los expertos en la técnica a partir de la divulgación de las realizaciones descritas anteriormente.
Si bien la presente divulgación se ha descrito anteriormente con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente divulgación no se limita a estos y es obvio para los expertos en la materia que se pueden realizar diversas modificaciones y diversos cambios en los mismos dentro de los aspectos técnicos de la presente divulgación. Sin embargo, el alcance de protección está únicamente definido por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un controlador de batería (100<¡>, i=1...n) para un módulo de batería (20<¡>, i=1...n) que comprende un borne positivo (P+), un borne negativo (P-) y una pluralidad de celdas de batería (21<j>, j=1...m) conectadas eléctricamente en serie entre el borne positivo y el negativo, comprendiendo el controlador de batería:
una unidad de medición de tensión (110) configurada para generar una señal de tensión que indica una tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería; y
un módulo de control (120) acoplado de forma operativa a la unidad de medición de tensión, en donde el módulo de control está configurado para:
reactivarse usando una primera tensión de celda, de la celda más inferior (21<1>) entre la pluralidad de celdas de batería, como energía para operar el módulo de control, y
transmitir de forma inalámbrica datos de detección que indican la tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería mientras el módulo de control está en funcionamiento,
caracterizado por queel controlador de batería comprende además un circuito de equilibrado (160) conectado eléctricamente en paralelo a un circuito de celdas en serie de las celdas de batería (21j, j=2...m) restantes excepto la celda más inferior entre la pluralidad de celdas de batería.
2. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el módulo de control comprende:
un borne de entrada de potencia conectado eléctricamente a un borne positivo de la celda más inferior; y un borne de referencia conectado eléctricamente a un borne negativo de la celda más inferior.
3. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además:
un circuito de protección (150) conectado eléctricamente entre el borne positivo de la celda más inferior y el borne de entrada de potencia,
en donde el circuito de protección está configurado para regular una tensión entre el borne de entrada de potencia y el borne de referencia igual o menor que una tensión de ajuste predeterminada.
4. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 3, en donde el circuito de protección comprende un diodo Zener que tiene un primer extremo conectado eléctricamente al borne positivo de la celda más inferior y un segundo extremo conectado eléctricamente al borne de entrada de potencia.
5. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el módulo de control está configurado para: determinar una tensión de celda de referencia basándose en la tensión de celda de al menos una celda de batería incluida en el circuito de celdas en serie; y
emitir al circuito de equilibrado una señal de control de equilibrado cuando la tensión de celda de referencia sea superior a la primera tensión de celda, y
en donde el circuito de equilibrado está configurado para formar una vía de descarga para el circuito de celdas en serie en respuesta a la señal de control de equilibrado.
6. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el circuito de equilibrado comprende: una resistencia de descarga (R); y
un interruptor de descarga (SW) conectado en serie a la resistencia de descarga, y en donde el interruptor de descarga se enciende en respuesta a la señal de control de equilibrado.
7. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el módulo de control está configurado para determinar un ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado basándose en una diferencia de tensión de referencia, que es una tensión obtenida restando la primera tensión de celda de la tensión de celda de referencia.
8. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el módulo de control está configurado para determinar el ciclo de trabajo utilizando la siguiente Ecuación 1:
[Ecuación 1]
D<b_ v>- AV<1>x C<1>
en donde D<b_ v>es el ciclo de trabajo, AV<1>es la diferencia de tensión de referencia, y C<1>es un factor de escala predeterminado.
9. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 7, que comprende además:
un sensor de corriente (170) configurado para generar una señal de corriente que indica una corriente que fluye desde el borne positivo de la celda más inferior hasta el borne de entrada de potencia,
en donde el módulo de control está configurado para determinar el ciclo de trabajo de la señal de control de equilibrado basándose además en la señal de corriente.
10. El controlador de batería de acuerdo con la reivindicación 9, en donde el módulo de control está configurado para: determinar, basándose en la señal de corriente, una capacidad de descarga de la celda más inferior para cada periodo de supervisión predeterminado; y
determinar el ciclo de trabajo utilizando la siguiente Ecuación 2:
[Ecuación 2]
D<b_ v i>= (AV<1>x C<1>) x W<1>+ (AQ x C<2>) x W<2>
en donde D<b_ v i>es el ciclo de trabajo, AV<1>es la diferencia de tensión de referencia, C<1>es un primer factor de escala predeterminado, AQ es la capacidad de descarga, C<2>es un segundo factor de escala predeterminado, W<1>es un primer peso predeterminado, y W<2>es un segundo peso predeterminado.
11. Un sistema de control de batería inalámbrico (30) que comprende el controlador de batería de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Un paquete de baterías (10) que comprende el sistema de control de batería inalámbrico de acuerdo con la reivindicación 11.
13. Un método de equilibrado de batería para una pluralidad de celdas de batería conectadas en serie entre un borne positivo y un borne negativo de un módulo de batería, comprendiendo el método de equilibrado de la batería: medir (S510) una tensión de celda de cada una de la pluralidad de celdas de batería;
determinar (S520) una tensión de celda de referencia basándose en la tensión de celda de al menos una celda de batería incluida en un circuito de celdas en serie de las celdas de batería excepto la celda más inferior entre la pluralidad de celdas de batería, en donde la celda más inferior se usa como energía para operar un controlador de batería para el módulo de batería;
determinar (S530) un primer ciclo de trabajo basándose en una diferencia de tensión de referencia, que es una tensión obtenida restando la primera tensión de celda de la tensión de celda de referencia, cuando la tensión de celda de referencia es superior a la tensión de celda de la celda más inferior; y
emitir (S550) una señal de control de equilibrado, que tiene el primer ciclo de trabajo, a un interruptor de descarga de un circuito de equilibrado conectado en paralelo al circuito de celdas en serie.
14. El método de equilibrado de batería de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además: determinar (S560) un segundo ciclo de trabajo basándose en una diferencia entre una tensión de celda umbral y la tensión de celda de referencia y el primer ciclo de trabajo, cuando la tensión de celda de referencia es inferior a la tensión de celda umbral, siendo el segundo ciclo de trabajo menor que el primer ciclo de trabajo; y emitir (S570) al interruptor de descarga la señal de control de equilibrado que tiene el segundo ciclo de trabajo.
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