ES3054258T3

ES3054258T3 - Battery apparatus and method for estimating battery state

Info

Publication number: ES3054258T3
Application number: ES21872672T
Authority: ES
Inventors: Yong Chul Sung; Cheoltaek Kim; Incheol Yeom
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2020-09-22
Filing date: 2021-06-28
Publication date: 2026-02-02
Anticipated expiration: 2041-06-28
Also published as: WO2022065635A1; CN115485570B; US20230296681A1; EP4119961A1; JP7473250B2; KR20220039249A; US12566215B2; JP2023525751A; EP4119961B1; PL4119961T3; EP4119961A4; CN115485570A

Abstract

Este aparato de batería recibe una corriente de medición de una batería y estima el SOC de la superficie que indica el potencial eléctrico en la superficie del electrodo sobre la base de una pluralidad de parámetros que comprenden un primer parámetro determinado sobre la base de la corriente de medición y un segundo parámetro determinado sobre la base del SOC de la batería. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Aparato de batería y método para estimar el estado de la batería

[0003] Sector de la técnica

[0004] Referencia cruzada a solicitud relacionada

[0005] La presente solicitud reivindica prioridad con respecto a y el beneficio de la Solicitud de Patente Coreana n.º 10-2020-0122153 presentada ante la Oficina de la Propiedad Intelectual de Corea el 22 de septiembre de 2020.

[0006] La tecnología descrita se refiere a un aparato de batería y a un método para estimar el estado de la batería.

[0007] Antecedentes de la invención

[0008] Un vehículo eléctrico o un vehículo híbrido es un vehículo que obtiene energía accionando un motor principalmente mediante el uso de una batería como fuente de alimentación. Los vehículos eléctricos se están investigando activamente porque son alternativas que pueden resolver problemas de contaminación y energía de vehículos de combustión interna. Las baterías recargables se usan en varios dispositivos externos diferentes de los vehículos eléctricos.

[0009] Uno de los estados importantes usado cuando se gestiona una batería es el estado de carga (SOC, por sus siglas en inglés). El SOC es un factor que representa una relación relativa de una capacidad restante con respecto a una capacidad de carga total que representa una cantidad máxima de cargas que pueden almacenarse en la batería. El SOC representa una concentración promedio de materiales activos dentro de la batería.

[0010] Un modelo de circuito equivalente que usa el SOC de la batería se usa principalmente para estimar una tensión de terminal de la batería. El SOC en el modelo de circuito equivalente es adecuado para estimar el estado de una batería en un estado estático como, por ejemplo, un circuito abierto. Sin embargo, en situaciones donde la batería se usa dinámicamente como, por ejemplo, una situación donde la batería se carga o descarga continuamente, o una situación donde un vehículo montado con la batería está en marcha, no puede reflejarse el efecto de la corriente por que puede aumentar un error de la estimación de estado.

[0011] El documento US2017/0052228 A1 se refiere a un método y a un aparato para predecir un estado de carga (SoC) de una batería que incluye estimar una tensión de circuito abierto de la batería según un modelo de tensión de corriente abierta, donde el modelo de tensión de corriente abierta se define por parámetros internos que derivan de una tensión de batería de la batería, y una corriente de carga de la batería para una carga, o un primer SoC de la batería, o cualquier combinación de los mismos; y predecir un segundo SoC según la tensión de corriente abierta estimada.

[0012] Explicación de la invención

[0013] Problema técnico

[0014] Algunas realizaciones pueden proveer un sistema de gestión de batería y un método para la estimación de un estado de batería, capaces de estimar con precisión un estado de batería.

[0015] Solución técnica

[0016] Según un aspecto, se provee un aparato de batería según la reivindicación 1.

[0017] En algunas realizaciones, el aparato de batería puede incluir además una memoria configurada para almacenar una relación de correspondencia entre el coeficiente cinético y la temperatura y SOC de la batería. En este caso, el procesador puede determinar el coeficiente en base a la relación de correspondencia.

[0018] En algunas realizaciones, el aparato de batería puede incluir además una memoria configurada para almacenar una relación de correspondencia entre el coeficiente de difusión y la temperatura y SOC de la batería. En este caso, el procesador puede determinar el coeficiente en base a la relación de correspondencia.

[0019] En algunas realizaciones, el procesador puede estimar una tensión de terminal de la batería según el SOC superficial, el SOC, y una corriente de la batería.

[0020] En algunas realizaciones, el procesador puede estimar una tensión de circuito abierto de la batería según el SOC superficial, estimar una sobretensión de la batería según el SOC y el SOC superficial, estimar una tensión debida a una resistencia óhmica de la batería según la corriente de la batería, y estimar la tensión de terminal según la tensión de circuito abierto, la sobretensión, y la tensión debida a la resistencia óhmica.

[0021] En algunas realizaciones, el aparato de batería puede incluir además una memoria configurada para almacenar una relación de correspondencia entre el SOC como una entrada y la tensión de circuito abierto como una salida. En este caso, el procesador puede estimar la tensión de circuito abierto usando el SOC superficial como la entrada de la relación de correspondencia.

[0022] En algunas realizaciones, el procesador puede estimar la sobretensión en base a una relación o diferencia entre el SOC y el SOC superficial.

[0023] Según otro aspecto, se provee un método según la reivindicación 8.

[0024] Según incluso otro aspecto, se provee un programa según la reivindicación 9.

[0025] Efectos ventajosos

[0026] Según una realización de la presente invención, es posible estimar de manera precisa el estado de la batería no solo en un estado estático de la batería sino también en un estado dinámico en el cual se repite la carga o descarga.Breve descripción de los dibujos

[0027] La FIG.1 es un dibujo que muestra un aparato de batería según una realización.

[0028] La FIG.2 es un diagrama que muestra una estructura de una batería según una realización.

[0029] La FIG.3 es un diagrama que muestra un ejemplo de un cambio de estado en una batería.

[0030] La FIG. 4 es un diagrama para explicar una estimación de SOC superficial en un sistema de gestión de batería según una realización.

[0031] La FIG.5 es un diagrama que muestra un ejemplo de una relación de correspondencia entre una temperatura/SOC y un coeficiente cinético en una batería según una realización.

[0032] La FIG.6 es un diagrama que muestra un ejemplo de una relación de correspondencia entre una temperatura/SOC y un coeficiente de difusión en una batería según una realización.

[0033] La FIG. 7 es un diagrama de flujo que muestra un método de estimación de SOC superficial en un sistema de gestión de batería según una realización.

[0034] La FIG. 8 es un diagrama para explicar una estimación de tensión de terminal de batería en un sistema de gestión de batería según una realización.

[0035] La FIG. 9 es un diagrama de flujo que muestra un método de estimación de tensión de terminal de batería en un sistema de gestión de batería según una realización.

[0036] La FIG.10 es un diagrama que muestra un ejemplo de una relación de correspondencia entre un SOC y una tensión de circuito abierto en una batería según una realización.

[0037] La FIG. 11 y la FIG. 12 son diagramas que muestran una relación entre una tensión de terminal estimada por un método de estimación de tensión de terminal de batería según una realización y una tensión de terminal real.

[0038] Realización preferente de la invención

[0039] En la siguiente descripción detallada, solo se han mostrado y descrito ciertas realizaciones, simplemente a modo de ilustración. Como las personas con experiencia en la técnica apreciarán, las realizaciones descritas pueden modificarse de varias maneras diferentes, todas sin apartarse del alcance de la presente invención. Por consiguiente, los dibujos y la descripción se considerarán de naturaleza ilustrativa y no restrictiva. Los numerales de referencia iguales designan elementos iguales a lo largo de la memoria descriptiva.

[0040] Cuando se describe que un elemento está “conectado” a otro elemento, debe comprenderse que el elemento puede estar directamente conectado al otro elemento o conectado al otro elemento a través de un tercer elemento. Por otro lado, cuando se describe que un elemento está “conectado directamente” a otro elemento, debe comprenderse que el elemento está conectado al otro elemento sin intervención de un tercer elemento.

[0041] Según su uso en la presente memoria, una forma singular puede pretender incluir una forma plural también, a menos que se use la expresión explícita como, por ejemplo, “una/o”, “único/a”.

[0042] En los diagramas de flujo descritos con referencia a los dibujos, el orden de las operaciones o etapas puede cambiarse, varias operaciones o etapas pueden fusionarse, una cierta operación o etapa puede dividirse, y una operación o etapa específica puede no llevarse a cabo.

[0043] La FIG. 1 es un dibujo que muestra un aparato de batería según una realización, la FIG. 2 es un diagrama que muestra una estructura de una batería según una realización, y la FIG.3 es un diagrama que muestra un ejemplo de un cambio de estado en una batería.

[0044] Con referencia a la FIG.1, un aparato 100 de batería tiene una estructura que puede conectarse eléctricamente a un aparato externo. Cuando el aparato externo es una carga, el aparato 100 de batería se descarga operando un suministro de energía que provee energía a la carga. Cuando el aparato externo es un cargador, el aparato 100 de batería se carga recibiendo energía externa a través del cargador. El aparato externo que funciona como la carga puede ser, por ejemplo, un dispositivo electrónico, un aparato de movilidad, o un sistema de almacenamiento de energía (ESS, por sus siglas en inglés). El aparato de movilidad puede ser, por ejemplo, un vehículo como, por ejemplo, un vehículo eléctrico, un vehículo híbrido, o una movilidad inteligente.

[0045] El aparato 100 de batería incluye una batería 110, un circuito 120 de medición de tensión, un sensor 130 de temperatura, un sensor 140 de corriente, y un procesador 150.

[0046] La batería 110 es una batería recargable. La batería 100 puede ser, por ejemplo, una batería de litio como, por ejemplo, una batería de iones de litio o una batería de polímero de iones de litio, o una batería de níquel como, por ejemplo, una batería de níquel-cadmio (NiCd) o una batería de níquel-metal hidruro (NiMH). En algunas realizaciones, la batería 100 puede ser una celda de batería única, un módulo de batería que incluye un conjunto de múltiples celdas de batería o en la cual múltiples conjuntos se conectan en serie o en paralelo, un paquete de baterías en el cual múltiples módulos de batería se conectan en serie o en paralelo, o un sistema en el cual múltiples paquetes de baterías se conectan en serie o en paralelo.

[0047] El circuito 120 de medición de tensión mide la tensión de la batería 110. En algunas realizaciones, el circuito 120 de medición de tensión puede medir la tensión de cada celda de batería.

[0048] El sensor 130 de temperatura mide la temperatura de la batería 110. En algunas realizaciones, el sensor 130 de temperatura puede medir la temperatura en una ubicación predeterminada de la batería 110. En algunas realizaciones, múltiples sensores 130 de temperatura pueden proveerse para medir las temperaturas en múltiples ubicaciones en la batería 110.

[0049] El sensor 140 de corriente se conecta a un terminal de salida positivo o a un terminal de salida negativo de la batería 110, y mide la corriente de la batería 110, es decir, una corriente de carga o una corriente de descarga.

[0050] El procesador 150 estima un estado de la batería 110 en base a la tensión de la batería 110 medida por el circuito 120 de medición de tensión, la temperatura de la batería 110 medida por el sensor 130 de temperatura, o la corriente de la batería 110 medida por el sensor 140 de corriente. En algunas realizaciones, el aparato 100 de batería puede incluir además una memoria 160 que almacena los datos necesarios para la estimación de estado en el procesador 150.

[0051] En algunas realizaciones, el procesador 150 puede formar un sistema de gestión de batería. En algunas realizaciones, el sistema de gestión de batería puede incluir además al menos uno del circuito 120 de medición de tensión, el sensor 130 de temperatura, o el sensor 140 de corriente.

[0052] Con referencia a la FIG. 2, la batería 110 incluye un electrodo 111 positivo (o cátodo), un electrodo 112 negativo (o ánodo), y un electrolito 113. Una estructura de la batería 110 que se muestra en la FIG.2 es un ejemplo esquemático en aras de la descripción, y la estructura de la batería 110 no se limita a ello. En la FIG. 2, en aras de la conveniencia, se supone que el litio es un material activo que provoca una reacción química en la batería 110.

[0053] Cuando la batería 110 se descarga para suministrar energía de la batería 110 a un aparato externo, como se muestra en la FIG. 2, puede ocurrir una reacción química (reacción de oxidación) en la cual un ion de litio Li<+>se descarga del electrodo 112 negativo sobre una superficie del electrodo 112 negativo. El ion de litio Li<+>descargado puede pasar a través del electrolito 113 y luego moverse a una superficie del electrodo 111 positivo. Por consiguiente, puede ocurrir una reacción química (reacción de reducción) en la cual el ion de litio Li<+>es absorbido en el electrodo 111 positivo sobre la superficie del electrodo 111 positivo.

[0054] Cuando se carga la batería 110, puede ocurrir una reacción química (reacción de oxidación) en la cual un ion de litio Li<+>se descarga del electrodo 111 positivo sobre una superficie límite entre el electrodo 111 positivo y el electrolito 113. El ion de litio Li<+>descargado puede pasar a través del electrolito 113 y luego moverse a la superficie del electrodo 112 negativo. Por consiguiente, puede ocurrir una reacción química (reacción de reducción) en la cual el ion de litio Li<+>es absorbido en el electrodo 112 negativo sobre la superficie del electrodo 112 negativo.

[0055] Una tensión de terminal de la batería 110 puede aparecer en la forma de suma de un potencial en una superficie de electrodo de batería correspondiente al electrodo 111 positivo y al electrodo 112 negativo, la caída de tensión debida a una resistencia óhmica (resistencia interna) formada por el electrolito 113 y similar, y una sobretensión debida a la reacción electroquímica. La sobretensión puede representar la caída de tensión ocurrida por la desviación de un potencial de equilibrio debido a la polarización en cada electrodo de batería. La sobretensión también se denomina tensión de polarización.

[0057] Como se muestra en la FIG. 3, cuando la batería 110 comienza la descarga, la tensión de terminal Vt de la batería 110 cae momentáneamente debido a la caída de tensión Vóhmica por la resistencia óhmica Róhmica, y luego disminuye gradualmente debido a un cambio V1 transitorio de la sobretensión. En general, el cambio V1 transitorio de la sobretensión puede expresarse como un cambio que depende de una constante de tiempo definida en un circuito paralelo de una resistencia y un condensador. En este punto, la tensión de terminal Vt real de la batería 110 disminuye con una pendiente constante junto con el cambio transitorio V1 de la sobretensión. Es decir, como se muestra en la FIG. 3, una disminución Vk según la pendiente constante y una disminución V1 según el cambio transitorio de la sobretensión aparecen juntas. Esta pendiente se determina por una magnitud de una corriente que fluye a través de la batería 110. Como se describe más arriba, el fenómeno en el cual la tensión de terminal Vt de la batería 110 disminuye con cierta pendiente ocurre porque la concentración del material activo sobre la superficie del electrodo debida a una reacción de oxidación/reducción del material activo es menor que una concentración promedio. Es decir, el cambio de tensión Vk según la pendiente constante puede ocurrir por un cambio de tensión (cambio debido a descarga o carga) provocado por una velocidad de reacción de oxidación/reducción y un cambio de tensión provocado por una resistencia a la difusión (diferencia de concentración) en un período de relajación después de que desaparece la corriente.

[0059] En general, un estado de la batería 110 se determina como un estado de carga (SOC) que representa una concentración promedio en toda la batería 110, y la tensión de terminal Vt de la batería 110 se estima según la tensión de circuito abierto de la batería 110, la caída de tensión (Vóhmica) debida a la resistencia óhmica (Róhmica), y la sobretensión. En este punto, la tensión de circuito abierto se estima según el SOC de la batería 110. Sin embargo, el SOC representa la concentración promedio (p. ej., la concentración promedio en el electrodo) dentro de la batería 110 en lugar de la concentración sobre la superficie del electrodo de batería, y gradualmente disminuye cuando la batería 110 se descarga como se muestra en la FIG. 3. Por lo tanto, cuando la tensión de circuito abierto de la batería 110 se estima según el SOC, la tensión de terminal de la batería 110 puede no estimarse de manera precisa. Por consiguiente, en algunas realizaciones, se provee un estado de carga (SOC) superficial capaz de determinar el potencial en la superficie del electrodo de la batería 110. Dicho SOC superficial puede representar la concentración del material activo sobre la superficie del electrodo de la batería 110.

[0061] La FIG. 4 es un diagrama para explicar la estimación de SOC superficial en un sistema de gestión de batería según una realización, y la FIG. 5 es un diagrama que muestra un ejemplo de una relación de correspondencia entre una temperatura/SOC y un coeficiente cinético en una batería según una realización, y la FIG. 6 es un diagrama que muestra un ejemplo de una relación de correspondencia entre una temperatura/SOC y un coeficiente de difusión en una batería según una realización.

[0063] Con referencia a la FIG. 4, un procesador (p. ej., 150 en la FIG. 1) de un sistema de gestión de batería puede estimar un SOC superficial de una batería (p. ej., 110 en la FIG. 1) según la información medida de la batería 110 que incluye una corriente de la batería 110, mediante el uso de un modelo 410 de estimación de SOC superficial. En algunas realizaciones, el SOC superficial puede estimarse como un porcentaje. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar un SOC de la batería 110 que representa una concentración promedio en base a la información medida de la batería que incluye la corriente de la batería 110, mediante el uso del modelo 410 de estimación de SOC superficial.

[0065] Como se describe con referencia a la FIG. 3, cuando se descarga la batería 110, una tensión de terminal de la batería 110 puede disminuir con cierta pendiente. Dado que el fenómeno en el cual la tensión de terminal de la batería 110 disminuye con cierta pendiente ocurre porque la concentración de un material activo sobre la superficie de electrodo disminuye por una reacción de oxidación/reducción del material activo, la cierta pendiente es proporcional a la corriente de la batería 110. Por consiguiente, el modelo 410 de estimación de SOC superficial puede estimar el SOC superficial según la velocidad de reacción determinada por la corriente de la batería 110. En algunas realizaciones, una velocidad de reacción (cinética) puede determinarse según un valor obtenido reflejando un coeficiente específico en la corriente de la batería 110. En lo sucesivo, dicho factor específico se denomina “coeficiente cinético”. En una realización, la velocidad de reacción puede determinarse según el producto de la corriente de la batería 110 y el coeficiente cinético.

[0067] La velocidad de reacción de la reacción de oxidación/reducción puede determinarse por la temperatura de la batería 110 y la concentración promedio dentro de la batería 110. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el coeficiente cinético puede variar dependiendo de la temperatura de la batería 110 y el SOC de la batería 110. En una realización, el SOC de la batería 110 puede incluir el SOC de la batería 110 que representa la concentración promedio. En otra realización, el SOC de la batería 110 puede incluir el SOC superficial de la batería 110. En incluso otra realización, el SOC de la batería 110 puede incluir el SOC de la batería 110 que representa la concentración promedio y el SOC superficial de la batería 110. Es decir, el modelo 410 de estimación de SOC superficial puede determinar el coeficiente cinético en base a la temperatura de la batería 110 y el SOC de la batería 110. En algunas realizaciones, como se muestra en la FIG. 5, una relación de correspondencia entre la temperatura /SOC de la batería 110 y el coeficiente cinético puede predefinirse a través de experimentos. En algunas realizaciones, una memoria del sistema de gestión de batería puede almacenar dicha relación de correspondencia, por ejemplo, en la forma de una tabla de búsqueda.

[0069] Cuando la concentración sobre la superficie del electrodo es menor que la concentración promedio por la reacción de oxidación/reducción sobre la superficie del electrodo, puede aparecer un componente de resistencia en el cual la reacción en la superficie del electrodo disminuye por una velocidad de difusión provocada por una diferencia de concentración entre la concentración en la superficie del electrodo y la concentración promedio. Dicha resistencia provocada por la difusión (en lo sucesivo denominada “resistencia a la difusión”) puede expresarse como una fuerza que suprime la reacción de oxidación/reducción en una dirección inversa. Por lo tanto, el modelo 410 de estimación del SOC superficial refleja además la resistencia a la difusión cuando se estima el SOC superficial. En algunas realizaciones, la resistencia a la difusión puede determinarse en base a una diferencia entre el SOC que representa la concentración promedio y el SOC superficial que representa la concentración sobre la superficie del electrodo. En algunas realizaciones, el modelo 410 de estimación de SOC superficial puede estimar el SOC superficial en base a un valor obtenido reflejando un coeficiente específico en la diferencia entre el SOC y el SOC superficial. En lo sucesivo, dicho coeficiente específico se denomina “coeficiente de difusión”. En una realización, el modelo 410 de estimación de SOC superficial puede estimar el SOC superficial en base a un producto del coeficiente de difusión y la diferencia entre el SOC y el SOC superficial.

[0071] La velocidad de reacción de la reacción de oxidación/reducción puede determinarse en base a la temperatura de la batería 110 y la concentración promedio dentro de la batería 110. Por consiguiente, en algunas realizaciones, el coeficiente de difusión que suprime la reacción de oxidación/reducción puede variar dependiendo de la temperatura de la batería 110 y el SOC de la batería 110. En una realización, el SOC de la batería 110 puede incluir el SOC de la batería 110 que representa una concentración promedio. En otra realización, el SOC de la batería 110 puede incluir el SOC superficial de la batería 110. En incluso otra realización, el SOC de la batería 110 puede incluir el SOC de la batería 110 que representa la concentración promedio y el SOC superficial de la batería 110. Es decir, el modelo 410 de estimación de SOC superficial puede determinar el coeficiente de difusión en base a la temperatura de la batería 110 y el SOC de la batería 110. En algunas realizaciones, como se muestra en la FIG. 6, una relación de correspondencia entre la temperatura/SOC de la batería 110 y el coeficiente de difusión puede predefinirse a través de experimentos. En algunas realizaciones, la memoria del sistema de gestión de batería puede almacenar la relación de correspondencia, por ejemplo, en la forma de una tabla de búsqueda.

[0073] En algunas realizaciones, el modelo 410 de estimación de SOC superficial puede estimar el SOC superficial en un punto temporal actual reflejando al menos un cambio debido a la velocidad de reacción con respecto a un punto temporal previo al punto temporal actual y un cambio debido a la resistencia a la difusión del punto temporal previo al punto temporal actual en el SOC superficial estimado en el punto temporal previo. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede predefinir un valor inicial SSOC[0] del SOC superficial para estimar el SOC superficial.

[0075] La FIG. 7 es un diagrama de flujo que muestra un método de estimación de SOC superficial en un sistema de gestión de batería según una realización.

[0077] Con referencia a la FIG.7, un procesador (p. ej., 150 en la FIG.1) ingresa información medida de una batería (p. ej., 110 en la FIG.1) en un modelo de estimación de SOC superficial en E710. La información medida de la batería 110 puede incluir una corriente de la batería 110. En algunas realizaciones, la corriente de la batería 110 puede ser una corriente de carga o descarga de la batería 110 medida por un sensor de corriente (p. ej., 140 en la FIG. 1). En algunas realizaciones, la información medida de la batería 110 puede incluir además una tensión medida de la batería 110. En algunas realizaciones, la tensión medida de la batería 110 puede ser una tensión de celda promedio, y la tensión de celda promedio puede ser un valor promedio de tensiones de múltiples celdas de batería. En algunas realizaciones, la tensión medida de la batería 110 puede ser una suma de tensiones de las múltiples celdas de batería. En algunas realizaciones, la información medida de la batería 110 puede incluir además una temperatura de la batería 110. En algunas realizaciones, la temperatura de la batería 110 puede ser una temperatura medida por un sensor de temperatura (p. ej., 130 en la FIG.1).

[0079] El procesador 150 determina múltiples parámetros en el punto temporal t usando el modelo de estimación de SOC superficial en E720 y E730. Los múltiples parámetros pueden incluir un parámetro correspondiente a una velocidad de reacción y un parámetro correspondiente a una resistencia a la difusión.

[0081] El procesador 150 determina la velocidad de reacciónK[t]de la batería 110 en el punto temporal t mediante el uso del modelo de estimación de SOC superficial en E720. El procesador 150 puede calcular la velocidad de reacciónK[t]como un productoKc*l[t]de un coeficiente cinéticoKcy la corriente de la batería 110 en el punto temporal t. En algunas realizaciones, el procesador 110 puede extraer el coeficiente cinético Kc correspondiente a la temperatura de la batería 110 y el SOC de la batería 110 de una memoria. En algunas realizaciones, la memoria puede ser una memoria (p. ej., 160 en la FIG.1) de un sistema de gestión de batería. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar el SOC de la batería 110 en base a la información medida de la batería 110. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar el SOC usando cualquiera de varios métodos conocidos, y la presente invención no está limitada al método de estimación del SOC.;[0082] Además, el procesador 150 determina la resistencia a la difusiónD[t]de la batería 110 en el punto temporal t mediante el uso del modelo de estimación de SOC superficial en E730. El procesador 150 puede calcular la resistencia a la difusiónD[t]como un productoDc*ΔSOC[t]de una diferenciaΔSOC[t]entre el SOC y el SOC superficial en el punto temporal t y el coeficiente de difusión Dc. En algunas realizaciones, el procesador 110 puede extraer el coeficiente de difusión Dc correspondiente a la temperatura de la batería 110 y el SOC de la batería 110 de la memoria. En algunas realizaciones, la memoria puede ser la memoria 160 del sistema de gestión de batería. A continuación, en E740, el procesador 150 estima el SOC superficialSSOC[t+1]en el punto temporal(t+1)en base al SOC superficialSSOC[t], la velocidad de reacciónK[t], y la resistencia a la difusiónD[t]estimada en el punto temporal t, mediante el uso del modelo estimación de SOC superficial. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar el SOC superficialSSOC[t+1]como en la Ecuación 1 o 2.

[0083] Ecuación 1

[0086]

[0088] Ecuación 2

[0091]

[0093] En las Ecuaciones 1 y 2,Δtdenota un cambio de tiempo (diferencia de tiempo) entre el punto temporal(t+1)y el punto temporalt.

[0094] En algunas realizaciones, el modelo de estimación de SOC superficial puede estimar, de manera precisa, el SOC superficial llevando a cabo repetidamente la estimación del SOC superficial.

[0095] Según las realizaciones descritas más arriba, el estado de la batería 110 puede estimarse con precisión usando el SOC superficial que puede representar, de manera precisa, el potencial de la superficie del electrodo de la batería 110.

[0096] A continuación, las realizaciones de estimación de una tensión de terminal de la batería 110 usando un SOC superficial se describen con referencia a la FIG.8, la FIG.9, y la FIG.10.

[0097] La FIG. 8 es un diagrama para explicar una estimación de tensión de terminal de batería en un sistema de gestión de batería según una realización, y la FIG. 9 es un diagrama de flujo que muestra un método de estimación de tensión de terminal de batería en un sistema de gestión de batería según una realización, y la FIG. 10 es un diagrama que muestra un ejemplo de una relación de correspondencia entre un SOC y una tensión de circuito abierto en una batería según una realización.

[0098] Con referencia a la FIG. 8 y la FIG. 9, un procesador (p. ej., 150 de la FIG.1) estima un SOC superficial usando un modelo de estimación de SOC superficial (p. ej., 410 de la FIG. 4). Es decir, como se describe con referencia a la FIG.7, el procesador ingresa información medida de la batería (110 en la FIG.1) en el modelo 410 de estimación de SOC superficial en E910, calcula una velocidad de reacciónK[t]y una resistencia a la difusiónD[t]de la batería 110 en E920 y E930, y estima el SOC superficialSSOC[t+1]en base a la velocidad de reacciónK[t]y la resistencia a la difusiónD[t]en E940.

[0099] A continuación, el procesador 150 ingresa el SOC, el SOC superficial, y una corriente de la batería 110 en un modelo 810 de estimación de tensión de terminal, y estima una tensión de terminal de la batería 110 usando el modelo 810 de estimación de tensión de terminal.

[0100] Con tal fin, el procesador 150 estima una tensión de circuito abierto de la batería 110 en base al SOC superficial en E950. El procesador 150 puede estimar la tensión de circuito abiertoVocen base a una relación funcional no linealVoc=f(SSOC)entre el SOC superficialSSOC, por sus siglas en inglés, y la tensión de circuito abiertoVoc. En general, una memoria (p. ej., 160 en la FIG. 1) del sistema de gestión de batería almacena una relación de correspondencia entre la tensión de circuito abiertoVocde la batería 110 y el SOC de la batería 110 con antelación. Por ejemplo, la relación de correspondencia entre la tensión de circuito abiertoVocy el SOC puede definirse como se muestra en la FIG.10. En este caso, el procesador 150 determina la tensión de circuito abiertoVocingresando el SOC superficial en lugar del SOC. Por ejemplo, cuando el SOC superficial es el 70 %, el procesador 150 puede extraer una tensión de circuito abierto correspondiente al SOC del 70 % de la memoria. En algunas realizaciones, la relación de correspondencia entre la tensión de circuito abierto y el SOC puede almacenarse por temperatura. En este caso, el procesador 150 puede determinar la tensión de circuito abierto en base a la relación de correspondencia entre el SOC y la tensión de circuito abierto, correspondiente a la temperatura de la batería 110, entre varias relaciones de correspondencia.

[0101] Además, el procesador 150 estima una sobretensión debida a la polarización en E960. Dado que la sobretensión es provocada por la desviación de un potencial en una superficie de electrodo de un potencial de equilibrio, el procesador 150 estima la sobretensión en base al SOC superficial que representa el potencial en la superficie de electrodo y el SOC que representa el potencial de equilibrio. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar la sobretensión en base a un valor obtenido comparando el SOC y el SOC superficial. En una realización, el valor obtenido comparando el SOC y el SOC superficial puede ser una relación del SOC y el SOC superficial. En otra realización, el valor obtenido comparando el SOC y el SOC superficial puede ser una diferencia entre el SOC y el SOC superficial. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar la sobretensiónV1[t+1]en el punto temporal(t+1)en base a la sobretensiónV1[t], el SOCSOC[t], y el SOC superficialSSOC[t]en el punto temporalt, usando el modelo 810 de estimación de tensión de terminal. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar la sobretensiónV1[t+1], por ejemplo, como en la Ecuación 3.

[0102] Ecuación 3

[0105]

[0107] En la Ecuación 3, a denota un coeficiente de sobretensión.

[0108] En algunas realizaciones, el coeficiente de sobretensión a puede determinarse por experimentos. En algunas realizaciones, el coeficiente de sobretensión a puede determinarse llevando a cabo, de manera repetida, una estimación de sobretensión usando un filtro adaptativo. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede predefinir un valor inicialV1[0]de la sobretensión para estimar la sobretensión.

[0109] Además, el procesador 150 estima una tensión debida a una resistencia óhmica de la batería 110 en E970. El procesador 150 estima la tensiónVóhmicadebida a la resistencia óhmica como un producto de la resistencia óhmica de la batería 110 y la corriente de la batería 110. En algunas realizaciones, el procesador 150 puede estimar la resistencia óhmica usando cualquiera de varios métodos conocidos, y la presente invención no está limitada al método para estimar la resistencia óhmica.

[0110] A continuación, el procesador 150 determina la tensión de terminal de la batería 110 en base a la tensión de circuito abiertoVoc, la sobretensiónV1, y la tensiónVóhmicadebida a la resistencia óhmica en E980. En algunas realizaciones, como se muestra en la Ecuación 4, el procesador 150 puede determinar una suma de la tensión de circuito abiertoVoc, la sobretensiónV1, y la tensiónVóhmicapor la resistencia óhmica como la tensión de terminalVtde la batería 110.

[0111] Ecuación 4

[0114]

[0117] Aunque el método de estimación de SOC superficial o el método de estimación de tensión de terminal se han descrito en un caso de descarga de la batería, el método de estimación de SOC superficial o el método de estimación de tensión de terminal según las realizaciones descritas más arriba pueden aplicarse a un caso de carga de la batería. Como se muestra en la FIG. 3, en la descarga, el SOC superficial que representa la concentración superficial aparece más bajo que el SOC que representa la concentración promedio, mientras que en la carga, el SOC superficial aparece más alto que el SOC.

[0118] La FIG. 11 y la FIG. 12 son diagramas que muestran una relación entre una tensión de terminal estimada por un método de estimación de tensión de terminal de batería según una realización y una tensión de terminal real. La FIG. 11 y la FIG. 12 muestran una tensión de terminal estimada y una tensión de terminal real cuando un SOC superficial es del 5 %, 60 % y 100 %, la FIG. 11 muestra la tensión de terminal durante la carga de la batería, y la FIG.12 muestra la tensión de terminal durante la descarga de la batería.

[0119] Como se muestra en la FIG.11 y la FIG.12, puede verse que la tensión de terminal (línea continua) estimada por el método de estimación de tensión de terminal de batería según una realización cambia de manera similar a la tensión de terminal real (línea discontinua).

[0120] Según las realizaciones descritas más arriba, al estimar el SOC superficial que representa el potencial en la superficie del electrodo en base a la corriente de la batería y la reacción de oxidación/reducción del material activo, es posible estimar con precisión el estado de la batería no solo en un estado estático de la batería sino también en un estado dinámico en el cual se repite la carga o descarga.

[0122] En algunas realizaciones, un procesador (p. ej., 150 de la FIG. 1) puede llevar a cabo el cómputo en un programa para ejecutar el método de estimación de SOC superficial o el método de estimación de tensión de terminal descritos más arriba. Un programa para ejecutar el método de estimación de SOC superficial o el método de estimación de tensión de terminal puede cargarse en una memoria. La memoria puede ser la misma memoria que una memoria (p. ej., 160 en la FIG. 1) para almacenar una tabla o una memoria separada. El programa puede incluir instrucciones para hacer que el procesador 150 lleve a cabo el método de estimación de SOC superficial o el método de estimación de tensión de terminal cuando se carga en una memoria. Es decir, el procesador puede llevar a cabo una operación para el método de estimación de SOC superficial o el método de estimación de tensión de terminal ejecutando las instrucciones del programa.

[0124] Aunque esta invención se ha descrito en relación con lo que en la presente se considera que son realizaciones prácticas, se comprenderá que la invención no está limitada a las realizaciones descritas. Por el contrario, pretende cubrir varias modificaciones y disposiciones incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Un aparato (100) de batería que comprende:

una batería (110),

un sensor (130) de temperatura,

un circuito (120) de medición de tensión,

un sensor (140) de corriente; y

un procesador (150) configurado para:

recibir, del sensor (140) de corriente, una corriente medida de la batería (110); y

estimar un estado de carga superficial, SSOC, que representa un potencial en una superficie de electrodo de la batería (110) en base a múltiples parámetros que incluyen un primer parámetro determinado en base a la corriente medida y un segundo parámetro determinado en base a un estado de carga, SOC, de la batería (110), en donde el procesador (150) determina:

una velocidad de reacción K[t] de la batería (110) en el punto temporal t usando un modelo de estimación de SSOC, la resistencia a la difusión D[t] de la batería (110) en el punto temporal t usando el modelo de estimación de SSOC, y el valor del SOC superficial SOC en el tiempo [t+1], SSOC[t+1] a partir de la ecuación:

donde un valor inicial del SSOC, SSOC[0] está predefinido,

K[t]=Kc*I[t], donde I[t] es la corriente medida y Kc es un coeficiente cinético en base a la temperatura y el SOC de la batería (110),

D[t]=Dc*ΔSOC[t], donde ΔSOC[t] es la diferencia entre el SSOC y el SOC en el tiempo [t] y Dc es un coeficiente de difusión basado en la temperatura y el SOC de la batería (110), y

Δt es el intervalo de tiempo entre t y [t+1].

2. El aparato (100) de batería de la reivindicación 1, que además comprende una memoria (160) configurada para almacenar una relación de correspondencia entre el coeficiente cinético, Kc, y la temperatura y SOC de la batería, en donde el procesador (150) está configurado para determinar el coeficiente según la relación de correspondencia.

3. El aparato de batería de la reivindicación 1, en donde la memoria (160) está además configurada para almacenar una relación de correspondencia entre el coeficiente de difusión, Dc, y la temperatura y el SOC de la batería en donde el procesador (150) está configurado para determinar el coeficiente según la relación de correspondencia.

4. El aparato (100) de batería de la reivindicación 1, en donde el procesador (150) está configurado para estimar una tensión de terminal de la batería (110) en base al SOC superficial, al SOC, y a una corriente de la batería (110).

5. El aparato (100) de batería de la reivindicación 4, en donde el procesador (150) está configurado para: estimar una tensión de circuito abierto de la batería (110) en base al SOC superficial;

estimar una sobretensión de la batería (110) en base al SOC y al SOC superficial;

estimar una tensión debida a una resistencia óhmica de la batería (110) en base a una corriente de la batería (110); y estimar la tensión de terminal en base a la tensión de circuito abierto, la sobretensión, y la tensión debida a la resistencia óhmica.

6. El aparato (100) de batería de la reivindicación 5, que además comprende una memoria (160) configurada para

almacenar una relación de correspondencia entre el SOC como una entrada y la tensión de circuito abierto como una salida,

en donde el procesador (150) está configurado para estimar la tensión de circuito abierto usando el SOC superficial como la entrada de la relación de correspondencia.

7. El aparato de batería de la reivindicación 5, en donde el procesador (150) está configurado para estimar la sobretensión en base a una relación o diferencia entre el SOC y el SOC superficial.

8. Un método para estimar un estado de una batería (110), el método comprendiendo:

recibir, de un sensor (140) de corriente, una corriente medida de la batería (110); y

estimar un estado de carga superficial, SSOC, que representa un potencial en una superficie de electrodo de la batería (110) en base a múltiples parámetros que incluyen un primer parámetro determinado en base a la corriente medida y un segundo parámetro determinado en base a un estado de carga, SOC, de la batería (110), en donde la estimación comprende:

determinar una velocidad de reacción K[t] de la batería (110) en el punto temporal t mediante el uso de un modelo de estimación de SSOC,

determinar la resistencia a la difusión D[t] de la batería (110) en el punto temporal t mediante el uso del modelo de estimación de SSOC,

y

determinar el valor del SOC superficial en el tiempo [t+1], SSOC[t+1], a partir de la ecuación:

donde un valor inicial del SSOC, SSOC[0], está predefinido,

Δt es el intervalo de tiempo entre t y [t+1].

9. Un programa configurado para ser ejecutado por un procesador (150) de un aparato (100) de batería y almacenado en un medio de grabación, en donde el programa hace que el procesador lleve a cabo las etapas del método de la reivindicación 8.