ES3053659T3 - Battery diagnosis device, battery diagnosis method, battery pack and electric vehicle - Google Patents

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

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ES3053659T3 ES21915629T ES21915629T ES3053659T3 ES 3053659 T3 ES3053659 T3 ES 3053659T3 ES 21915629 T ES21915629 T ES 21915629T ES 21915629 T ES21915629 T ES 21915629T ES 3053659 T3 ES3053659 T3 ES 3053659T3
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Abstract

Un dispositivo de diagnóstico de baterías, según la presente invención, comprende: un sensor de tensión que genera una señal de tensión que indica la tensión de la batería; un sensor de corriente que genera una señal de corriente que indica la corriente de la batería; y un circuito de control. A partir de las señales de tensión y corriente, que se recopilan cada unidad de tiempo durante un periodo de carga a corriente constante, se determina una curva de capacidad que indica la relación entre la tensión de la batería y la capacidad de carga dentro de un rango de tensión establecido. El circuito de control determina, a partir de la curva de capacidad, una curva diferencial que indica la relación entre la tensión de la batería y la capacidad diferencial dentro del rango de tensión establecido. Mediante un algoritmo de aproximación lineal, el circuito de control determina una línea recta aproximada de la curva diferencial y, basándose en dicha línea, determina si se ha producido una anomalía en la precipitación de litio en la batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Dispositivo de diagnóstico de batería, método de diagnóstico de batería, bloque de baterías y vehículo eléctricoCampo técnico
[0003] La presente divulgación se refiere a la tecnología para la detección de deposición de litio en una batería.
[0004] Antecedentes de la técnica
[0005] Recientemente, ha habido un rápido aumento en la demanda de productos electrónicos portátiles tales como ordenadores portátiles, cámaras de vídeo y teléfonos móviles, y con el extenso desarrollo de vehículos eléctricos, acumuladores para almacenamiento de energía, robots y satélites, están realizándose muchos estudios sobre baterías de alto rendimiento que pueden recargarse repetidamente.
[0006] Actualmente, las baterías disponibles comercialmente incluyen baterías de níquel-cadmio, baterías de níquelhidrógeno, baterías de níquel-zinc, baterías de iones de litio y similares, y entre ellas, las baterías de iones de litio tienen poco o ningún efecto de memoria y, por tanto, están ganando más atención que las baterías basadas en níquel por sus ventajas de que la recarga puede realizarse siempre que sea conveniente, la tasa de autodescarga es muy baja y la densidad de energía es alta.
[0007] Una batería de iones de litio incluye un electrodo positivo, un electrodo negativo, un electrolito y un separador, y es una batería secundaria que puede cargarse/descargarse a medida que los iones de litio se mueven a través del electrolito entre el electrodo positivo y el electrodo negativo.
[0008] La batería de iones de litio se degrada lentamente en los ciclos repetidos de carga/descarga. En particular, a medida que la estructura del electrodo negativo se degrada a partir de una nueva condición, existe una probabilidad creciente de deposición de litio en la que algunos iones de litio que se han movido desde el electrodo positivo hasta el electrodo negativo a través del electrolito durante la carga no se intercalan en el electrodo negativo y se depositan como litio metálico en la superficie del electrodo negativo. La deposición de litio es la causa principal que degrada el rendimiento de carga/descarga y acorta la vida útil de la batería de iones de litio, y se producen cortocircuitos entre el electrodo positivo y el electrodo negativo por el litio metálico, lo que da como resultado un aumento de los riesgos de incendio.
[0009] El documento US 2013/0335009 A1 se refiere a un sistema de inspección, un cargador/descargador y un método de inspección de batería secundaria.
[0010] Divulgación
[0011] Problema técnico
[0012] Los inventores reconocieron que una relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga de una batería que está cargándose cambia definitivamente dependiendo de la presencia o ausencia de deposición de litio.
[0013] La presente divulgación se refiere a proporcionar un aparato de diagnóstico de batería, un método de diagnóstico de batería, un bloque de baterías y un vehículo eléctrico en donde se obtienen una curva de capacidad y una curva diferencial de una batería degradada a partir de una nueva condición en un orden secuencial a través de un procedimiento de carga a corriente constante, se extrae la información asociada con la deposición de litio de una línea recta aproximada de la curva diferencial, y se determina la presencia o ausencia de deposición de litio en la batería basándose en la información extraída.
[0014] Estos y otros objetos y ventajas de la presente divulgación pueden entenderse mediante la siguiente descripción y serán evidentes a partir de las realizaciones de la presente divulgación. Además, se entenderá fácilmente que los objetos y ventajas de la presente divulgación pueden realizarse mediante los medios expuestos en las reivindicaciones adjuntas.
[0015] Solución técnica
[0016] Un aparato de diagnóstico de batería según un aspecto de la presente invención incluye un sensor de tensión configurado para medir una tensión de batería a través de una batería y generar una señal de tensión que indica la tensión de batería medida; un sensor de corriente configurado para medir una corriente de batería que fluye a través de la batería y generar una señal de corriente que indica la corriente de batería medida; y un circuito de control configurado para recoger la señal de tensión y la señal de corriente en cada unidad de tiempo. El circuito de control está configurado para determinar una curva de capacidad que indica una relación entre la tensión de batería y una capacidad de carga en un intervalo de tensión establecido predeterminado basándose en la señal de tensión y la señal de corriente recogidas en cada unidad de tiempo durante un periodo de carga a corriente constante de la batería a lo largo del intervalo de tensión establecido. La capacidad de carga indica un valor acumulado de la corriente de batería. El circuito de control está configurado para determinar una curva diferencial que indica una relación entre la tensión de batería y una capacidad diferencial en el intervalo de tensión establecido basándose en la curva de capacidad. La capacidad diferencial es una razón de un cambio en la capacidad de carga por unidad de tiempo con respecto a un cambio en la tensión de batería por cada unidad de tiempo. El circuito de control está configurado para determinar una línea recta aproximada de la curva diferencial usando un algoritmo de aproximación lineal. El circuito de control está configurado para determinar si la deposición de litio está presente en la batería basándose en la línea recta aproximada.
[0017] Un límite superior del intervalo de tensión establecido puede ser igual a una tensión de fin de carga preestablecido para la batería. Un límite inferior del intervalo de tensión establecido puede ser igual a una tensión que es inferior al límite superior en una tensión de referencia.
[0018] El algoritmo de aproximación lineal puede ser un método de mínimos cuadrados.
[0019] El circuito de control puede estar configurado para determinar que la deposición de litio está presente en la batería cuando una pendiente de la línea recta aproximada es mayor que una pendiente de referencia.
[0020] El circuito de control puede estar configurado para determinar la pendiente de referencia basándose en una capacidad de uso acumulada de la batería.
[0021] El circuito de control puede estar configurado para determinar que la deposición de litio está presente en la batería cuando un coeficiente de determinación entre la curva diferencial y la línea recta aproximada es menor que un coeficiente de determinación de referencia.
[0022] El circuito de control puede estar configurado para determinar el coeficiente de determinación de referencia basándose en una capacidad de uso acumulada de la batería.
[0023] Un bloque de baterías según otro aspecto de la presente invención incluye el aparato de diagnóstico de batería. Un vehículo eléctrico según todavía otro aspecto de la presente invención incluye el bloque de baterías.
[0024] Un método de diagnóstico de batería según aún otro aspecto de la presente invención se realiza mediante el aparato de diagnóstico de batería. El método de diagnóstico de batería incluye determinar la curva de capacidad que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga en el intervalo de tensión establecido basándose en la señal de tensión y la señal de corriente recogidas en cada unidad de tiempo durante el periodo de carga a corriente constante de la batería a lo largo del intervalo de tensión establecido; determinar la curva diferencial que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad diferencial en el intervalo de tensión establecido basándose en la curva de capacidad; determinar la línea recta aproximada de la curva diferencial usando el algoritmo de aproximación lineal; y determinar si la deposición de litio está presente en la batería basándose en la línea recta aproximada.
[0025] Efectos ventajosos
[0026] Según al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, es posible determinar la presencia o ausencia de deposición de litio en la batería basándose en la información asociada con la deposición de litio extraída de la línea recta aproximada de la curva diferencial después de obtener la curva de capacidad y la curva diferencial de una batería degradada a partir de una nueva condición en un orden secuencial a través del procedimiento de carga a corriente constante.
[0027] Según al menos una de las realizaciones de la presente divulgación, es posible determinar al menos un parámetro (una “tensión de referencia”, una “pendiente de referencia”, un “coeficiente de determinación de referencia” tal como se describe a continuación) usado para diagnosticar la deposición de litio en la batería basándose en la capacidad de carga/descarga acumulada de la batería.
[0028] Los efectos de la presente divulgación no se limitan a los efectos mencionados anteriormente, y estos y otros efectos no mencionados en el presente documento se entenderán claramente por los expertos en la técnica a partir de las reivindicaciones adjuntas.
[0029] Descripción de los dibujos
[0030] Los dibujos adjuntos ilustran una realización preferida de la presente divulgación, y junto con la descripción detallada de la presente divulgación descrita a continuación, sirven para proporcionar una comprensión adicional de los aspectos técnicos de la presente divulgación y, por tanto, la presente divulgación no debe interpretarse como limitada a los dibujos.
[0031] La figura 1 es un diagrama a modo de ejemplo que muestra un vehículo eléctrico según la presente divulgación. La figura 2 es un diagrama a modo de ejemplo que muestra una curva de capacidad obtenida a través de la carga a corriente constante de una batería mostrada en la figura 1.
[0032] La figura 3 es un diagrama a modo de ejemplo que muestra curvas diferenciales asociadas con las curvas de capacidad mostradas en la figura 2.
[0033] La figura 4 es un diagrama de flujo a modo de ejemplo que muestra un método de diagnóstico de batería según una primera realización de la presente divulgación.
[0034] La figura 5 es un diagrama de flujo a modo de ejemplo que muestra un método de diagnóstico de batería según una segunda realización de la presente divulgación.
[0035] Modo mejor
[0036] A continuación en el presente documento, las realizaciones preferidas de la presente divulgación se describirán en detalle con referencia a los dibujos adjuntos.
[0037] Las realizaciones descritas en el presente documento y las ilustraciones mostradas en los dibujos son sólo una realización más preferida de la presente divulgación.
[0038] Los términos que incluyen el número ordinal tal como “primero”, “segundo” y similares, se usan para distinguir un elemento de otro entre diversos elementos, pero no se pretende que limiten los elementos por los términos.
[0039] 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 indicados, pero no excluye la presencia o adición de uno o más elementos distintos. Adicionalmente, el término “unidad de control”, tal como se usa en el presente documento, se refiere a una unidad de procesamiento de al menos una función u operación, y puede implementarse mediante hardware y software o bien solos o bien en combinación.
[0040] Además, a lo largo de la memoria descriptiva, se entenderá además que cuando se hace referencia a que un elemento está “conectado a” otro elemento, puede estar conectado directamente al otro elemento o pueden estar presentes elementos intermedios.
[0041] La figura 1 es un diagrama a modo de ejemplo que muestra un vehículo eléctrico según la presente divulgación. En referencia a la figura 1, el vehículo 1 eléctrico incluye un bloque 2 de baterías, un inversor 3, un motor 4 eléctrico, un módulo 5 de carga y un controlador 6 de vehículo.
[0042] El bloque 2 de baterías incluye una batería B, un conmutador SW y un sistema 100 de gestión de batería.
[0043] La batería B puede acoplarse al inversor 3 y/o al módulo 5 de carga a través de un par de terminales de potencia proporcionados en el bloque 2 de baterías. La batería B es una batería recargable y puede ser, por ejemplo, una batería de iones de litio.
[0044] El inversor 3 se proporciona para convertir la corriente continua (CC) de la batería B en corriente alterna (CA) en respuesta a un comando del sistema 100 de gestión de batería. El motor 4 eléctrico puede ser, por ejemplo, un motor de CA de 3 fases. El motor 4 eléctrico funciona usando la CA del inversor 3.
[0045] El conmutador SW está conectado en serie a la batería B. El conmutador SW está instalado en una trayectoria de corriente para la carga/descarga de la batería B. El control de encendido/apagado del conmutador SW se realiza en respuesta a una señal de conmutación del sistema 100 de gestión de batería. El conmutador SW puede ser un relé mecánico que se enciende/apaga por la fuerza magnética de una bobina o un dispositivo de conmutación semiconductor tal como un transistor de efecto de campo de semiconductor de óxido metálico (MOSFET).
[0046] El módulo 5 de carga se proporciona para regular la potencia de carga para la batería B en respuesta a un comando del circuito 230 de control. Cuando la tensión de batería de la batería B es igual o inferior a un límite de tensión inferior V<L>de un intervalo de tensión establecido tal como se describe a continuación, el circuito 230 de control puede ordenar la carga a corriente constante al módulo 5 de carga. El módulo 5 de carga puede ser, en hardware, un convertidor CC-CC, un circuito de corriente constante o una combinación de los mismos.
[0047] El sistema 100 de gestión de batería se proporciona para tomar responsabilidad del control general relacionado con la carga/descarga de la batería B. El sistema 100 de gestión de batería incluye un aparato 200 de diagnóstico de batería. El sistema 100 de gestión de batería puede incluir además al menos uno de un sensor 310 de temperatura o un circuito 320 de comunicación. A continuación en el presente documento, se supone que el sistema 100 de gestión de batería incluye el aparato 200 de diagnóstico de batería, el sensor 310 de temperatura y el circuito 320 de comunicación.
[0048] El aparato 200 de diagnóstico de batería incluye un sensor 210 de tensión, un sensor 220 de corriente y un circuito 230 de control.
[0049] El sensor 210 de tensión está conectado en paralelo a la batería B y está configurado para detectar una tensión de batería a través de la batería B y generar una señal de tensión que indica la tensión de batería detectada.
[0050] El sensor 220 de corriente está conectado en serie a la batería B a través de la trayectoria de corriente. El sensor 220 de corriente está configurado para detectar una corriente de batería que fluye a través de la batería B y generar una señal de corriente que indica la corriente de batería detectada.
[0051] El sensor 310 de temperatura está configurado para detectar una temperatura de la batería B y generar una señal de temperatura que indica la temperatura detectada.
[0052] El circuito 320 de comunicación puede incluir un circuito de comunicación configurado para soportar la comunicación por cable o inalámbrica entre el circuito 230 de control y el controlador 6 de vehículo (por ejemplo, una unidad de control electrónico (ECU)). La comunicación por cable puede ser, por ejemplo, comunicación por red de área de controlador (CAN), y la comunicación inalámbrica puede ser, por ejemplo, comunicación por Zigbee o Bluetooth. El protocolo de comunicación no se limita a un tipo particular y puede incluir cualquier protocolo de comunicación para soportar comunicación por cable/inalámbrica entre el circuito 230 de control y el controlador 6 de vehículo.
[0053] El circuito 320 de comunicación puede incluir un dispositivo de salida (por ejemplo, una pantalla, un altavoz) para proporcionar información recibida desde el controlador 6 de vehículo y/o el circuito 230 de control de una forma reconocible. El controlador 6 de vehículo puede controlar el inversor 3 basándose en la información de la batería (por ejemplo, tensión, corriente, temperatura, SOC) recogida a través de la comunicación con el sistema 100 de gestión de la batería.
[0054] El circuito 230 de control puede implementarse en hardware usando al menos uno de 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 realizar las otras funciones.
[0055] El circuito 230 de control puede tener un dispositivo de memoria. El dispositivo de memoria puede incluir, por ejemplo, al menos un tipo de medio de almacenamiento de tipo memoria flash, tipo de disco duro, tipo de disco de estado sólido (SSD), tipo de unidad de disco de silicio (SDD), tipo de tarjeta multimedia micro, memoria de acceso aleatorio (RAM), memoria de acceso aleatorio estática (SRAM), memoria de sólo lectura (ROM), memoria de sólo lectura programable y borrable eléctricamente (EEPROM) o memoria de sólo lectura programable (PROM). El dispositivo de memoria puede almacenar datos y programas requeridos para el cálculo por el circuito 230 de control. El dispositivo de memoria puede almacenar datos que indican el resultado del cálculo por el circuito 230 de control. El circuito 230 de control puede estar acoplado operativamente al conmutador SW, al módulo 5 de carga, al sensor 210 de tensión, al sensor 220 de corriente, al sensor 310 de temperatura y/o al circuito 320 de comunicación. Acoplado operativamente se refiere a conectado para transmitir y recibir una señal en una o dos direcciones. El circuito 230 de control puede recoger periódica o aperiódicamente una señal de detección de una manera repetida. La señal de detección indica la señal de tensión, la señal de corriente y/o la señal de temperatura detectadas por sincronización.
[0056] El circuito 230 de control puede determinar un estado de carga (SOC) de la batería B basándose en la señal de detección en un intervalo de tiempo predeterminado durante la carga/descarga de la batería B. Los algoritmos bien conocidos tales como conteo de amperios, una curva de tensión de circuito abierto (OCV)-SOC 20 y filtro de Kalman pueden usarse para determinar el SOC.
[0057] La figura 2 es un diagrama a modo de ejemplo que muestra una curva de capacidad obtenida a través de la carga a corriente constante de la batería mostrada en la figura 1, y la figura 3 es un diagrama a modo de ejemplo que muestra curvas diferenciales asociadas con las curvas de capacidad mostradas en la figura 2. Cada curva 201, 202, 301, 302 mostrada en las figuras 2 y 3 puede tratarse como un tipo de señal (serie temporal).
[0058] Las dos curvas de capacidad de la figura 2 se obtienen a través de la carga a corriente constante de dos baterías de muestra fabricadas con la misma especificación electroquímica que la batería B y que tienen el mismo estado de salud (SOH). La figura 2 muestra la carga a corriente constante de cada batería de muestra a lo largo del intervalo de tensión total desde una tensión de fin de descarga V<D>predeterminada hasta una tensión de fin de carga V<C>predeterminada. La tensión de fin de carga V<C>puede proporcionarse como la tensión máxima hasta la que se permite la carga de la batería B, y la tensión de fin de descarga V<D>puede proporcionarse como la tensión mínima hasta la que se permite la descarga de la batería B.
[0059] En referencia a la figura 2, la curva 201 de capacidad indica una relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga a lo largo del intervalo de tensión total, obtenida a través de la carga a corriente constante de la batería de muestra libre de deposición de litio. La curva 202 de capacidad indica una relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga a lo largo del intervalo de tensión total, obtenida a través de la carga a corriente constante de la batería de muestra en la que está presente la deposición de litio.
[0060] La capacidad de carga, tal como se usa en el presente documento, es el resultado de acumular la corriente de batería medida por el sensor 220 de corriente en cada unidad de tiempo desde un tiempo particular durante la carga, es decir, el valor acumulado de la corriente de batería. Por consiguiente, la capacidad de carga sigue aumentando durante la carga.
[0061] En referencia a la figura 3, la curva 301 diferencial es un conjunto de datos que puede obtenerse a partir de la curva 201 de capacidad de la figura 2, e indica una relación entre (i) la tensión de batería V y (ii) la capacidad diferencial dQ/dV de la curva 201 de capacidad en el intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>. La curva 302 diferencial es un conjunto de datos que puede obtenerse a partir de la curva 202 de capacidad de la figura 2, e indica una relación entre (i) la tensión de batería y (ii) la capacidad diferencial de la curva 202 de capacidad en el intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>.
[0062] El acontecimiento de carga a corriente constante es un procedimiento de carga de la batería B con la corriente de carga de una tasa de corriente predeterminada (por ejemplo, tasa de 0,1 C) durante un periodo de corriente constante desde el momento en el que la tensión de batería alcanza el límite inferior V<L>del intervalo de tensión establecido hasta el momento en el que la tensión de batería alcanza el límite superior V<U>. El límite superior V<U>(por ejemplo, 4,3 V) es igual a la tensión de fin de carga V<C>. El límite inferior V<L>puede ser igual a una tensión (por ejemplo, 4,0 V) que es inferior al límite superior V<U>en una tensión de referencia V<ref>(por ejemplo, 0,3 V). Es decir, la anchura del intervalo de tensión establecido es igual a la tensión de referencia V<ref>.
[0063] La capacidad diferencial dQ/dV es una razón de un cambio dV en la capacidad de carga Q por cada unidad de tiempo con respecto a un cambio dQ en la tensión de batería V por cada unidad de tiempo. En un ejemplo, el circuito 230 de control puede determinar una curva de capacidad aproximada que es el resultado de ajustar la relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga de la curva 201 de capacidad de la figura 2 a una función polinómica a través del ajuste de curva. A medida que la curva 201 de capacidad se convierte en la curva de capacidad aproximada, se elimina la componente de ruido presente en la curva 201 de capacidad. Posteriormente, el circuito 230 de control puede obtener la curva 301 diferencial como resultado de diferenciar la curva de capacidad aproximada de la curva 201 de capacidad con respecto a la tensión de batería que es la variable de entrada. Asimismo, el circuito 230 de control puede obtener la curva 302 diferencial como resultado de diferenciar la curva de capacidad aproximada de la curva 202 de capacidad con respecto a la tensión de batería.
[0064] En la batería de muestra en la que está presente la deposición de litio, algunos de los iones de litio que se han movido al electrodo negativo no se intercalan en el electrodo negativo y se depositan como litio metálico sobre la superficie del electrodo negativo durante la carga. Por consiguiente, para aumentar la batería de muestra en la que está presente la deposición de litio y la batería de muestra libre de deposición de litio a la misma tensión de batería, se requiere una corriente de carga adicional tanto como una cantidad de iones de litio depositados como litio metálico. En referencia a la figura 3, en el intervalo de tensión establecido, a medida que aumenta la tensión de batería desde el límite inferior V<L>hasta el límite superior V<U>, la capacidad diferencial de la curva 301 diferencial disminuye gradualmente de manera aproximadamente lineal. En contraste, se observa que la curva 302 diferencial tiene un aumento no lineal en la capacidad diferencial en algunos de los intervalos de tensión establecidos debido a la deposición de litio.
[0065] A continuación en el presente documento, se supone que la curva de capacidad y la curva diferencial de la batería B son las mismas que la curva 202 de capacidad y la curva 302 diferencial, respectivamente.
[0066] El circuito 230 de control determina una línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial usando un algoritmo de aproximación lineal. El algoritmo de aproximación lineal es un tipo de ajuste de curva, y es un método que convierte una curva en una línea recta que tiene una única pendiente. En un ejemplo, el método de mínimos cuadrados puede usarse como el algoritmo de aproximación lineal. La línea 312 recta aproximada puede expresarse como la siguiente ecuación 1.
[0067] <Ecuación 1>
[0069] En la ecuación 1 anterior, x es la tensión de batería, A es la pendiente de la línea 312 recta aproximada, B es una intersección en y de la línea 312 recta aproximada, e y<a>(x) es un valor aproximado de la capacidad diferencial cuando la tensión de batería es igual a x.
[0070] La tensión de referencia V<ref>puede proporcionarse teniendo en cuenta la especificación electroquímica de la batería B. Alternativamente, el circuito 230 de control puede determinar la tensión de referencia V<ref>basándose en una capacidad de uso acumulada de la batería B. La capacidad de uso acumulada puede ser un valor acumulado de la corriente de descarga o un valor acumulado de la corriente de carga que fluye a través de la batería B o la suma de los mismos para el periodo de uso total desde la liberación de la batería B hasta el tiempo de inicio del periodo de carga a corriente constante. El dispositivo de memoria puede tener grabada previamente una tabla de búsqueda que define una correlación predeterminada entre la capacidad de uso acumulada y la tensión de referencia V<ref>. En la tabla de búsqueda, la tensión de referencia V<ref>puede tener una relación lineal o no lineal inversamente proporcional con respecto a la capacidad de uso acumulada. Es decir, en la tabla de búsqueda, la mayor capacidad de uso acumulada puede asociarse con la menor tensión de referencia. A medida que la batería B se degrada, la deposición de litio se vuelve grave y, por tanto, cuando la tensión de referencia V<ref>disminuye con el aumento de la capacidad de uso acumulada de la batería B, es posible reducir la cantidad de cálculo necesaria para determinar la línea 312 recta aproximada.
[0072] En una realización, cuando la pendiente A de la línea 312 recta aproximada es mayor que una pendiente de referencia, el circuito 230 de control puede determinar que la deposición de litio está presente en la batería B. Puede proporcionarse la pendiente de referencia teniendo en cuenta la especificación electroquímica de la batería B. Alternativamente, el circuito 230 de control puede determinar la pendiente de referencia basándose en la capacidad de uso acumulada de la batería B. El dispositivo de memoria puede tener grabada previamente una tabla de búsqueda que define una correlación predeterminada entre la capacidad de uso acumulada y la pendiente de referencia. En la tabla de búsqueda, la pendiente de referencia puede tener una relación lineal o no lineal proporcional con respecto a la capacidad de uso acumulada. Es decir, en la tabla de búsqueda, la mayor capacidad de uso acumulada puede asociarse con la mayor pendiente de referencia. A medida que la batería B se degrada, la deposición de litio se vuelve grave y, por tanto, cuando la pendiente de referencia aumenta con el aumento de la capacidad de uso acumulada de la batería B, es posible diagnosticar eficazmente la deposición de litio según el grado de degradación de la batería B.
[0074] En otra realización, el circuito 230 de control puede calcular un coeficiente de determinación de la línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial, y cuando el coeficiente de determinación es menor que un coeficiente de determinación de referencia, determinar que la deposición de litio está presente en la batería B. En general, el coeficiente de determinación es un valor de entre 0 y 1 indicado como R<2>, y en la memoria descriptiva, indica la potencia descriptiva de la línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial. El circuito 230 de control puede calcular el coeficiente de determinación entre la línea 312 recta aproximada y la curva 302 diferencial usando la siguiente ecuación 2.
[0076]
[0079] En la ecuación 2, y<av>es la capacidad diferencial promedio de la curva 302 diferencial en el intervalo de tensión establecido, y<m>(x<i>) es la capacidad diferencial de la curva 302 diferencial cuando la tensión de batería es igual a x<i>, y<a>(x<i>) es la capacidad diferencial de la línea 312 recta aproximada cuando la tensión de batería es igual a x<i>, y R<2>es el coeficiente de determinación de la línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial.
[0081] A medida que la deposición de litio en la batería B se vuelve más grave, la no linealidad de la curva 302 diferencial aumenta, y a medida que la no linealidad de la curva 302 diferencial aumenta, el coeficiente de determinación entre la línea 312 recta aproximada y la curva 302 diferencial se reduce a 0.
[0083] El coeficiente de determinación de referencia puede proporcionarse teniendo en cuenta la especificación electroquímica de la batería B. Alternativamente, el circuito 230 de control puede calcular el coeficiente de determinación de referencia basándose en la capacidad de uso acumulada de la batería B. El dispositivo de memoria puede tener grabada previamente una tabla de búsqueda que define una correlación predeterminada entre la capacidad de uso acumulada y el coeficiente de determinación de referencia. En la tabla de búsqueda, el coeficiente de determinación de referencia puede tener una relación lineal o no lineal proporcional con respecto a la capacidad de uso acumulada. Es decir, en la tabla de búsqueda, la mayor capacidad de uso acumulada puede asociarse con el mayor coeficiente de determinación de referencia. A medida que la batería B se degrada, la deposición de litio se vuelve grave y, por tanto, cuando el coeficiente de determinación de referencia aumenta con el aumento de la capacidad de uso acumulada de la batería B, es posible diagnosticar eficazmente la deposición de litio según el grado de degradación de la batería B.
[0085] Cuando se determina la deposición de litio en la batería B, el circuito 230 de control puede realizar una función de seguridad predeterminada. En un ejemplo, el circuito 230 de control puede transmitir un mensaje de advertencia al controlador 6 de vehículo a través del circuito 320 de comunicación. En otro ejemplo, el circuito 230 de control puede reducir el valor máximo permisible de la corriente de carga y/o la corriente de descarga. La reducción en el valor máximo permisible puede ser proporcional a una diferencia entre la pendiente de la línea 312 recta aproximada y la pendiente de referencia y/o una diferencia entre el coeficiente de determinación de la línea 312 recta aproximada y la curva 302 diferencial y el coeficiente de determinación de referencia.
[0086] La figura 4 es un diagrama de flujo a modo de ejemplo que muestra un método de diagnóstico de batería según una primera realización de la presente divulgación. El método de la figura 4 puede realizarse por el aparato 200 de diagnóstico de batería.
[0087] En referencia a las figuras 1 a 4, en la etapa S400, el circuito 230 de control ordena al módulo 5 de carga que inicie el periodo de carga a corriente constante. El periodo de carga a corriente constante es un periodo de tiempo durante el cual la batería B se carga a la tasa de corriente predeterminada a lo largo del intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>.
[0088] En la etapa S410, el circuito 230 de control recoge la señal de tensión y la señal de corriente en cada unidad de tiempo durante el periodo de carga a corriente constante. Es decir, el circuito 230 de control genera una serie temporal de la tensión de batería y una serie temporal de la corriente de batería a lo largo del periodo de carga a corriente constante.
[0089] En la etapa S420, el circuito 230 de control determina la curva 202 de capacidad que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga a lo largo del intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>basándose en la señal de tensión y la señal de corriente recogidas durante el periodo de carga a corriente constante.
[0090] En la etapa S430, el circuito 230 de control determina la curva 301 diferencial que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad diferencial a lo largo del intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>basándose en la curva 202 de capacidad. La capacidad diferencial es una razón dQ/dV de un cambio en la capacidad de carga por cada unidad de tiempo con respecto a un cambio en la tensión de batería por cada unidad de tiempo.
[0091] En la etapa S440, el circuito 230 de control determina la línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial usando el algoritmo de aproximación lineal predeterminado.
[0092] En la etapa S450, el circuito 230 de control determina si la pendiente de la línea 312 recta aproximada es mayor que la pendiente de referencia. La línea 312 recta aproximada que tiene una pendiente mayor que la pendiente de referencia indica que la deposición de litio está presente en la batería B. Cuando un valor de la etapa S450 es “SÍ”, puede realizarse la etapa S460.
[0093] En la etapa S460, el circuito 230 de control realiza la función de seguridad predeterminada.
[0094] La figura 5 es un diagrama de flujo a modo de ejemplo que muestra un método de diagnóstico de batería según una segunda realización de la presente divulgación. El método de la figura 5 puede realizarse por el aparato 200 de diagnóstico de batería.
[0095] En referencia a las figuras 1 a 3 y 5, en la etapa S500, el circuito 230 de control ordena al módulo 5 de carga que inicie el periodo de carga a corriente constante. El periodo de carga a corriente constante es un periodo de tiempo durante el cual la batería B se carga a la tasa de corriente predeterminada a lo largo del intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>.
[0096] En la etapa S510, el circuito 230 de control recoge la señal de tensión y la señal de corriente en cada unidad de tiempo durante el periodo de carga a corriente constante. Es decir, el circuito 230 de control genera una serie temporal de la tensión de batería y una serie temporal de la corriente de batería a lo largo del periodo de carga a corriente constante.
[0097] En la etapa S520, el circuito 230 de control determina la curva 202 de capacidad que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga a lo largo del intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>basándose en la señal de tensión y la señal de corriente recogidas durante el periodo de carga a corriente constante.
[0098] En la etapa S530, el circuito 230 de control determina la curva 301 diferencial que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad diferencial a lo largo del intervalo de tensión establecido V<L>~V<U>basándose en la curva 202 de capacidad. La capacidad diferencial es una relación dQ/dV de un cambio en la capacidad de carga por cada unidad de tiempo con respecto a un cambio en la tensión de batería por cada unidad de tiempo.
[0099] En la etapa S540, el circuito 230 de control determina la línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial usando el algoritmo de aproximación lineal predeterminado.
[0100] En la etapa S542, el circuito 230 de control calcula el coeficiente de determinación de la línea 312 recta aproximada de la curva 302 diferencial.
[0101] En la etapa S550, el circuito 230 de control determina si el coeficiente de determinación determinado es menor que el coeficiente de determinación de referencia. El coeficiente de determinación entre la curva 302 diferencial y la línea 312 recta aproximada menor que el coeficiente de determinación de referencia indica que la deposición de litio está presente en la batería B. Cuando un valor de la etapa S550 es “SÍ”, puede realizarse la etapa S560.
[0102] En la etapa S560, el circuito 230 de control realiza la función de seguridad predeterminada.
[0103] Las realizaciones de la presente divulgación descritas anteriormente en el presente documento no se implementan sólo 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 los mismos, y tal implementación puede lograrse fácilmente por los expertos en la técnica a partir de la divulgación de las realizaciones descritas anteriormente.
[0104] Aunque la presente divulgación se ha descrito anteriormente con respecto a un número limitado de realizaciones y dibujos, la presente divulgación no se limita a los mismos y es obvio para los expertos en la técnica que pueden realizarse diversas modificaciones y cambios en la misma dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
[0105] [Descripción de los números de referencia]
[0106] 1: Vehículo eléctrico
[0107] 2: Bloque de baterías
[0108] B: Batería
[0109] 100: Sistema de gestión de batería
[0110] 200: Aparato de diagnóstico de batería
[0111] 210: Sensor de tensión
[0112] 220: Sensor de corriente
[0113] 230: Circuito de control

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES
1. Aparato (200) de diagnóstico de batería, que comprende:
un sensor (210) de tensión configurado para medir una tensión de batería a través de una batería y generar una señal de tensión que indica la tensión de batería medida;
un sensor (220) de corriente configurado para medir una corriente de batería que fluye a través de la batería y generar una señal de corriente que indica la corriente de batería medida; y
un circuito (230) de control configurado para recoger la señal de tensión y la señal de corriente en cada unidad de tiempo,
en donde el circuito de control está configurado para:
determinar una curva de capacidad que indica una relación entre la tensión de batería y una capacidad de carga en un intervalo de tensión establecido predeterminado basándose en la señal de tensión y la señal de corriente recogidas en cada unidad de tiempo durante un periodo de carga a corriente constante de la batería a lo largo del intervalo de tensión establecido, en donde la capacidad de carga indica un valor acumulado de la corriente de batería,
determinar una curva diferencial que indica una relación entre la tensión de batería y una capacidad diferencial en el intervalo de tensión establecido basándose en la curva de capacidad, en donde la capacidad diferencial es una razón de un cambio en la capacidad de carga por unidad de tiempo con respecto a un cambio en la tensión de batería por cada unidad de tiempo,
caracterizado porque el circuito de control está configurado además para:
determinar una línea recta aproximada de la curva diferencial usando un algoritmo de aproximación lineal, y determinar si la deposición de litio está presente en la batería basándose en la línea recta aproximada.
2. Aparato (200) de diagnóstico de batería según la reivindicación 1, en donde un límite superior del intervalo de tensión establecido es igual a una tensión de fin de carga preestablecido para la batería, y
un límite inferior del intervalo de tensión establecido es igual a una tensión que es inferior al límite superior en una tensión de referencia.
3. Aparato (200) de diagnóstico de batería según la reivindicación 1, en donde el algoritmo de aproximación lineal es un método de mínimos cuadrados.
4. Aparato (200) de diagnóstico de batería según la reivindicación 1, en donde el circuito (230) de control está configurado para determinar que la deposición de litio está presente en la batería cuando una pendiente de la línea recta aproximada es mayor que una pendiente de referencia.
5. Aparato (200) de diagnóstico de batería según la reivindicación 4, en donde el circuito de control está configurado para determinar la pendiente de referencia basándose en una capacidad de uso acumulada de la batería.
6. Aparato (200) de diagnóstico de batería según la reivindicación 1, en donde el circuito (230) de control está configurado para determinar que la deposición de litio está presente en la batería cuando un coeficiente de determinación de la línea recta aproximada de la curva diferencial es menor que un coeficiente de determinación de referencia.
7. Aparato (200) de diagnóstico de batería según la reivindicación 6, en donde el circuito (230) de control está configurado para determinar el coeficiente de determinación de referencia basándose en una capacidad de uso acumulada de la batería.
8. Bloque (2) de baterías que comprende el aparato (200) de diagnóstico de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Vehículo eléctrico (1) que comprende el bloque (2) de baterías según la reivindicación 8.
10. Método de diagnóstico de batería que se ejecuta por el aparato (200) de diagnóstico de batería según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, comprendiendo el método de diagnóstico de batería:
determinar la curva de capacidad que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad de carga en el intervalo de tensión establecido basándose en la señal de tensión y la señal de corriente recogidas en cada unidad de tiempo durante el periodo de carga a corriente constante de la batería a lo largo del intervalo de tensión establecido, en donde la capacidad de carga indica un valor acumulado de la corriente de batería;
determinar la curva diferencial que indica la relación entre la tensión de batería y la capacidad diferencial en el intervalo de tensión establecido basándose en la curva de capacidad; en donde la capacidad diferencial es una razón de un cambio en la capacidad de carga por unidad de tiempo con respecto a un cambio en la tensión de batería por cada unidad de tiempo;
caracterizado por determinar la línea recta aproximada de la curva diferencial usando el algoritmo de aproximación lineal; y
determinar si la deposición de litio está presente en la batería basándose en la línea recta aproximada.
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