ES3048464T3

ES3048464T3 - Battery management system, battery management method, battery pack and electric vehicle

Info

Publication number: ES3048464T3
Application number: ES21847191T
Authority: ES
Inventors: A-Ming Cha; Yoon-Jung Bae; Hee-Seok Jeong
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-07-20
Filing date: 2021-07-19
Publication date: 2025-12-10
Anticipated expiration: 2041-07-19
Also published as: JP2023503080A; HUE073189T2; EP4156376A4; EP4156376B1; US20230035092A1; US12308689B2; JP7331327B2; PL4156376T3; CN114846674B; CN114846674A; KR20220010961A; KR102737635B1; EP4156376A1; WO2022019595A1

Abstract

Un sistema de gestión de baterías, según la presente invención, comprende: un sensor de tensión para generar una señal de tensión que indica la tensión de la batería; un sensor de corriente para generar una señal de corriente que indica la corriente que fluye a través de la batería; y un controlador que registra el historial de tensión y corriente de la batería, basándose en las señales de tensión y corriente, en un momento predeterminado, mientras la batería se carga con corriente constante. El controlador determina una curva de capacidad diferencial que indica la correspondencia entre la tensión de la batería y la capacidad diferencial dentro de un rango de tensión de referencia. Cuando se detecta un punto característico principal en la curva de capacidad diferencial, el controlador compara una primera tensión característica de dicho punto con una tensión de referencia y realiza una primera operación de protección de la batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Sistema de gestión de baterías, método de gestión de baterías, paquete de baterías y vehículo eléctrico

[0004] Campo técnico

[0006] La presente exposición se refiere a la tecnología de protección de baterías.

[0008] Antecedentes de la técnica

[0010] Recientemente, se ha producido un rápido aumento en la demanda de productos electrónicos portátiles, tales como ordenadores portátiles, videocámaras y teléfonos móviles, y con el extenso desarrollo de vehículos eléctricos, acumuladores para almacenamiento de energía, robots y satélites, se están realizando muchos estudios sobre baterías de alto rendimiento que puedan cargarse y descargarse repetidamente.

[0012] Actualmente, entre las baterías disponibles comercialmente se 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 poco o ningún efecto memoria, por lo que están atrayendo más atención que las baterías basadas en níquel por las ventajas de que la recarga se puede realizar cuando sea conveniente, la tasa de autodescarga es muy baja y la densidad de energía es alta.

[0014] Durante la carga o descarga de la batería, se produce polarización en la batería, y la polarización provoca una sobretensión de la batería. La polarización depende de los componentes de resistencia (por ejemplo, la resistencia óhmica, la resistencia de transferencia de carga y la resistencia a la difusión) que se incrementan gradualmente a medida que la batería se degrada. De acuerdo con lo anterior, a medida que la tasa de corriente durante la carga/descarga es mayor, la temperatura de la batería es más baja y debido a que el grado de degradación de la batería es mayor, la polarización es más intensa, y como resultado, la magnitud de la sobretensión que ocurre en la batería también es mayor, como es bien conocido. Cuando se utiliza la batería en un estado de polarización de potencial, la batería se degrada rápidamente.

[0016] El documento n.° EP 3076478 A1 se refiere a un módulo de batería que incluye una batería secundaria de iones de litio y un circuito de control. El circuito de control incluye una unidad de medición que mide una tensión, una corriente y un tiempo de carga/descarga de la batería secundaria de iones de litio, una unidad de operación que calcula una capacidad Q sobre la base de la tensión, la corriente y el tiempo y calcula un valor diferencial dQ/dV mediante la derivación de la capacidad Q respecto a una tensión V, una unidad de ajuste de tensión umbral que especifica un pico del lado de baja capacidad del valor diferencial dQ/dV generado sobre la base de una estructura en etapas de grafito y establece una tensión en el pico a una tensión umbral, una unidad de ajuste de tensión de corte que establece una tensión de corte de descarga de la batería secundaria de iones de litio sobre la base de la tensión umbral, y una unidad de control de carga/descarga que controla la carga/descarga de la batería secundaria de iones de litio sobre la base de la tensión de corte de descarga.

[0018] El documento n.° US 2019/168 617 A1 proporciona un método y un sistema para determinar un proceso de descarga de una batería. El método incluye las etapas siguientes: medir la información de carga/descarga de la batería; calcular una característica de carga/descarga de la batería según la información de carga/descarga; alinear la característica de carga/descarga de la batería de acuerdo con un punto característico de comparación de una característica de comparación para obtener una característica de carga/descarga alineada; determinar si la batería es normal según la característica de carga/descarga alineada o una eficiencia coulómbica de la batería; calcular una probabilidad de seguridad de la batería según la característica de carga/descarga alineada y la resistencia de un cortocircuito interno de la batería cuando se determina que la batería es anormal; y determinar un proceso de descarga de la batería según la probabilidad de seguridad de la batería.

[0020] Exposición

[0022] Problema técnico

[0024] Los inventores han encontrado que la reacción de cambio de fase que ocurre durante la carga de la batería depende en gran medida en que la polarización presente una correlación positiva con la sobretensión de la batería.

[0025] La presente exposición está diseñada para resolver el problema descrito anteriormente y, por lo tanto, la presente exposición se refiere a proporcionar un sistema de gestión de baterías, un método de gestión de baterías, un paquete de baterías y un vehículo eléctrico, que determina una curva de capacidad diferencial en un intervalo de tensiones preestablecido en el que ocurre una reacción de cambio de fase única durante la carga de una batería, y determina el nivel de polarización utilizando el resultado de detección de puntos característicos con respecto a la curva de capacidad diferencial.

[0026] La presente exposición se refiere, además, a proporcionar un sistema de gestión de baterías, un método de gestión de baterías, un paquete de baterías y un vehículo eléctrico, que realiza diferentes operaciones de protección para la batería utilizando el nivel de polarización determinado a partir del resultado de detección de puntos característicos con respecto a la curva de capacidad diferencial.

[0028] Estos y otros objetos y ventajas de la presente exposición pueden entenderse a partir de la siguiente descripción y resultarán evidentes a partir de las realizaciones de la presente exposición. Además, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente exposición pueden realizarse mediante los medios proporcionados en las reivindicaciones adjuntas y una combinación de los mismos.

[0030] Solución técnica

[0032] Un sistema de gestión de baterías según un aspecto de la presente exposición incluye un sensor de tensión configurado para generar una señal de tensión que indica una tensión de una batería, un sensor de corriente configurado para generar una señal de corriente que indica una corriente que fluye a través de la batería, y una unidad de control configurada para registrar un historial de tensión y un historial de corriente de la batería en base a la señal de tensión y la señal de corriente a un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga de corriente constante de la batería. La unidad de control está configurada para determinar una curva de capacidad diferencial que indica una correlación entre la tensión de la batería y una capacidad diferencial en un intervalo de tensiones de referencia basado en el historial de tensión y el historial de corriente. La unidad de control está configurada para realizar una primera operación de protección para la batería mediante comparación de una primera tensión característica de un punto de característica principal con una tensión de referencia cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial el punto de característica principal, en donde la primera operación de protección incluye una operación de reducir una corriente de referencia de la carga de corriente constante por una primera corriente de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia; y la unidad de control está configurada para realizar una segunda operación de protección para la batería cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto de característica adicional que presenta una segunda tensión característica que es mayor que la primer tensión característica, en donde la segunda operación de protección incluye una operación de reducir adicionalmente la corriente de referencia reducida por la primera operación de protección.

[0034] La unidad de control puede estar configurada para determinar, como punto de característica principal, un punto máximo detectado a partir de la curva de capacidad diferencial por primera vez durante la carga de corriente constante de la batería.

[0036] La primera operación de protección puede incluir una operación de reducción de una tensión de corte de la carga de corriente constante mediante una tensión de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia. Un límite inferior de la tensión de corte puede estar limitado a una tensión de límite superior del intervalo de tensión de referencia.

[0038] La primera operación de protección incluye una operación de reducción de una corriente de referencia de la carga de corriente constante mediante una primera corriente de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia.

[0040] La unidad de control está configurada para realizar una segunda operación de protección para la batería cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto de característica adicional que presenta una segunda tensión característica que es mayor que la primera tensión característica.

[0042] La segunda operación de protección incluye una operación de reducción adicional de la corriente de referencia reducida por la primera operación de protección.

[0044] La unidad de control puede estar configurada para detener la carga de corriente constante cuando no se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto característico.

[0046] La unidad de control puede estar configurada para determinar el intervalo de tensión de referencia en base a una capacidad máxima de la batería.

[0048] Un paquete de baterías según otro aspecto de la presente exposición incluye el sistema de gestión de baterías.

[0049] Un vehículo eléctrico según todavía otro aspecto de la presente exposición incluye el paquete de baterías.

[0051] Un método de gestión de baterías según otro aspecto de la presente exposición puede llevarse a cabo en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga de corriente constante de una batería. El método de gestión de la batería incluye registrar un historial de tensión y un historial de corriente de la batería en base a una señal de tensión que indica un tensión de la batería y una señal de corriente que indica una corriente que fluye a través de la batería, determinar una curva de capacidad diferencial que indica una correlación entre la tensión de la batería y una capacidad diferencial en un intervalo de tensión de referencia basado en el historial de tensión y el historial de corriente, y realizar una primera operación de protección para la batería mediante comparación de una primera tensión característica de un punto de característica principal con una tensión de referencia cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial el punto de característica principal, en donde la primera operación de protección incluye una operación de reducción de una corriente de referencia de la carga de corriente constante por una primera corriente de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia; y el método de gestión de la batería incluye, además, llevar a cabo una segunda operación de protección para la batería cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto de característica adicional que presenta una segunda tensión característica que es mayor que la primera tensión característica, en donde la segunda operación de protección incluye una operación de reducción adicional de la corriente de referencia reducida por la primera operación de protección.

[0052] Efectos ventajosos

[0053] De acuerdo con por lo menos una de las realizaciones de la presente exposición, después de determinar una curva de capacidad diferencial en un intervalo de tensión preestablecido en el que ocurre una reacción de cambio de fase única durante la carga de una batería, el nivel de polarización puede determinarse utilizando el resultado de detección de puntos característicos con respecto a la curva de capacidad diferencial.

[0054] Además, de acuerdo con por lo menos una de las realizaciones de la presente exposición, se realizan diferentes operaciones de protección para la batería utilizando el nivel de polarización determinado a partir del resultado de detección del punto característico con respecto a la curva de capacidad diferencial. De acuerdo con lo anterior, es posible retrasar la degradación de la batería y mejorar la seguridad.

[0055] Los efectos de la presente exposición no se encuentran limitados a los efectos mencionados anteriormente, y estos y otros efectos serán claramente comprendidos por el experto en la materia a partir de las reivindicaciones adjuntas.

[0056] Breve descripción de los dibujos

[0057] Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferente de la presente exposición y, junto con la descripción detallada de la presente exposición que se describe a continuación, sirven para proporcionar una comprensión más detallada de los aspectos técnicos de la presente exposición, y de esta manera, no se debe interpretar que la presente exposición está limitada a los dibujos.

[0058] La FIG. 1 es un diagrama que muestra a modo de ejemplo una configuración de ejemplo de un vehículo eléctrico según la presente exposición.

[0059] La FIG. 2 es un gráfico que muestra una curva de capacidad diferencial de ejemplo en un intervalo de tensión que incluye un intervalo de tensión de referencia.

[0060] La FIG. 3 es un gráfico que muestra una correlación de ejemplo entre la capacidad máxima de una batería y un intervalo de tensión de referencia.

[0061] La FIG. 4 es un diagrama de flujo que muestra a modo de ejemplo un método de gestión de baterías según una primera realización de la presente exposición.

[0062] La FIG. 5 es un diagrama de flujo que muestra a modo de ejemplo un método de gestión de baterías según una segunda realización de la presente exposición.

[0063] Descripción detallada

[0064] A continuación en el presente documento, se describirán en detalle las realizaciones preferentes de la presente exposición en referencia a los dibujos adjuntos. Antes de la descripción, debe entenderse que los términos o expresiones utilizados en la especificación y en las reivindicaciones adjuntas no deben interpretarse como limitados a significados generales y de diccionario, sino más bien interpretarse en función de los significados y conceptos correspondientes a los aspectos técnicos de la presente exposición sobre la base del principio de que se permite al inventor definir los términos adecuadamente para una explicación óptima.

[0065] Los términos, incluidos los números ordinales, tales como «primero», «segundo» y similares, se utilizan para distinguir un elemento de otro entre diversos elementos, pero no pretenden ser limitativos de los elementos. A menos que el contexto indique claramente lo contrario, se entenderá que el término «comprende» cuando se utiliza en la presente especificación, especifica la presencia de los elementos indicados, pero no excluye la presencia o adición de otro u otros elementos. Además, la expresión «unidad de control» se refiere a una unidad de procesamiento de por lo menos una función u operación, y esto puede implementarse mediante hardware y software, ya sea solo o en combinación.

[0067] Además, a lo largo de toda la especificación, se entenderá además que cuando se dice que un elemento está «conectado a» otro elemento, puede estar directamente conectado al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios.

[0069] La FIG. 1 es un diagrama que muestra a modo de ejemplo una configuración de ejemplo de un vehículo eléctrico según la presente exposición.

[0071] En referencia a la FIG. 1, se proporciona un paquete de baterías 10 para montarse en un dispositivo alimentado por electricidad, tal como el vehículo eléctrico 1. El paquete de baterías 10 incluye una batería B, un interruptor SW, un circuito de carga 20 y un sistema de gestión de baterías 100.

[0073] Un terminal positivo y un terminal negativo de la batería B están conectados eléctricamente al sistema de gestión de baterías 100. La batería B es una batería de iones de litio, e incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo y un separador. El separador está interpuesto entre el electrodo positivo y el electrodo negativo para aislar el electrodo positivo del electrodo negativo. Un material activo de electrodo positivo puede incluir óxido compuesto de metal de litio, por ejemplo, LiNi8/10Co1/10Mn-i/10O2. Un material activo de electrodo negativo puede incluir, por ejemplo, un material a base de carbono (por ejemplo, grafito).

[0075] En el caso de que un fenómeno de polarización de la batería B sea inferior a un nivel predeterminado, se produce una reacción de cambio de fase única del material activo del electrodo positivo o del material activo del electrodo negativo en un intervalo de tensión de referencia (por ejemplo, 3,6~3,8 V). La capacidad de la batería B cambia en gran medida en función de la tensión a la que ocurre la reacción de cambio de fase. De acuerdo con lo anterior, después de obtener una curva de capacidad diferencial en el intervalo de tensión de referencia, puede determinarse el nivel de polarización en función del resultado de la detección de puntos característicos con respecto a la curva de capacidad diferencial. El fenómeno de polarización puede simplemente denominarse «polarización», y el grado del fenómeno de polarización puede denominarse «nivel de polarización». Cada punto característico de la curva de capacidad diferencial puede utilizarse como información que indica la tensión a la que ocurre la reacción de cambio de fase.

[0077] El interruptor SW está instalado en una ruta de corriente conectada en serie a la batería B para la carga/descarga de la batería B. Mientras el interruptor SW está activado, la batería B puede cargarse y descargarse. El interruptor SW puede ser un relé mecánico que se activa/desactiva por la fuerza electromagnética de una bobina o un interruptor semiconductor, tal como un transistor de efecto de campo de óxido metálico semiconductor (MOSFET, por sus siglas en inglés). Mientras el interruptor SW esté desactivado, la carga/descarga de la batería B está detenida. El interruptor SW puede activarse en respuesta a una primera señal de conmutación (por ejemplo, una tensión elevada). El interruptor SW puede desactivarse en respuesta a una segunda señal de conmutación (por ejemplo, una tensión reducida). El circuito de carga 20 está conectado eléctricamente a la ruta de la corriente para la carga/descarga de la batería B. El circuito de carga 20 está configurado para convertir la corriente alterna de un dispositivo externo (por ejemplo, una fuente de energía comercial) en corriente continua. El circuito de carga 20 puede incluir un circuito de corriente constante para ajustar una tasa de corriente (denominada «tasa C») para la carga de corriente constante según un comando del sistema de gestión de baterías 100.

[0079] El sistema de gestión de baterías 100 se proporciona para proteger la batería B de la sobrepolarización. El sistema de gestión de baterías 100 incluye una unidad de detección 110, una unidad de control 120 y una unidad de memoria 130. El sistema de gestión de baterías 100 puede incluir, además, una unidad de interfaz 140. El sistema de gestión de la batería 100 puede incluir, además, un controlador de interruptor 150.

[0081] La unidad de detección 110 incluye un sensor de tensión 111 y un sensor de corriente 112. El sensor de tensión 111 está conectado en paralelo a la batería B, y está configurado para detectar una tensión a través de la batería B y generar una señal de tensión que indique la tensión detectada. El sensor de corriente 112 está conectado en serie a la batería B a través de la ruta de la corriente. El sensor de corriente 112 está configurado para detectar una corriente que fluye a través de la batería B y generar una señal de corriente que indica la corriente detectada. La unidad de control 120 puede recoger información de detección, incluyendo la señal de tensión y la señal de corriente en sincronización desde la unidad de detección 110.

[0083] La unidad de control 120 puede implementarse en hardware utilizando por lo menos uno de los siguientes: circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), procesadores de señal digital (DSP), dispositivos de procesamiento de señal digital (DSPD), dispositivos de lógica programable (PLD), matrices de compuertas programables en campo (FPGA), microprocesadores o unidades eléctricas para llevar a cabo las demás funciones (todas las siglas son en inglés).

[0084] La unidad de control 120 está acoplada operativamente al circuito de carga 20 y a la unidad de detección 110. El acoplamiento operable se refiere a la conexión directa/indirecta para permitir la transmisión y recepción de señales en una o dos direcciones. La unidad de control 120 está configurada para llevar a cabo una operación para proteger la batería B, tal como se describe posteriormente.

[0086] Cuando la tensión de la batería B es menor que una tensión límite inferior del intervalo de tensión de referencia, la unidad de control 120 puede transmitir un comando de inicio de carga al circuito de carga 20. El comando de inicio de carga incluye información que indica una tasa de corriente de una corriente de referencia. El circuito de carga 20 realiza la carga de corriente constante de la batería B con la corriente de referencia en respuesta al comando de inicio de carga.

[0088] La unidad de control 120 está configurada para determinar la tensión, la corriente, la capacidad y el estado de carga (EdC) de la batería B en un intervalo de tiempo predeterminado en base a la señal de tensión y la señal de corriente incluidas en la información de detección en el intervalo de tiempo predeterminado durante la carga de corriente constante de la batería B. El EdC puede determinarse por como mínimo uno de una variedad de algoritmos bien conocidos (por ejemplo, un método integral en amperios-hora o un método de filtrado de Kalman), por lo que se ha omitido su descripción detallada.

[0090] La capacidad de la batería B indica la cantidad de carga eléctrica almacenada en la batería B y puede denominarse «capacidad residual», y puede determinarse mediante la integración de la corriente de la batería B en el intervalo de tiempo predeterminado. El EdC de la batería B indica una proporción entre la capacidad de la batería B y la capacidad máxima (referida como «capacidad de carga completa») de la batería B, y en general, se indica como 0~1 o 0~100 %. La capacidad máxima de la batería B se reduce gradualmente a medida que la batería B se degrada.

[0092] Un historial de tensión, un historial de corriente y un historial de capacidad correspondientes a la tensión, corriente y capacidad, respectivamente, obtenidas en el intervalo de tiempo predeterminado durante la carga de corriente constante pueden ser registrados en la unidad de memoria 130 por la unidad de control 120. El historial de capacidad está basado en el historial de corriente. Un historial de un parámetro determinado se refiere a un cambio en la serie temporal del parámetro correspondiente durante un período de tiempo.

[0094] La unidad de memoria 130 está acoplada operativamente a la unidad de control 120. La unidad de memoria 130 también puede estar acoplada operativamente a la unidad de detección 110. La unidad de memoria 130 puede incluir, por ejemplo, por lo menos un tipo de medio de almacenamiento del tipo memoria flash, del tipo disco duro, del tipo disco de estado sólido (SSD), del tipo unidad de disco de silicio (s Dd ), del tipo tarjeta multimedia micro, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria estática de acceso aleatorio (SRAM), memoria de solo lectura (ROM), memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) o memoria de solo lectura programable (PROM) (todas las siglas son en inglés).

[0096] La unidad de memoria 130 puede almacenar datos y programas necesarios para una operación de cálculo por la unidad de control 120. La unidad de memoria 130 puede almacenar datos que indican el resultado de la operación de cálculo por la unidad de control 120.

[0098] La unidad de interfaz 140 está configurada para soportar la comunicación por cable o inalámbrica entre la unidad de control 120 y un controlador de alto nivel 2 (por ejemplo, una ECU, por sus siglas en inglés: unidad de control electrónico) del vehículo eléctrico 1. La comunicación por cable puede ser, por ejemplo, comunicación de red de área de controla (CAN, por sus siglas en inglés), 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 comunicación por cable/inalámbrica entre la unidad de control 120 y el controlador de alto nivel 2. La unidad de interfaz 140 puede incluir un dispositivo de salida (por ejemplo, una pantalla o un altavoz) para proporcionar la información recibida de la unidad de control 120 y/o del controlador de alto nivel 2 en un formato reconocible.

[0100] El controlador de interruptor 150 está conectado eléctricamente a la unidad de control 120 y al interruptor SW. El controlador del interruptor 150 está configurado para emitir selectivamente la primera o segunda señal de conmutación al interruptor SW en respuesta al comando desde la unidad de control 120. La unidad de control 120 puede ordenar al controlador del interruptor 150 que active el interruptor SW durante la carga de corriente constante de la batería B.

[0102] La FIG. 2 es un gráfico que muestra una curva de capacidad diferencial de ejemplo en el intervalo de tensión que incluye el intervalo de tensión de referencia, y la FIG. 3 es un gráfico que muestra una correlación de ejemplo entre la capacidad máxima de la batería y el intervalo de tensión de referencia.

[0104] A través de experimentos en los que se fuerza el incremento del nivel de polarización durante la carga de corriente constante, los inventores reconocieron el siguiente hecho. En primer lugar, a medida que se incrementa el nivel de polarización, la tensión a la que ocurre la reacción de cambio de fase se incrementa gradualmente (es decir, se desplaza a una tensión más alta). En segundo lugar, cuando el nivel de polarización se incrementa más, la reacción de cambio de fase ocurre gradualmente en un amplio intervalo de tensión o la reacción de cambio de fase se divide en intervalos de tensión separados.

[0106] En la especificación, la curva de capacidad diferencial puede referirse a un conjunto de datos que registra una correlación entre la tensión de la batería B y una capacidad diferencial. La capacidad diferencial se refiere a una proporción dQ/dV de un cambio de capacidad dQ de la batería B a un cambio de tensión dV de la batería B en el intervalo de tiempo predeterminado.

[0108] En la FIG. 2, Vl y Vu indican las tensiones de límite inferior y superior del intervalo de tensión AV, respectivamente, y V<e>indica la tensión de corte de la carga de corriente constante. En referencia a la FIG. 2, una primera curva 201 indica la curva de capacidad diferencial de la batería B libre de polarización, una segunda curva 202 indica la curva de capacidad diferencial cuando el nivel de polarización de la batería B es inferior al nivel predeterminado, y una tercera curva 203 indica la curva de capacidad diferencial cuando el nivel de polarización de la batería B es igual o superior al nivel predeterminado. En cada una de las curvas 201, 202, 203, un punto característico que aparece en el intervalo de tensión de referencia AV por primera vez puede denominarse «punto característico principal». Por ejemplo, el punto característico se refiere colectivamente a por lo menos uno de: un punto máximo, un punto mínimo y un punto de inflexión, o un punto que satisface una condición específica. En la FIG. 2, el punto máximo que aparece en el intervalo de tensión de referencia AV por primera vez en cada una de las curvas 201, 202, 203 se muestra como el punto característico principal.

[0110] La unidad de control 120 puede detectar el punto característico que aparece a partir de la curva de capacidad diferencial en el intervalo de tiempo predeterminado incluso antes de que la tensión de la batería B alcance la tensión límite superior vU durante la carga de corriente constante. Alternativamente, la unidad de control 120 puede detectar simultáneamente todos los puntos característicos que aparecen a partir de la curva de capacidad diferencial en el intervalo de tensión de referencia AV después de que la tensión de la batería B alcance la tensión límite superior V.

[0112] En la descripción de la primera curva 201, hay un único punto característico P1 en el intervalo de tensión de referencia AV. La unidad de memoria 130 puede prealmacenar el conjunto de datos correspondiente a la primera curva 201. La unidad de control 120 puede establecer una tensión de referencia para determinar el nivel de polarización ocurrido en la batería B para que sea igual a una tensión característica V1 del punto característico P1.

[0113] En la descripción de la segunda curva 202, hay un único punto característico P2 en el intervalo de tensión AV. Se puede observar que un punto característico P2 se desplaza a una tensión más alta desde el punto característico P1. Es decir, una tensión característica V2 del punto característico P2 es mayor que la tensión característica V1 del punto característico P1, y una diferencia de tensión entre la tensión característica V2 y la tensión característica V1 presenta una correlación positiva con el nivel de polarización ocurrido durante la carga de corriente constante durante la cual se obtiene la segunda curva 202.

[0115] La unidad de control 120 puede realizar una primera operación de protección en base a la diferencia de tensión entre la tensión característica V2 y la tensión característica V1. La unidad de control 120 puede realizar la primera operación de protección desde el punto de tiempo en que se detecta el punto característico P2.

[0117] La primera operación de protección puede incluir una operación de reducir la tensión de corte de la carga de corriente constante mediante una tensión de compensación correspondiente a la diferencia de tensión. La unidad de control 120 puede determinar que la tensión de compensación sea igual al producto de multiplicar la diferencia de tensión por un primer peso predeterminado. En donde la diferencia de tensión=V2 - V-i=0,1 [V] y el primer peso=0,9, Ve=4,0 [V], la tensión de compensación=0,09 [V], y la tensión de corte reducida=VE - 0,09 [V]=3,91 [V]=V<e>'. La unidad de control 120 puede establecer la tensión de corte reducido V<e>' como la tensión de corte de la carga de corriente constante.

[0119] La primera operación de protección puede incluir una operación de reducir la corriente de referencia mediante la corriente de compensación correspondiente a la diferencia de tensión. La unidad de control 120 puede determinar que la corriente de compensación es igual al producto de multiplicar la diferencia de tensión por un segundo peso predeterminado. La premisa es que la diferencia de tensión=V2 - V-i=0,1 [V], el segundo peso=0,5 [tasa C/V] y la corriente=0,50 [tasa C], la corriente de compensación=0,05 [tasa C], la corriente de referencia reducida = 0,50 -0,05 [tasa C] = 0,45 [tasa C]. La unidad de control 120 puede establecer la corriente de referencia reducida como la corriente de referencia de carga de corriente constante.

[0121] En la descripción de la tercera curva 203, hay dos puntos característicos P3, Pa en el intervalo de tensión de referencia AV. Se puede observar que un punto característico P3 se desplaza a una tensión más alta desde el punto característico P1 que el punto característico P2. Es decir, una tensión característica V3 del punto característico P3 es mayor que la tensión característica V2 del punto característico P2, y una diferencia de tensión entre la tensión característica V3 y la tensión característica V1 indica el nivel de polarización ocurrido durante la carga de corriente constante durante la que se obtiene la tercera curva 203.

[0123] La unidad de control 120 puede realizar la primera operación de protección en base a la diferencia de tensión entre la tensión característica V3 y la tensión característica V1. La descripción de la primera operación de protección es común con la descripción realizada con respecto a la segunda curva 202. Es decir, la unidad de control 120 puede reducir la tensión de corte y/o la corriente de referencia como la primera operación de protección.

[0125] La premisa es que la tercera curva 203 se obtiene después de que se obtenga la segunda curva 202. En la reducción de la tensión de corte, la diferencia de tensión=V3 - V1=0,12 [V], el primer peso=0,9, Ve'=3,91 [V], la tensión de compensación=0,108 [V], la tensión de corte reducida=VE' - 0,108 [V]=3,802 [V]=V<e>”. La unidad de control 120 puede establecer la tensión de corte reducida V<e>” como la tensión de corte de la carga de corriente constante. El límite inferior de la tensión de corte puede estar limitado a la tensión límite superior, vU. En la reducción de la corriente de referencia, en donde la diferencia de tensión=V3 - V-i=0,12[V], el segundo peso=0,5[tasa C/V], la corriente de referencia=0,45[tasa C], la corriente de compensación=0,06[tasa C], la corriente de referencia reducida=0,45 - 0,06 [tasa C]=0,39 [tasa C]. La unidad de control 120 puede establecer la corriente de referencia reducida como la corriente de referencia de carga de corriente constante.

[0127] La unidad de control 120 puede monitorizar si aparece un punto característico adicional entre la tensión característica V3y la tensión límite superior Vu en el intervalo de tiempo predeterminado después de que se detecte el punto característico P3. La unidad de control 120 puede detectar un punto en el que la pendiente de la tercera curva 203 sea igual o mayor que un umbral predeterminado o el punto mínimo de la tercera curva 203 como el punto característico adicional.

[0129] En la FIG. 2, el punto mínimo P<a>que aparece entre la tensión característica V3 y la tensión límite superior Vpor primera vez se muestra como detectado como el punto característico adicional. El punto característico adicional Pa presenta una tensión característica Va entre la tensión característica V3 y la tensión límite superior Vu.

[0131] Cuando se detecta el punto característico adicional Pa, la unidad de control 120 puede llevar a cabo una segunda operación de protección. La unidad de control 120 puede llevar a cabo la segunda operación de protección desde el punto de tiempo en que se detecta el punto característico adicional P<a>.

[0133] La segunda operación de protección puede incluir una operación de reducción adicional de la corriente de referencia. La premisa es que el punto característico adicional Pa se detecta después de que la corriente de referencia se reduzca de 0,45 [tasa C] a 0,39 [tasa C] por la primera operación de protección. En este caso, la unidad de control 120 puede establecer 0,351 [tasa C] obtenido mediante la multiplicación de la corriente de referencia 0,39 [tasa C] por un tercer peso (por ejemplo, 0,9) como la corriente de referencia de carga de corriente constante.

[0135] La tensión límite inferior Vl y la tensión límite superior Vu pueden ser valores fijos preestablecidos. Alternativamente, la unidad de control 120 puede determinar la tensión límite inferior V<l>y la tensión límite superior Vdel intervalo de tensión de referencia AV en base a la capacidad máxima Q<max>de la batería B al inicio de la carga de corriente constante. La capacidad máxima Qmax puede determinarse como por lo menos uno de una variedad de algoritmos bien conocidos, por lo que su descripción detallada se ha omitido.

[0137] La proporción entre el grado de degradación y la reacción de cambio de fase de la batería B es similar a la proporción entre la polarización y la reacción de cambio de fase. De acuerdo con lo anterior, para detectar con mayor precisión la polarización ocurrida en la batería B a partir de la curva de tensión diferencial, puede resultar ventajoso determinar el intervalo de tensión de referencia AV en base a la capacidad máxima correspondiente al grado de degradación de la batería B. En referencia a la FIG. 3, una curva 301 indica una relación entre la capacidad máxima y la tensión límite inferior, y una curva 302 indica la proporción entre la capacidad máxima y la tensión límite superior. Las dos curvas 301, 302 de la FIG. 3 pueden prepararse en base a los resultados del experimento realizado en baterías fabricadas con el mismo rendimiento eléctrico y químico que la batería B. La unidad de memoria 130 puede prealmacenar el conjunto de datos (por ejemplo, una tabla de consulta) correspondiente a las dos curvas 301, 302. Por ejemplo, cuando la capacidad máxima de la batería B es Qmax, la unidad de control 120 puede establecer Vx y Vy asociadas a Qmax como una tensión Vl y la tensión límite superior Vu, respectivamente.

[0139] La FIG. 4 es un diagrama de flujo que muestra a modo de ejemplo un método de gestión de baterías según una primera realización de la presente exposición, y la FIG. 5 es un diagrama de flujo que muestra a modo de ejemplo un método de gestión de baterías según una segunda realización de la presente exposición. Para mayor comodidad en la descripción, los métodos de las FIGS. 4 y 5 se describirán sobre la base de la tercera curva 203. El método de la FIG. 4 puede repetirse en el intervalo de tiempo predeterminado hasta que se detecte el punto de característica principal P3 de la curva de capacidad diferencial 203 o la tensión de la batería B alcance la tensión límite superior Vdurante la carga de corriente constante de la batería B. Bajo la condición de que el punto de característica principal P3 sea detectado por el método de la FIG. 4, puede repetirse el método de la FIG. 5 en el intervalo de tiempo predeterminado hasta que se detecte el punto de característica adicional PAde la curva de capacidad diferencial 203, o la tensión de la batería B alcance la tensión límite superior V.

[0141] En referencia a las FIGS. 1 a 4, en la etapa S400, la unidad de control 120 registra el historial de tensión y el historial de corriente de la batería B en base a la señal de tensión del sensor de tensión 111 y la señal de corriente del sensor de corriente 112. Es decir, el historial de tensión y el historial de corriente se actualizan en el intervalo de tiempo predeterminado.

[0143] En la etapa S410, la unidad de control 120 determina si la tensión de la batería B alcanzó la tensión límite inferior V<l>del intervalo de tensión de referencia AV. Cuando el valor de la etapa S410 es «Sí», se lleva a cabo la etapa S420. Cuando el valor de la etapa S410 es «No», puede finalizar el método de la FIG. 4.

[0145] En la etapa S420, la unidad de control 120 determina la curva de capacidad diferencial 203 que indica una correlación entre la tensión de la batería B y la capacidad diferencial basada en el historial de tensión y el historial de corriente. Es decir, cada vez que se lleva a cabo la etapa S420, la curva de capacidad diferencial 203 puede actualizarse con la información de tensión y la información de capacidad añadida recientemente durante un tiempo predeterminado.

[0147] En la etapa S430, la unidad de control 120 determina si se detectó el punto característico principal P3 de la curva de capacidad diferencial 203. Cuando el valor de la etapa S430 es «Sí», se lleva a cabo la etapa S440. Cuando el valor de la etapa S430 es «No», se puede llevar a cabo la etapa S450.

[0149] En la etapa S440, la unidad de control 120 lleva a cabo la primera operación de protección. La tensión de corte o la corriente de referencia se reduce mediante la primera operación de protección. La unidad de control 120 puede transmitir un primer comando de reducción de la corriente de carga que indique la corriente de referencia reducida al circuito de carga 20. El circuito de carga 20 puede reducir la magnitud de la corriente de referencia en respuesta al primer comando de reducción de la corriente de carga.

[0151] En la etapa S450, la unidad de control 120 determina si la tensión de la batería B ha alcanzado la tensión límite superior Vdel intervalo de tensión de referencia AV. Cuando el valor de la etapa S450 es «Sí», se puede llevar a cabo la etapa S460. Cuando el valor de la etapa S450 es «No», se indica que la polarización es demasiado grande para ser suprimida o ha ocurrido una falla en el sistema de gestión de baterías 100. Cuando el valor de la etapa S450 es «No», el método de la FIG. 4 puede terminar.

[0153] En la etapa S460, la unidad de control 120 detiene la carga de corriente constante. Es decir, la unidad de control 120 transmite un comando de detención de carga al circuito de carga 20. El circuito de carga 20 puede detener el suministro de la corriente de referencia en respuesta al comando de detención de carga. Alternativa o adicionalmente, la unidad de control 120 puede apagar el interruptor SW.

[0155] En referencia a la FIG. 5, en la etapa S500, la unidad de control 120 registra el historial de tensión y el historial de corriente de la batería B en base a la señal de tensión del sensor de tensión 111 y la señal de corriente del sensor de corriente 112.

[0157] En la etapa S510, la unidad de control 120 determina la curva de capacidad diferencial 203 que indica una correlación entre la tensión de la batería B y la capacidad diferencial en base a el historial de tensión y el historial de corriente.

[0159] En la etapa S520, la unidad de control 120 determina si se ha detectado el punto característico adicional P<a>de la curva de capacidad diferencial 203. Cuando el valor de la etapa S520 es «Sí», se lleva a cabo la etapa S530. Cuando el valor de la etapa S520 es «No», se puede llevar a cabo la etapa S540.

[0161] En la etapa S530, la unidad de control 120 lleva a cabo la segunda operación de protección. La corriente de referencia puede reducirse adicionalmente mediante la segunda operación de protección. La unidad de control 120 puede transmitir un segundo comando de reducción de corriente de carga que indica la corriente de referencia adicionalmente reducida al circuito de carga 20. El circuito de carga 20 adicionalmente puede reducir la magnitud de la referencia en respuesta al segundo comando de reducción de la corriente de carga.

[0163] Las realizaciones de la presente exposición descritas anteriormente en el presente documento no se implementan únicamente a través del aparato y el método, y pueden implementarse a través de programas que llevan a cabo funciones correspondientes a las configuraciones de las realizaciones de la presente exposición o medios de registro que presentan los programas registrados en los mismos, y dicha implementación puede ser fácilmente realizada por el experto en la materia a partir de la exposición de las realizaciones descritas previamente.

Claims

1. REIVINDICACIONES

i.Sistema de gestión de baterías (100), que comprende:

un sensor de tensión (111) configurado para generar una señal de tensión que indica una tensión de una batería (B),

un sensor de corriente (112) configurado para generar una señal de corriente que indica una corriente que fluye por la batería (B), y

una unidad de control (120) configurada para registrar un historial de tensión y un historial de corriente de la batería (B) en base a la señal de tensión y a la señal de corriente en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga de corriente constante de la batería (B),

en el que la unidad de control (120) está configurada para:

determinar una curva de capacidad diferencial que indica una correlación entre la tensión de la batería (B) y una capacidad diferencial en un intervalo de tensión de referencia en base al historial de tensión y al historial de corriente, y

llevar a cabo una primera operación de protección para la batería (B) comparando una primera tensión característica de un punto característico principal con una tensión de referencia cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial el punto característico principal,

en el que la primera operación de protección incluye una operación de reducir una corriente de referencia de la carga de corriente constante mediante una primera corriente de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia, caracterizado porque:

la unidad de control (120) está configurada para realizar una segunda operación de protección para la batería (B) cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto característico adicional que presenta una segunda tensión característica que es mayor que la primera tensión característica, y en el que la segunda operación de protección incluye una operación de reducir adicionalmente la corriente de referencia reducida por la primera operación de protección.

2. Sistema de gestión de baterías (100) según la reivindicación 1, en el que la unidad de control (120) está configurada para determinar, como el punto característico principal, un punto máximo detectado a partir de la curva de capacidad diferencial por primera vez durante la carga de corriente constante de la batería (B).

3. Sistema de gestión de baterías (100) según la reivindicación 1, en el que la primera operación de protección incluye una operación de reducción de una tensión de corte de la carga de corriente constante por una tensión de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia, y

un límite inferior de la tensión de corte está limitado a una tensión límite superior del intervalo de tensión de referencia.

4. Sistema de gestión de baterías (100) según la reivindicación 1, en el que la unidad de control (120) está configurada para detener la carga de corriente constante cuando no se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto característico.

5. Sistema de gestión de baterías (100) según la reivindicación 1, en el que la unidad de control (120) está configurada para determinar el intervalo de tensión de referencia en base a una capacidad máxima de la batería (B).

6. Paquete de baterías (10) que comprende el sistema de gestión de baterías (100) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5.

7. Vehículo eléctrico que comprende el paquete de baterías (10) según la reivindicación 6.

8. Método de gestión de baterías llevado a cabo en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga de corriente constante de una batería (B), en donde el método de gestión de baterías comprende: registrar un historial de tensión y un historial de corriente de la batería (B) en base a una señal de tensión que indica una tensión de la batería (B) y a una señal de corriente que indica una corriente que fluye por la batería (B),

determinar una curva de capacidad diferencial que indica una correlación entre la tensión de la batería (B) y una capacidad diferencial en un intervalo de tensión de referencia en base a el historial de tensión y el historial de corriente, y

en el que la primera operación de protección incluye una operación de reducción de una corriente de referencia de la carga de corriente constante por una primera corriente de compensación correspondiente a una diferencia de tensión entre la primera tensión característica y la tensión de referencia, caracterizado porque el método de gestión de baterías comprende:

realizar una segunda operación de protección para la batería (B) cuando se detecta a partir de la curva de capacidad diferencial un punto característico adicional que presenta una segunda tensión característica que es mayor que la primera tensión característica,

en el que la segunda operación de protección incluye una operación de reducción adicional de la corriente de referencia reducida por la primera operación de protección.