ES3043889T3 - Battery diagnosis apparatus, battery pack, electric vehicle, and battery diagnosis method - Google Patents

Battery diagnosis apparatus, battery pack, electric vehicle, and battery diagnosis method

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ES3043889T3 ES22881254T ES22881254T ES3043889T3 ES 3043889 T3 ES3043889 T3 ES 3043889T3 ES 22881254 T ES22881254 T ES 22881254T ES 22881254 T ES22881254 T ES 22881254T ES 3043889 T3 ES3043889 T3 ES 3043889T3
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Abstract

Un aparato de diagnóstico de batería comprende: un monitor de batería para detectar un voltaje de cada una de una pluralidad de celdas de batería incluidas en un módulo de batería; y un circuito de control para determinar un último valor de una primera desviación de voltaje que indica una diferencia entre un comportamiento de voltaje de cada celda de batería y un comportamiento de voltaje promedio de la pluralidad de celdas de batería desde un punto de tiempo de inicio de un evento inactivo hasta un punto de tiempo de relajación del mismo. El circuito de control determina un último valor de una segunda desviación de voltaje aplicando un algoritmo de suavizado al último valor de la primera desviación de voltaje para cada celda de batería, determina un último valor de una tercera desviación de voltaje indicando una diferencia entre el último valor de la primera desviación de voltaje y el último valor de la segunda desviación de voltaje, determina un último valor de una cuarta desviación de voltaje indicando una diferencia entre el último valor de la tercera desviación de voltaje y el valor anterior de la tercera desviación de voltaje, determina un último valor de una desviación de umbral utilizando una dispersión de serie de tiempo de la cuarta desviación de voltaje que tiene un tamaño predeterminado, y compara el último valor de la tercera desviación de voltaje con el último valor de la desviación de umbral, para determinar si hay un microcortocircuito en la celda de batería correspondiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Aparato de diagnóstico de batería, paquete de baterías, vehículo eléctrico y método de diagnóstico de bateríaSector de la técnica
[0003] La presente divulgación se refiere al diagnóstico de micro cortocircuitos en cada celda de batería a partir de comportamientos de tensión de las celdas de batería en reposo.
[0004] Antecedentes de la invención
[0005] Recientemente, se ha producido un rápido aumento en la demanda de productos electrónicos portátiles tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos móviles y, dado el desarrollo de los vehículos eléctricos, baterías para el almacenamiento de energía, robots y satélites, se están realizando muchos estudios sobre baterías de alto rendimiento que se puedan recargar repetidamente.
[0006] Actualmente, las baterías disponibles en el mercado incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquel-hidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías de litio y similares y, entre ellas, las baterías de litio presentan un nivel bajo o inexistente de efecto de memoria y, por lo tanto, resultan más llamativas que las baterías de níquel por las ventajas de que se pueden recargar cuando sea conveniente, su tasa de autodescarga es muy baja y su densidad de energía es alta.
[0007] Para satisfacer los requisitos de alta tensión y alta capacidad de aplicaciones tales como los vehículos eléctricos, los sistemas de baterías (por ejemplo, paquetes de baterías) que incluyen una estructura de conexión en serie de las baterías están muy extendidos.
[0008] En los sistemas de baterías, existe una alta posibilidad de que un fallo en una determinada celda de batería afecte negativamente al rendimiento general y a la seguridad de los sistemas de baterías. Por consiguiente, en la gestión de los sistemas de baterías, es importante detectar con precisión un fallo en cada celda de batería.
[0009] Entre los distintos tipos de fallos de las celdas, un micro cortocircuito (también denominado cortocircuito interno) es un defecto de tipo típico que afecta directa/indirectamente a los incendios. El micro cortocircuito se produce por reacciones colaterales (por ejemplo, deposición de metal de litio) en las celdas de batería y/o infiltración de impurezas en las celdas de batería.
[0010] La detección de micro cortocircuitos suele emplear la comparación de un valor de referencia con la resistencia interna de la celda de batería monitorizada continuamente durante la carga y la descarga. Sin embargo, la estimación de la resistencia interna requiere básicamente no solo una tensión, sino también un valor de corriente detectado para cada celda de batería, y la resistencia interna depende en gran medida de una variedad de condiciones internas y externas, lo que se traduce en una baja precisión.
[0011] Realizaciones y ejemplos anteriores se presentan en el documento KR 2021 0054331 A.
[0012] Explicación de la invención
[0013] Problema técnico
[0014] La presente divulgación está diseñada para resolver el problema descrito anteriormente, y por lo tanto la presente divulgación está dirigida a proporcionar un aparato y un método para detectar un micro cortocircuito que tiene una fuerte correlación con el comportamiento de tensión mediante el control de una tendencia en el comportamiento de tensión durante el reposo de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0015] Estos/as y otros/as objetivos y ventajas de la presente divulgación se entenderán mediante la siguiente descripción y serán evidentes a partir de una realización de la presente divulgación. De forma adicional, se entenderá fácilmente que los objetivos y ventajas de la presente divulgación pueden realizarse mediante los medios expuestos en las reivindicaciones adjuntas y una combinación de los mismos.
[0016] Solución técnica
[0017] La invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjunto.
[0018] Efectos ventajosos
[0019] De acuerdo con al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, es posible detectar un micro cortocircuito que tiene una fuerte correlación con el comportamiento de tensión mediante la supervisión de una tendencia en el comportamiento de tensión durante el reposo de la pluralidad de celdas de batería con eventos de reposo repetidos.
[0020] Por consiguiente, es posible tomar las medidas de protección adecuadas para impedir los problemas de peligro causados por el micro cortocircuito, tales como explosiones o incendios en la celda de batería.
[0022] Los efectos de la presente divulgación no se limitan a los efectos mencionados anteriormente, y los expertos en la técnica entenderán claramente estos y otros efectos a partir de las reivindicaciones adjuntas.
[0024] Breve descripción de los dibujos
[0026] Los dibujos adjuntos ilustran un ejemplo de realización de la presente divulgación y, junto con la descripción detallada de la presente divulgación que se describe a continuación, sirven para proporcionar una mayor comprensión de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, por tanto, no se debe interpretar que la presente divulgación está limitada a los dibujos.
[0028] La FIG. 1 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un vehículo eléctrico de acuerdo con la presente divulgación.
[0029] La FIG. 2 es un diagrama al que se hace referencia al describir un circuito equivalente de ejemplo de una celda de batería.
[0030] La FIG. 3 es un diagrama al que se hace referencia al describir un cambio de tensión en función del tiempo de una celda de batería durante el reposo.
[0031] La FIG. 4 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en el comportamiento de tensión de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0032] La FIG. 5 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la primera desviación de tensión de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0033] La FIG. 6 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la segunda desviación de tensión de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0034] La FIG. 7 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la tercera desviación de tensión de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0035] La FIG. 8 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la cuarta desviación de tensión de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0036] La FIG. 9 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la desviación umbral para la determinación del micro cortocircuito de una celda de batería con eventos de reposo repetidos.
[0037] Las FIGS. 10 y 11 son diagramas de flujo a los que se hace referencia al describir a modo de ejemplo un método de diagnóstico de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación.
[0039] Realización preferente de la invención
[0041] En lo sucesivo en el presente documento, las realizaciones a modo de ejemplo de la presente divulgación se describirán con detalle con referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, se debería entender que no se debe interpretar 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 en función de 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.
[0043] Por lo tanto, las realizaciones descritas en el presente documento y las ilustraciones que se muestran en los dibujos son únicamente un ejemplo de realización de la presente divulgación, pero no pretenden describir exhaustivamente los aspectos técnicos de la presente divulgación, por lo que debe entenderse que, en el momento en que se presentó la solicitud, podrían haberse hecho en la misma diversas modificaciones y otras realizaciones equivalentes.
[0045] Los términos que incluyen un número ordinal, tales como "primero/a", "segundo/a" y similares, se usan para distinguir un elemento de otro entre diversos elementos, pero no pretende limitar los elementos.
[0047] A menos que el contexto indique claramente lo contrario, se entenderá que el término "comprende", cuando se usa 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", como se usa en el presente documento, se refiere a una unidad de procesamiento de al menos una función u operación, y puede implementarse en hardware y software de forma individual o en combinación.
[0049] De forma adicional, 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.
[0051] La FIG. 1 es un diagrama que muestra, a modo de ejemplo, un vehículo eléctrico de acuerdo con la presente divulgación.
[0053] Con referencia a la FIG. 1, el vehículo eléctrico 1 incluye un controlador de vehículo 2, una batería 10 y una carga eléctrica 30. Los terminales de carga/descarga P+, P- del paquete de baterías 10 pueden estar acoplados eléctricamente a un cargador 40 a través de un cable de carga. El cargador 40 puede estar incluido en el vehículo eléctrico 1, o puede proporcionarse en una estación de carga fuera del vehículo eléctrico 1.
[0055] El controlador de vehículo 2 (por ejemplo, una unidad de control electrónico (ECU)) está configurada para transmitir una señal de encendido a un aparato de diagnóstico de batería 100 en respuesta a un botón de encendido (no mostrado) del vehículo eléctrico 1 que es puesto en posición de encendido por un usuario. El controlador de vehículo 2 está configurado para transmitir una señal de desconexión al aparato de diagnóstico de batería 100 en respuesta a la posición de desconexión del botón de encendido por parte del usuario. El cargador 40 puede suministrar la energía de carga a través de los terminales de carga/descarga P+, P- del paquete de baterías 10 a través de la comunicación con el controlador de vehículo 2.
[0057] El paquete de baterías 10 incluye el módulo de batería 11, un relé 20 y el aparato de diagnóstico de batería 100.
[0058] El módulo de batería 11 incluye una estructura de conexión en serie de una pluralidad de celdas de batería B1~B<n>(N es un número natural de 2 o mayor). Es decir, en el módulo de batería 11, la pluralidad de celdas de batería B<1>~BN pueden estar conectadas en serie. La pluralidad de celdas de batería B1~B<n>pueden fabricarse con las mismas especificaciones eléctricas y químicas. Por ejemplo, la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>no están limitadas a un tipo en particular, y pueden incluir cualquier tipo de celda de batería que pueda recargarse repetidamente, tal como una celda de iones de litio. En lo sucesivo en el presente documento, en la descripción común de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>, se coloca el símbolo "Bj" (j es un número natural de N o menor) para indicar la celda de batería.
[0060] El relé 20 está conectado eléctricamente en serie al módulo de batería 11 a través de una vía de alimentación que conecta el módulo de batería 11 a la carga eléctrica 30. La FIG. 1 muestra el relé 20 conectado entre el terminal positivo del módulo de baterías 11 y uno (P+) de los terminales de carga/descarga. El control de encendido/apagado del relé 20 se realiza en respuesta a una señal de conmutación desde el aparato de diagnóstico de batería 100 y/o el controlador de vehículo 2. El relé 20 puede ser un contactor mecánico que se enciende/apaga por la fuerza magnética de la bobina o un interruptor semiconductor tal como un transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET).
[0062] La carga eléctrica 30 incluye un inversor 31 y un motor eléctrico 32. El inversor 31 está previsto para convertir la corriente continua (CC) procedente del módulo de batería 11 incluido en la batería 10 en corriente alterna (CA) en respuesta a una orden del aparato de diagnóstico de batería 100 o del controlador de vehículo 2. El motor eléctrico 32 funciona usando la alimentación de CA del inversor 31. El motor eléctrico 32 puede incluir, por ejemplo, un motor trifásico de CA.
[0064] Un estado en el que el módulo de batería 11 se está cargando y descargando mediante el encendido del relé 20 puede denominarse "estado de ciclado (o estado de carga)".
[0066] Cuando el relé 20 pasa de encendido a apagado, el módulo de batería 11 pasa del estado de ciclado a un "estado de reposo" (o estado sin carga, un estado por calendario)", y la tensión de la celda de batería Bj en reposo puede denominarse "tensión de relajación (o tensión en reposo, tensión en vacío)". La tensión de relajación tras haber transcurrido un periodo de tiempo suficiente desde que la celda de batería Bj pasó de carga o descarga en reposo puede converger a una tensión de circuito abierto (OCV). Específicamente, cuando el módulo de batería 11 pasa de carga o descarga en reposo, la tensión de relajación de la celda de batería Bj cambia hacia el OCV a medida que la polarización ocurrida en la celda de batería Bj se mitiga espontáneamente.
[0068] El aparato de diagnóstico de batería 100 incluye un monitor de batería 110 y un circuito de control 120. El aparato de diagnóstico de batería 100 puede incluir además un circuito de comunicación 130. En lo sucesivo en el presente documento, se supone que el aparato de diagnóstico de batería 100 incluye el monitor de batería 110, el circuito de control 120 y el circuito de comunicación 130.
[0070] El monitor de batería 110 incluye un detector de tensión 112. El monitor de batería 110 puede incluir además un detector de corriente 114.
[0072] El detector de tensión 112 está conectado a los terminales positivo y negativo de cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>incluidas en el módulo de batería 11 y está configurado para detectar una tensión (también denominada "tensión de celda") a través de la celda de batería Bj, y generar una señal de tensión que indica la tensión de celda detectada.
[0074] El detector de corriente 114 está conectado en serie al módulo de batería 11 a través de una vía de corriente entre el módulo de batería 11 y el inversor 31. El detector de corriente 114 puede incluir al menos uno de los dispositivos de detección de corriente conocidos, tal como una resistencia de derivación y un dispositivo de efecto Hall. Cuando la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>se conecta en serie tal como se muestra en la FIG. 1, la misma corriente de carga/descarga fluye en la pluralidad de celdas de batería B1 — EN.
[0075] La FIG. 1 muestra una resistencia en derivación utilizada como detector de corriente 114. En este caso, el detector de corriente 114 puede emitir una señal de corriente que indica una dirección y tamaño de la corriente de carga/descarga al circuito de control 120 basándose en una tensión a través de la resistencia de derivación de acuerdo con la ley de ohm.
[0077] El circuito de control 120 puede estar acoplado de forma operativa al relé 20, el monitor de batería 110 y el circuito de comunicación 130. Estar acoplado de forma operativa se refiere a estar conectado directa/indirectamente para transmitir y recibir una señal en una o dos direcciones.
[0079] El circuito de control 120 puede denominarse "controlador de batería" y puede implementarse en hardware utilizando al menos uno de los circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), procesadores de señales digitales (DSP), dispositivos de procesamiento de señales digitales (DSPD), dispositivos lógicos programables (PLD), matrices de puertas programables en campo (FPGA), microprocesadores o unidades eléctricas para llevar a cabo otras funciones.
[0080] El circuito de control 120 puede recoger la señal de tensión y/o la señal de corriente del monitor de batería 110. Por ejemplo, el circuito de control 120 puede convertir y registrar la señal analógica recogida del monitor de batería 110 en un valor digital utilizando un convertidor analógico-digital (ADC) proporcionado en el mismo. Como alternativa, el propio monitor de batería 110 puede transmitir el resultado de la conversión de la señal analógica al valor digital al circuito de control 120.
[0082] La memoria 121 puede incluir, por ejemplo, al menos un tipo de medio de almacenamiento, tal como una memoria flash, un disco duro, un disco de estado sólido (SSD), una unidad de disco de silicio (SDD), una tarjeta multimedia de tipo micro, una memoria de acceso aleatorio (RAM), una memoria de acceso aleatorio estática (SRAM), una memoria de solo lectura (ROM), una memoria programable de solo lectura borrable eléctricamente (EEPROM) o una memoria programable de solo lectura (PROM). La memoria 121 puede almacenar datos y programas necesarios para la operación computacional del circuito de control 120. La memoria 121 puede almacenar datos que indican los resultados de la operación de cálculo realizada por el circuito de control 120. La memoria 121 puede almacenar funciones, lógicas y algoritmos dados utilizados para detectar un micro cortocircuito en la celda de batería B j. La memoria 121 puede estar integrada en el circuito de control 120.
[0084] El circuito de control 120 puede encender el relé 20 en respuesta a la señal de encendido del controlador de vehículo 2. El circuito de control 120 puede desconectar el relé 20 en respuesta a la señal de desconexión del controlador de vehículo 2. La señal de encendido es una señal que solicita la conmutación de reposo a ciclado. La señal de desconexión es una señal que solicita la conmutación de ciclado en reposo. Como alternativa, el controlador de vehículo 2 puede asumir la responsabilidad del control de encendido/apagado del relé 20 en lugar del circuito de control 120.
[0086] El circuito de comunicación 130 está configurado para soportar la comunicación por cable o inalámbrica entre el circuito de control 120 y el controlador de vehículo 2. La comunicación por cable puede ser, por ejemplo, la comunicación de red de área de controlador (CAN), y la comunicación inalámbrica puede ser, por ejemplo, comunicación Zigbee o Bluetooth. El protocolo de comunicación no está limitado a un tipo particular y puede incluir cualquier protocolo de comunicación que soporte la comunicación por cable/inalámbrica entre el circuito de control 120 y el controlador de vehículo 2. El circuito de comunicación 130 puede incluir un dispositivo de salida (por ejemplo, una pantalla, un altavoz) para proporcionar la información recibida del circuito de control 120 y/o del controlador de vehículo 2 en un formato reconocible para el usuario (un conductor).
[0088] La FIG. 2 es un diagrama al que se hace referencia al describir un circuito equivalente de ejemplo de una celda de batería. En la memoria descriptiva, una celda de batería normal se refiere a una celda de batería sin un micro cortocircuito, y una celda de batería anormal se refiere a una celda de batería con un micro cortocircuito.
[0090] Haciendo referencia al circuito 200 equivalente mostrado en la FIG. 2, la celda de batería anormal puede ser equivalente como circuito en serie de una fuente de alimentación de CC V<dc>, una resistencia interna R0 y un par resistencia-condensador (RC) R1 , C. En contraposición, la celda de batería anormal puede ser equivalente a un circuito en serie correspondiente al circuito en serie de la celda de batería normal, incluye adicionalmente una resistencia adicional R<isc>conectada entre dos terminales , -. La resistencia adicional R<isc>actúa como trayectoria de una corriente de fuga I<isc>. Como referencia, la tensión de la fuente de alimentación de CC V<dc>es la OCV de la celda de batería Bj, y la tensión de la celda de batería Bj es la tensión total del circuito en serie de la fuente de alimentación de CC V<dc>, el componente de resistencia interna R0 y el par RC R1 , C. Cuando la corriente de carga/descarga es cero (0 A) y la tensión del par RC R1 , C es cero (0 V), la tensión de relajación es igual a la OCV.
[0092] Durante la carga de la celda de batería anormal, parte de la energía de carga no se almacena en la celda de batería anómala y se consume como corriente de fuga I<isc>. Adicionalmente, durante la descarga de la celda anómala de la batería, parte de la potencia de descarga no se suministra a la carga eléctrica 30 y se consume como corriente de fuga I<is c>. Una disminución del valor de resistencia de la resistencia R<isc>indica que un micro cortocircuito empeora, y como un micro cortocircuito empeora, el consumo de energía, igual que la corriente de fuga I<isc>puede aumentar. Como resultado, en la carga, el aumento de tensión de la celda de batería anómala puede ser menor que el de la celda de batería normal. En contraposición, en la descarga, una caída de tensión de la celda de batería anormal puede ser mayor que la de la celda de batería normal.
[0094] Es más, la energía almacenada en la celda de batería anómala puede consumirse como corriente de fuga I<isc>incluso mientras la celda de batería está en reposo durante el cual la corriente de carga/descarga es 0. Por consiguiente, durante el reposo, la tensión de la celda de batería anómala es inferior a la de la celda de batería normal, y la tensión de la celda de batería anómala desciende más rápidamente que la de la celda de batería normal.
[0096] En lo sucesivo en el presente documento, las operaciones que realiza el circuito de control 120 para detectar una celda de batería que tiene un micro cortocircuito entre la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>se describirán en detalle haciendo referencia a las FIGS. 3 a 5.
[0098] La FIG. 3 es un diagrama al que se hace referencia al describir un cambio de tensión de la celda de batería en función del tiempo durante el reposo, la FIG. 4 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en el comportamiento de tensión de la celda de batería con eventos de reposo repetidos, y la FIG. 5 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la primera desviación de la tensión de la celda de batería con eventos de reposo. En las FIGS. 4 y 5, el eje horizontal indica el número de eventos x que indica un orden en el que se produce el evento de reposo. El eje vertical de la FIG. 4 indica el comportamiento de tensión (la tensión promedio durante el periodo de relajación) de la celda de batería Bj cada evento de reposo, y el eje vertical de la FIG.
[0099] 5 indica la primera desviación de tensión de la celda de batería Bj cada evento de reposo.
[0101] Para empezar, la FIG. 3 muestra el comportamiento de tensión de una cualquiera de las celdas de batería Bj de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>durante el reposo. El tiempo tA es el tiempo de inicio de un evento de reposo específico. El evento de reposo es una transición desde la carga al reposo del módulo de batería 11. La tensión de la celda de batería Bj sigue aumentando hasta el tiempo de inicio tA, y cae instantáneamente en el tiempo de inicio tA cuando la corriente de carga se hace 0, y luego converge hacia OCV. El tiempo tB es un tiempo tras el transcurso de un tiempo de relajación predeterminado At desde el tiempo de inicio tA.
[0103] El comportamiento de tensión de la celda de batería Bj indica el promedio de las tensiones de la celda de batería Bj detectadas un número predeterminado de veces en un orden secuencial a lo largo del periodo de relajación At desde el tiempo tA hasta el tiempo tB. El periodo de relajación At puede ser un múltiplo predeterminado del intervalo de tiempo en el que se detecta la tensión de la celda de batería Bj. Por ejemplo, el período de relajación At puede ser de 60 s, y la tensión de la celda de batería Bj puede detectarse un total de 600 veces en orden secuencial en el intervalo de 0,1 s. En consecuencia, puede determinarse el comportamiento de tensión de cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>durante el tiempo de reposo desde el tiempo tA hasta el tiempo tB. La siguiente Ecuación 1 es un ejemplo de función utilizada para calcular el comportamiento de tensión de la celda de batería Bj entre la pluralidad de celdas de batería B1 — EN.
[0105] <Ecuación 1>
[0108]
[0111] En la Ecuación 1, S es el número total de veces que se detecta la tensión durante el periodo de relajación At (por ejemplo, 600), Vj[i][x] es la tensión de la celda de batería Bj en un instante de detección i-ésimo durante el reposo mediante el número de eventos x de eventos de reposo y V _<av>[<x>] es el promedio de tensiones de la celda de batería Bj detectada S veces para el período de reposo At por el número de eventos x de eventos de reposo.
[0113] El circuito de control 120 monitoriza el comportamiento de tensión de la celda de batería Bj durante el reposo cada vez que se produce el evento de reposo (es decir, cada vez que el número de eventos x aumenta en 1). Por consiguiente, como se muestra en la FIG. 4, una serie temporal que indica un tiempo en función del tiempo en la pluralidad de comportamientos de tensión V1_<av>[x] ~ V<n>_<av>[x] de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>con eventos de reposo repetidos se registra en la memoria 121.
[0115] El circuito de control 120 determina el último valor de la primera desviación de tensión de la celda de batería Bj cada vez que se produce el evento de reposo. La primera desviación de tensión de la celda de batería Bj indica una diferencia entre el comportamiento de tensión de la celda de batería Bj y el comportamiento de tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería B1 — EN. La siguiente Ecuación 2 es un ejemplo de función utilizada para calcular la primera desviación de tensión de la celda de batería Bj.
[0117] <Ecuación 2>
[0120]
[0121] En la Ecuación 2, V<m>[<x>] es el comportamiento promedio de la tensión de la pluralidad de celdas de batería B<i>~ B<n>correspondiente al número<x>de eventos de reposo, y Vj_D1[x] es la primera desviación de tensión de la celda de batería Bj correspondiente al número de eventos<x>de eventos de reposo. Es decir, cada vez que el número de eventos<x>aumenta en 1, V1_<d>1[<x>] a V<n>_<d>1[<x>] asociado a la pluralidad de celdas de batería B 1~ B<n>puede calcularse. Por consiguiente, como se muestra en la FIG. 5, una serie temporal que indica el cambio en función del tiempo en la pluralidad de primeras desviaciones de tensión V1_<d>1[<x>] ~ V<n>_<d>1[<x>] de la pluralidad de celdas de batería B 1~ B<n>a medida que se repite el evento de reposo se registra en la memoria 121. Al mismo tiempo, en la FIG. 5, entre la pluralidad de primeras curvas de desviación de tensión, la curva específica marcada por la línea continua gruesa tiene un descenso más rápido de la primera desviación de tensión con el aumento del número de eventos<x>que las demás curvas.
[0122] En lo sucesivo en el presente documento, los procesos que adicionalmente realiza el circuito de control 120 para detectar un micro cortocircuito se describirán haciendo referencia a las FIGS. 6 a 9. Los procesos relacionados con las FIGS. 6 a 9 pueden realizarse cuando se cumple la condición: el número total de veces que han tenido lugar los eventos de reposo (es decir, el número de eventos<x>de eventos de reposo que han tenido lugar recientemente) es igual o mayor que un número de veces de referencia. Adicionalmente, para facilitar la descripción, los gráficos mostrados en las FIGS. 6 a 9 se refieren a la única curva (asociada a la celda de batería anormal) marcada por la línea sólida gruesa entre la pluralidad de primeras curvas de desviación de tensión mostradas en la FIG. 5.
[0124] La FIG. 6 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la segunda desviación de tensión de la celda de batería con eventos de reposo repetidos, la FIG. 7 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la tercera desviación de tensión de la celda de batería con eventos de reposo repetidos, la FIG. 8 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la cuarta desviación de la tensión de la celda de batería con eventos de reposo repetidos, y la FIG. 9 es un gráfico que muestra, a modo de ejemplo, un cambio en función del tiempo en la desviación umbral para la determinación del micro cortocircuito de la celda de batería con eventos de reposo repetidos. Para facilitar la descripción, las FIGS. 6 a 9 solo muestran la curva única que muestra el cambio en función del tiempo de la segunda desviación de tensión asociada a la primera desviación de tensión de la celda de batería anómala.
[0126] Con referencia a la FIG. 6, el circuito de control 120 puede determinar el último valor de la segunda desviación de tensión de la celda de batería Bj correspondiente al último valor de la primera desviación de tensión aplicando un algoritmo de suavizado al último valor de la primera desviación de tensión de la celda de batería Bj. Un filtro de promedio móvil es un ejemplo de algoritmo de suavizado. La siguiente Ecuación 3 es un ejemplo del filtro de promedio móvil utilizado para calcular la segunda desviación de tensión de la celda de batería Bj.
[0128] <Ecuación 3>
[0131]
[0134] En la Ecuación 3, W (un número natural de 2 o mayor) es el tamaño del filtro de promedio móvil, Vj_D2[x] es la segunda desviación de tensión de la celda de batería Bj correspondiente al número de eventos<x>de eventos de reposo, y Vj_D2[x-1] es la segunda desviación de tensión de la celda de batería Bj correspondiente al número de eventos<x -1>de eventos de reposo. El último valor de la segunda desviación de tensión de la celda de batería Bj puede indicar el resultado de la corrección del último valor Vj_D1[x] de la primera desviación de tensión correspondiente al evento de reposo presente utilizando las primeras desviaciones de tensión Vj_D<1>[x-W+1]~Vj_D<1>[x-1] calculadas en asociación con los eventos de reposo pasados (W-1). Cada vez que el número de eventos<x>aumenta en 1, V1_<d>2[<x>] a V<n>_<d>2[<x>] asociado a la pluralidad de celdas de batería B 1~ B<n>puede calcularse de nuevo. Por consiguiente, una serie temporal (es decir, los datos de la relación entre el número de eventos y la segunda desviación de tensión) que indica el cambio en función del tiempo en la pluralidad de segundas desviaciones de tensión V1_<d>2[<x>] a V<n>_<d>2[<x>] de la pluralidad de celdas de batería B 1~ B<n>con eventos de reposo repetidos se registra en la memoria 121. El algoritmo de suavizado puede sustituirse por cualquier otro algoritmo (por ejemplo, un filtro de suavizado exponencial doble) que la ecuación 3.
[0136] Con referencia a la FIG. 7, el circuito de control 120 determina el último valor de la tercera desviación de tensión indicando una diferencia entre el último valor de la primera desviación de tensión y el último valor de la segunda desviación de tensión. La siguiente Ecuación 4 muestra una relación entre la primera desviación de tensión, la segunda desviación de tensión y la tercera desviación de tensión.
[0138] <Ecuación 4>
[0141]
[0144] En la Ecuación 4, Vj_D<3>[x] es la tercera desviación de tensión de la celda de batería Bj correspondiente al número<x>de eventos de reposo. La tercera desviación de tensión de la celda de batería Bj indica una tendencia de profundización del micro cortocircuito en la celda de batería Bj. Cada vez que el número de eventos<x>aumenta en 1, V<1>_<d3>[<x>] a V<n>_<d3>[<x>] asociado a la pluralidad de celdas de batería B<i>~B<n>puede calcularse. Por consiguiente, una serie temporal (es decir, los datos de la relación entre el número de eventos y la tercera desviación de tensión) que indica el cambio en función del tiempo en la pluralidad de terceras desviaciones de tensión V<1>_D<3>[x] a V<n>_<d3>[x] de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>con eventos de reposo repetidos se registra en la memoria 121.
[0146] Con referencia a la FIG. 8, el circuito de control 120 determina el último valor de la cuarta desviación de tensión indicando una diferencia entre el último valor de la tercera desviación de tensión y el valor anterior de la tercera desviación de tensión. La cuarta desviación de tensión de la celda de batería Bj indica fluctuaciones en la tendencia de profundización del micro cortocircuito en la celda de batería Bj. La siguiente Ecuación 5 muestra una relación entre la tercera desviación de tensión y la cuarta desviación de tensión.
[0148] <Ecuación 5>
[0151]
[0154] En la Ecuación 5, Vj_D<4>[x] es la cuarta desviación de tensión de la celda de batería Bj correspondiente al número x de eventos de reposo. Cuando x es el número del evento presente, Vj_D<3>[x] es el último valor de la tercera desviación de tensión, y Vj_D<3>[x-1] es el valor anterior de la tercera desviación de tensión. Cada vez que el número de eventos x aumenta en 1, V<1>_D<4>[x] a V<n>_<d4>[<x>] asociado a la pluralidad de celdas de batería B 1~ B<n>puede calcularse. Por consiguiente, una serie temporal (es decir, los datos de la relación entre el número de eventos y la cuarta desviación de tensión) que indica el cambio en función del tiempo en la pluralidad de cuartas desviaciones de tensión V<1>_D<4>[x] a V<n>_<d4>[<x>] de la pluralidad de celdas de batería B 1~ B<n>con eventos de reposo repetidos se registra en la memoria 121.
[0155] Con referencia a la FIG. 9, el circuito de control 120 determina el último valor de la desviación umbral para la celda de batería Bj utilizando una dispersión de la serie temporal de la cuarta desviación de tensión que tiene un tamaño predeterminado (un número natural de 2 o mayor). La siguiente Ecuación 6 es un ejemplo de función utilizada para calcular la desviación típica como dispersión de la serie temporal de la cuarta desviación de tensión de la celda de batería Bj.
[0157] <Ecuación 6>
[0160]
[0163] En la Ecuación 6, Cj[x] es la desviación típica de la serie temporal (tamaño y) de la cuarta desviación de tensión de la celda de batería Bj, y V _<d4>_<av>es el promedio de la serie temporal (tamaño y) de la cuarta desviación de tensión. Cj[x] corresponde al número x de eventos de reposo.
[0165] El circuito de control 120 puede determinar el último valor Vj_Th[x] de la desviación umbral utilizada para detectar un micro cortocircuito en la celda de batería Bj para que sea igual a un valor obtenido multiplicando la dispersión Cj[x] por una constante de margen predeterminada. Por ejemplo, Vj_Th[x] = Cj[x] * Q. Q es la constante de margen. Por consiguiente, cada vez que el número de eventos x aumenta en 1, V1_Th[x] a VN_Th[x] asociado a la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>puede calcularse. Por consiguiente, una serie temporal (es decir, los datos de la relación entre el número de eventos y la desviación de umbral) que indica el cambio en función del tiempo en la pluralidad de desviaciones umbral V1_Th[x] a VN_Th[x] de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>con eventos de reposo repetidos se registra en la memoria 121. La curva de la FIG. 9 muestra una serie temporal de la desviación umbral asociada a la celda de batería anómala (véase la línea gruesa de la FIG. 5) cuando y y Q son 100 y -15, respectivamente.
[0166] Cada vez que el número de eventos x aumenta en 1, el circuito de control 120 puede determinar si la celda de batería Bj correspondiente tiene micro cortocircuito al comparar el último valor Vj_D<3>[x] de la tercera desviación de tensión asociada a la celda de batería Bj con el último valor Vj_Th[x] de la desviación umbral.
[0168] Cada vez que el número de eventos x aumenta en 1, cuando Vj_D<3>[x] < Vj_Th[x], el circuito de control 120 puede aumentar un factor de anomalía que indica que es probable que se produzca un micro cortocircuito en la celda de batería Bj, y de lo contrario, el circuito de control 120 puede disminuir el factor de anomalía. Por ejemplo, el factor de anomalía puede aumentar en un primer valor (por ejemplo, 10) desde el valor anterior o en una primera proporción (por ejemplo, 10 %) del valor anterior. El factor de anomalía puede disminuir en un segundo valor (por ejemplo, 1) desde el valor anterior o en una segunda proporción (por ejemplo, 2 %) del valor anterior. El circuito de control 120 puede determinar que hay un micro cortocircuito en la celda de batería Bj en respuesta a que el factor de anomalía asociado a la celda de batería Bj es igual o mayor que un umbral (por ejemplo, 100). El circuito de control 120 puede restablecer el factor de anomalía asociado a la celda de batería Bj a un valor inicial (por ejemplo, 0), en respuesta a la condición de que Vj_D<3>[x] > Vj_Th[x] se satisfaga continuamente mientras el número de eventos x aumenta hasta un valor predeterminado (por ejemplo, 10). El valor inicial es el valor límite inferior del factor de anomalía.
[0170] Los expertos en la materia comprenderán fácilmente que cuando Q es un número positivo (por ejemplo, 15), no un número negativo (por ejemplo, -15), la condición de aumento del factor de anomalía será contraria, es decir, Vj_D<3>[x] > Vj_n[x].
[0172] Las FIGS. 10 y 11 son diagramas de flujo a los que se hace referencia al describir a modo de ejemplo un método de diagnóstico de batería de acuerdo con una realización de la presente divulgación. El método de las FIGS. 10 y 11 puede comenzar cada vez que se produce el evento de reposo en el que el módulo de batería 11 pasa de la carga al reposo. Como referencia, un valor que es mayor que el número de eventos anterior en 1 puede ser cedido al número de eventos x del evento en reposo recién generado.
[0174] Haciendo referencia a las FIGS. 1 a 11, en la etapa S1010, el circuito de control 120 determina, para cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>, el último valor Vj_D1[x] de la primera desviación de tensión que indica una diferencia entre el comportamiento de tensión Vj_AV[x] de la celda de batería Bj y el comportamiento de tensión promedio V<m>[x] de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>a lo largo del periodo de relajación At desde el momento de inicio del evento de reposo (véanse las ecuaciones 1 y 2). Vj_D1[x] puede registrarse en la memoria 121.
[0176] En la etapa S1020, el circuito de control 120 determina si el número total de veces que se han producido los eventos de reposo es igual o superior al número de veces de referencia. Cuando un valor en la etapa S1020 es "Sí", se realiza la etapa S1030. El número total de veces puede indicar el valor máximo entre los números de evento cedidos a los eventos de reposo que han tenido lugar hasta ahora.
[0178] En la etapa S1030, el circuito de control 120 determina, para cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>, el último valor Vj_D2[x] de la segunda desviación de tensión correspondiente al último valor Vj_D1[x] de la primera desviación de tensión aplicando el algoritmo de suavizado al último valor Vj_AV[x] de la primera desviación de tensión (véase la ecuación 3). El último valor Vj_D2[x] de la segunda desviación de tensión puede ser un promedio ponderado del último valor Vj_D1[x] de la primera desviación de tensión y del valor anterior Vj_D<2>[x-1] de la segunda desviación de tensión. Vj_D2[x] puede registrarse en la memoria 121.
[0180] En la etapa S1040, el circuito de control 120 determina, para cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>, el último valor Vj_D<3>[x] de la tercera desviación de tensión que indica una diferencia entre el último valor Vj_D1[x] de la primera desviación de tensión y el último valor Vj_D2[x] de la segunda desviación de tensión (véase la ecuación 4). Vj_D<3>[x] puede registrarse en la memoria 121.
[0182] En la etapa S1050, el circuito de control 120 determina, para cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>, el último valor Vj_D<4>[x] de la cuarta desviación de tensión que indica una diferencia entre el último valor Vj_D<3>[x] de la tercera desviación de tensión y el valor anterior Vj_D<3>[x-1] de la tercera desviación de tensión (véase la ecuación 5). Vj_D<4>[x] puede registrarse en la memoria 121.
[0184] En la etapa S1060, el circuito de control 120 determina, para cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~Bn, el último valor Vj_n[x] de la desviación umbral utilizando la dispersión (por ejemplo, la desviación típica Oj[x]) de la serie temporal Vj_D<4>[x-y+1] ~ Vj_D4[x] de la cuarta desviación de tensión que tiene el tamaño predeterminado y (véase la ecuación 6).
[0186] En la etapa S1070, el circuito de control 120 determina, para cada una de la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>, si se cumple la condición de Vj_D<3>[x] < Vj_Th[x] comparando el último valor Vj_D<3>[x] de la tercera desviación de tensión con el último valor Vj_Th[x] de la desviación umbral. Vj_D<3>[x] < Vj_Th[x] indica que es probable que se produzca un micro cortocircuito en la celda de batería Bj. Cuando un valor en la etapa S1070 es "Sí", se ejecuta S1082. Cuando el valor en la etapa S1070 es "No", se puede realizar S1084.
[0188] En la etapa S1082, el circuito de control 120 aumenta el factor de anomalía asociado a la celda de batería Bj que satisface la condición de Vj_D<3>[x] < Vj_Th[x] entre la pluralidad de celdas de batería B1~Bn en el primer valor.
[0190] En la etapa S1084, el circuito de control 120 disminuye el factor de anomalía asociado a la celda de batería Bj que no satisface la condición de Vj_D<3>[x] < Vj_Th[x] entre la pluralidad de celdas de batería B1~B<n>en el segundo valor.
[0192] En la etapa S1086, el circuito de control 120 determina si el factor de anomalía asociado a la celda de batería Bj que satisface la condición de Vj_D<3>[x] < Vj_Th[x] es igual o mayor que el umbral. Un valor de la etapa S1084 que sea "Sí" indica que se ha detectado un micro cortocircuito en la celda de batería Bj. Cuando el valor de la etapa S1084 es "Sí", se puede realizar S1090.
[0194] En la etapa S1090, el circuito de control 120 realiza al menos una operación de protección. La operación de protección puede incluir la generación de un mensaje de diagnóstico notificando un número de identificación y/o una localización de la celda de batería Bj asociada al factor de anomalía del umbral o más. El mensaje de diagnóstico puede transmitirse al controlador de vehículo 2 y/o al usuario del vehículo a través del circuito de comunicación 130. La operación de protección puede incluir el control de desconexión del relé 20.
[0195] Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente no se implementan únicamente a través del aparato y el método, 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 tal implementación pueden lograrla fácilmente los expertos en la técnica a partir de la divulgación de las realizaciones descritas anteriormente.
[0196] 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 de estos dentro de los aspectos técnicos de la presente divulgación y de las reivindicaciones adjuntas.
[0197] Descripción de los números de referencia
[0198] 1: Vehículo eléctrico 2: Controlador de vehículo
[0199] 10: Paquete de baterías 11: Módulo de batería
[0200] B: Celda de batería
[0201] 100:<Aparato de diagnóstico de>
[0202] <batería>110: Monitor de batería
[0203] 120: Circuito de control 130: Circuito de comunicación

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES
1. Un aparato de diagnóstico de batería (100), que comprende:
un monitor de batería (110) configurado para detectar una tensión de cada una de una pluralidad de celdas de batería incluidas en un módulo de batería (11);caracterizado por quedicho aparato de diagnóstico de batería comprende:
un circuito de control (120) configurado para determinar un último valor de una primera desviación de tensión que indica una diferencia entre un comportamiento de tensión de cada celda de batería y un comportamiento de tensión promedio de la pluralidad de celdas de batería durante un período de relajación desde un tiempo de inicio de un evento de reposo en el que el módulo de batería pasa de la carga al reposo,
en donde cuando un número total de veces que han tenido lugar los eventos de reposo es igual o mayor que un número de veces de referencia,
el circuito de control (120) está configurado para, para cada celda de batería,
determinar un último valor de una segunda desviación de tensión correspondiente al último valor de la primera desviación de tensión aplicando un algoritmo de suavizado al último valor de la primera desviación de tensión, determinar un último valor de una tercera desviación de tensión que indique una diferencia entre el último valor de la primera desviación de tensión y el último valor de la segunda desviación de tensión,
determinar un último valor de una cuarta desviación de tensión que indica una diferencia entre el último valor de la tercera desviación de tensión y un valor anterior de la tercera desviación de tensión,
determinar un último valor de una desviación umbral utilizando una dispersión de una serie temporal de la cuarta desviación de tensión que tiene un tamaño predeterminado, y
determinar si la celda de batería correspondiente tiene un micro cortocircuito comparando el último valor de la tercera desviación de tensión con el último valor de la desviación umbral.
2. El aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el comportamiento de tensión de cada celda de batería indica un promedio de tensiones de la celda de batería correspondiente detectadas un número predeterminado de veces en un orden secuencial durante el período de relajación desde el tiempo de inicio del evento de reposo.
3. El aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el algoritmo de suavizado es un filtro de promedio móvil, y
en donde el número de veces de referencia es igual o mayor que un tamaño del filtro de promedio móvil.
4. El aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la dispersión es una desviación típica.
5. El aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el circuito de control está configurado para determinar, para cada celda de batería, el último valor de la desviación umbral multiplicando la dispersión por una constante de margen predeterminada.
6. El aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el circuito de control está configurado para, para cada celda de batería:
aumentar un factor de anomalía asociado a la celda de batería correspondiente en un primer valor cuando el último valor de la tercera desviación de tensión sea igual o menor que el último valor de la desviación umbral, y determinar que la celda de batería correspondiente tiene el micro cortocircuito cuando el factor de anomalía asociado a la celda de batería correspondiente alcanza un umbral.
7. El aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 6, en donde el circuito de control está configurado para disminuir, para cada celda de batería, el factor de anomalía asociado a la celda de batería correspondiente en un segundo valor cuando el último valor de la tercera desviación de tensión es mayor que el último valor de la desviación umbral.
8. Un paquete de baterías (10) que comprende el aparato de diagnóstico de batería de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Un vehículo eléctrico (1) que comprende el paquete de baterías de acuerdo con la reivindicación 8.
10. Un método de diagnóstico de batería,caracterizado por queel método comprende:
determinar (S1010) un último valor de una primera desviación de tensión que indica una diferencia entre un comportamiento de tensión de cada celda de batería y un comportamiento de tensión promedio de una pluralidad de celdas de batería durante un período de relajación desde un tiempo de inicio de un evento de reposo en el que un módulo de batería que incluye la pluralidad de celdas de batería pasa de la carga al reposo,
en donde cuando (S1020) un número total de veces que han tenido lugar los eventos de reposo es igual o mayor que un número de veces de referencia,
el método de diagnóstico de batería comprende, además, para cada celda de batería:
determinar (S1030) un último valor de una segunda desviación de tensión correspondiente al último valor de la primera desviación de tensión aplicando un algoritmo de suavizado al último valor de la primera desviación de tensión;
determinar (S1040) un último valor de una tercera desviación de tensión que indica una diferencia entre el último valor de la primera desviación de tensión y el último valor de la segunda desviación de tensión; determinar (S1050) un último valor de una cuarta desviación de tensión que indica una diferencia entre un último valor de la tercera desviación de tensión y un valor anterior de la tercera desviación de tensión; determinar (S1060) un último valor de una desviación umbral utilizando una dispersión de una serie temporal de la cuarta desviación de tensión que tiene un tamaño predeterminado; y
determinar si la celda de batería correspondiente tiene un micro cortocircuito comparando el último valor de la tercera desviación de tensión con el último valor de la desviación umbral.
11. El método de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el comportamiento de tensión de cada celda de batería indica un promedio de tensiones de la celda de batería correspondiente detectadas un número predeterminado de veces en un orden secuencial durante el período de relajación desde el tiempo de inicio del evento de reposo.
12. El método de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el algoritmo de suavizado es un filtro de promedio móvil, y
en donde el número de veces de referencia es igual o mayor que un tamaño del filtro de promedio móvil.
13. El método de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 10, en donde la dispersión es una desviación típica.
14. El método de diagnóstico de batería de acuerdo con la reivindicación 10, en donde el último valor de la desviación umbral es igual a una multiplicación de la dispersión por una constante de margen predeterminada.
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