ES3057698T3 - Apparatus and method for calculating battery resistance - Google Patents
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Abstract
Un aparato de cálculo de resistencia de batería según una realización de la presente invención comprende: un circuito de medición conectado entre un chasis y el terminal (+) o el terminal (-) de un paquete de baterías; una unidad de medición de voltaje para medir un voltaje del circuito de medición; y una unidad de cálculo de resistencia de aislamiento para calcular la resistencia de aislamiento del paquete de baterías sobre la base del voltaje medido por la unidad de medición de voltaje, en donde la unidad de cálculo de resistencia de aislamiento puede volver a calcular la resistencia de aislamiento sobre la base de la variación de voltaje del paquete de baterías según el tiempo si la resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral preestablecido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
[0001] DESCRIPCIÓN
[0002] Aparato y método para calcular la resistencia de batería
[0003] Campo técnico
[0004] Referencia cruzada a solicitudes relacionadas
[0005] Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud de patente coreana n.º 10-2020-0122615 presentada el 22 de septiembre de 2020 en la Oficina Coreana de Propiedad Intelectual.
[0006] Campo técnico
[0007] La presente invención está destinada a proporcionar un aparato y un método para calcular la resistencia de batería para calcular la resistencia de aislamiento de una batería.
[0008] Antecedentes de la técnica
[0009] Recientemente, están llevándose a cabo activamente investigaciones y desarrollo de una batería secundaria. En este caso, la batería secundaria es una batería capaz de cargarse y descargarse, y se pretende que incluya la totalidad de una batería de Ni/Cd convencional, una batería de Ni/MH, etc. y una batería de iones de litio reciente. Entre las baterías secundarias, la batería de iones de litio tiene la ventaja de tener una densidad de energía mucho mayor en comparación con la batería de Ni/Cd convencional, la batería de Ni/MH, etc. Además, la batería de iones de litio puede fabricarse en un tamaño pequeño y peso ligero y, por tanto, la batería de iones de litio se usa como una fuente de alimentación para un dispositivo móvil. Además, la batería de iones de litio está atrayendo la atención como medio de almacenamiento de energía de próxima generación ya que su variedad de uso se ha ampliado a una fuente de alimentación para un vehículo eléctrico.
[0010] Además, la batería secundaria se usa generalmente como un bloque de baterías que incluye un módulo de batería en el que una pluralidad de celdas de batería están conectadas en serie y/o en paralelo. Además, un sistema de gestión de baterías gestiona y control el estado y funcionamiento del bloque de baterías.
[0011] En particular, en los bloques de baterías de alta tensión usados en sistemas de almacenamiento de energía (ESS) y vehículos eléctricos, debe mantenerse un determinado nivel de aislamiento entre el bloque de baterías y el chasis para evitar la descarga del bloque de baterías o una descarga eléctrica al usuario. Por consiguiente, el sistema de gestión de baterías (BMS) realiza una función de medición de resistencia de aislamiento entre el bloque de baterías y el chasis a través de un circuito de medición de resistencia de aislamiento.
[0012] Convencionalmente, se usó un método para calcular la resistencia conectando respectivamente resistores de medición entre dos polos (+, -) del bloque de baterías y un chasis para medir la resistencia de aislamiento, conectando secuencialmente los dos polos del bloque de baterías y el chasis a través de un conmutador, y luego midiendo una tensión. Sin embargo, un resistor de medición o un elemento de conmutación incluido en un circuito de medición de resistencia de aislamiento está conectado entre una batería de alta tensión y el chasis y deben tenerse en cuenta la distancia de seguridad y la línea de fuga y, por tanto, se usan en su mayoría partes voluminosas y caras. En particular, a medida que aumenta la tensión del bloque de baterías, se requieren componentes de alto nivel.
[0013] Cuando se considera la tendencia de disminuir gradualmente el volumen y precio del sistema de gestión de baterías, un circuito de medición de resistencia de aislamiento de este tipo también necesita una manera de reducir el tamaño y el coste.
[0014] El documento KR 20150081988 A se refiere a un aparato y a un método para medir la resistencia de aislamiento de una batería. En un aparato para medir la resistencia de aislamiento de una batería, el aparato para medir la resistencia de aislamiento de una batería según la presente invención comprende: un primer resistor que tiene un extremo al que se conecta un polo positivo o un polo negativo de la batería; una parte de resistencia variable que se conecta entre el otro extremo del primer resistor y la conexión a tierra; y una parte de detección de tensión que se conecta a ambos extremos de la parte de resistencia variable. El aparato puede medir la resistencia de aislamiento de una batería conectando uno de un polo positivo y un polo negativo de la batería, instalando de ese modo fácilmente el aparato a la batería y detectando con seguridad si la resistencia de aislamiento está deteriorada.
[0015] Divulgación de la invención
[0016] Problema técnico
[0017] La presente invención está concebida para resolver los problemas anteriores, y un objeto de la misma es proporcionar un aparato y un método para calcular la resistencia de batería capaces de reducir el tamaño y el coste
de un sistema de gestión de baterías conectando un circuito de medición sólo entre un terminal de un terminal positivo (+) y un terminal negativo (-) de un bloque de baterías y un chasis.
[0018] Además, un objeto del aparato y método para calcular la resistencia de batería según la presente invención es implementar un rendimiento sustancialmente equivalente al de un circuito de medición existente incluso si se retira una sección del circuito de medición.
[0019] Solución técnica
[0020] En vista de lo anterior, la presente invención propone un aparato para calcular la resistencia de batería tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.
[0021] Un aparato para calcular la resistencia de batería según un aspecto se define en la reivindicación independiente 1. Un método para calcular la resistencia de batería según un aspecto se define en la reivindicación independiente 8.
[0022] Efectos ventajosos
[0023] Según el aparato y el método para calcular la resistencia de batería según la presente invención, es posible reducir el tamaño y el coste del sistema de gestión de baterías conectando el circuito de medición sólo entre un terminal del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías y el chasis.
[0024] Según el aparato y el método para calcular la resistencia de batería según la presente invención, es posible implementar un rendimiento sustancialmente equivalente al de un circuito de medición existente incluso si se retira una sección del circuito de medición.
[0025] Breve descripción de los dibujos
[0026] La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un bloque de baterías general;
[0027] la figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención;
[0028] la figura 3A es un diagrama que ilustra el cálculo de resistencia de aislamiento en un bloque de baterías convencional;
[0029] la figura 3B es un diagrama que ilustra un circuito equivalente para calcular la resistencia de aislamiento en el bloque de baterías convencional;
[0030] la figura 4A es un diagrama que ilustra el cálculo de resistencia de aislamiento de un bloque de baterías usando el aparato para calcular la resistencia de batería según la realización de la presente invención;
[0031] la figura 4B es un diagrama que ilustra un circuito equivalente para calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías usando el aparato para calcular la resistencia de batería según la realización de la presente invención; la figura 5 es un diagrama que ilustra una tabla de OCV-SOC (gráfico) del bloque de baterías para calcular la resistencia de aislamiento en el aparato para calcular la resistencia de batería según la realización de la presente invención;
[0032] la figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un método para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención; y
[0033] la figura 7 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de hardware del aparato para calcular la resistencia de batería según la realización de la presente invención.
[0034] Modo para llevar a cabo la invención
[0035] A continuación en el presente documento, se describirán en detalle diversas realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. En este documento, se usan los mismos números de referencia para los mismos elementos constituyentes en los dibujos, y se omiten descripciones duplicadas para los mismos elementos constituyentes.
[0036] Con respecto a las diversas realizaciones de la presente invención divulgadas en este documento, se han ejemplificado descripciones estructurales o funcionales específicas con el propósito de describir las realizaciones de la presente invención sólo, y diversas realizaciones de la presente invención pueden realizarse de diversas formas y no deben interpretarse como limitadas a las realizaciones descritas en este documento.
[0037] Expresiones tales como “primero”, “segundo”, “en primer lugar”, o “en segundo lugar”, etc. usadas en diversas realizaciones pueden modificar diversos elementos constituyentes independientemente del orden y/o importancia, y no limitan elementos constituyentes correspondientes. Por ejemplo, sin desviarse del alcance de la presente invención, un primer elemento constituyente puede nombrarse como segundo elemento constituyente, y de manera similar, el segundo elemento constituyente también puede renombrarse como primer elemento constituyente.
[0038] Los términos usados en este documento se usan sólo para describir una realización específica, y puede no estar previsto que limiten el alcance de otras realizaciones. Las expresiones singulares pueden incluir expresiones plurales a menos que se signifiquen claramente de manera diferente en el contexto.
[0039] Todos los términos usados en el presente documento, incluyendo términos técnicos o científicos, pueden tener el mismo significado que entiende generalmente un experto habitual en el campo técnico de la presente invención. Los términos definidos en un diccionario de uso general pueden interpretarse como que tienen el mismo significado o un significado similar al significado en el contexto de la tecnología relacionada, y no deben interpretarse como un significado ideal o excesivamente formal a menos que se defina explícitamente en este documento. En algunos casos, incluso los términos definidos en este documento no pueden interpretarse que excluyan realizaciones de la presente invención.
[0040] La figura 1 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un sistema de control de batería.
[0041] En referencia a la figura 1, se ilustra esquemáticamente un sistema de gestión de baterías que incluye un bloque 1 de baterías según una realización de la presente invención y un controlador 2 de nivel superior incluido en un sistema de nivel superior.
[0042] Tal como se ilustra en la figura 1, el bloque 1 de baterías incluye un módulo 10 de batería compuesto por una o más celdas de batería y capaz de cargarse y descargarse, una unidad 14 de conmutación conectada en serie a un lado de terminal positivo o un lado de terminal negativo del módulo 10 de batería para controlar un flujo de corriente de carga y descarga del módulo 10 de batería, y un sistema 20 de gestión de baterías (por ejemplo, BMS) que monitoriza la tensión, corriente, temperatura, etc. del bloque 1 de baterías para controlar y gestionar el módulo 10 de batería para evitar sobrecarga, descarga excesiva, etc.
[0043] En este caso, la unidad 14 de conmutación es un elemento de conmutación semiconductor para controlar un flujo de corriente para cargar o descargar el módulo 10 de batería, y, por ejemplo, puede usarse al menos un MOSFET, un relé, un contactor magnético, etc., según las especificaciones del bloque 1 de baterías.
[0044] Además, el sistema 20 de gestión de baterías puede medir o calcular una tensión y corriente de una puerta, fuente, y drenaje del elemento de conmutación semiconductor para monitorizar la tensión, corriente, temperatura, etc. del bloque 1 de baterías. Además, el sistema 20 de gestión de baterías puede medir la corriente del bloque 1 de baterías usando un sensor 12 proporcionado adyacente al elemento de conmutación semiconductor. En este caso, el sensor 12 puede corresponder a una unidad de medición de tensión que se describirá más adelante.
[0045] El sistema 20 de gestión de baterías es una interfaz que recibe valores obtenidos midiendo diversos parámetros descritos anteriormente, y puede incluir una pluralidad de terminales y un circuito conectado a estos terminales para realizar el procesamiento de valores de entrada. Además, el sistema 20 de gestión de baterías puede controlar el encendido/apagado de la unidad 14 de conmutación, por ejemplo, un MOSFET, y puede conectarse al módulo 10 de batería para monitorizar un estado de cada módulo 10 de batería.
[0046] Mientras tanto, en el sistema 20 de gestión de baterías de la presente invención, la resistencia de aislamiento del bloque 1 de baterías puede calcularse a través de un programa de cálculo de resistencia basado en datos medidos usando el circuito de medición conectado al bloque 1 de baterías tal como se describe a continuación.
[0047] El controlador 2 de nivel superior puede transmitir una señal de control para el módulo 10 de batería al sistema 20 de gestión de baterías. Por consiguiente, una operación del sistema 20 de gestión de baterías puede controlarse basándose en una señal aplicada desde el controlador de nivel superior. Mientras tanto, la celda de batería de la presente invención puede estar configurada para incluirse en un bloque de baterías usado en un vehículo o un sistema de almacenamiento de energía (ESS), etc. Por ejemplo, el controlador 2 de nivel superior puede ser un controlador de ESS. Sin embargo, el bloque 1 de baterías no está necesariamente limitado a estos usos.
[0048] Dado que la configuración del bloque 1 de baterías y la configuración del BMS 20 son configuraciones conocidas, se omitirá una descripción más detallada de los mismos.
[0049] La figura 2 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de un aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención.
[0050] En referencia a la figura 2, un aparato 200 para calcular la resistencia de batería según una realización de la
presente invención puede incluir un circuito 210 de medición, una unidad 220 de medición de tensión, una unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento, y una unidad 240 de almacenamiento. Por ejemplo, el aparato 200 para calcular la resistencia de batería ilustrado en la figura 2 puede ser una configuración incluida en el sistema de gestión de baterías (BMS) del bloque de baterías.
[0051] El circuito 210 de medición puede estar conectado entre uno del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías y el chasis. Por ejemplo, el chasis conectado al circuito 210 de medición puede incluir un chasis proporcionado en un vehículo.
[0052] Además, el circuito 210 de medición puede incluir un resistor de medición y un conmutador conectados en serie, y puede estar conectado en paralelo a un resistor de aislamiento del bloque de baterías. Además, el circuito 210 de medición puede incluir además un resistor de división de tensión conectado en paralelo al resistor de medición y el conmutador. Por ejemplo, el resistor de medición y el conmutador de la unidad 220 de medición de tensión pueden estar conectados respectivamente en paralelo a los resistores de aislamiento del bloque de baterías, y el resistor de división de tensión puede estar conectado en paralelo a uno de los resistores de aislamiento. Además, el resistor de división de tensión puede servir para distribuir la tensión del circuito 210 de medición para ajustar la tensión a un nivel medible.
[0053] La unidad 220 de medición de tensión puede medir la tensión del circuito de medición. Por ejemplo, la unidad 220 de medición de tensión puede ser un sensor del sistema de gestión de baterías conectado al lado de resistor de división de tensión del circuito 210 de medición.
[0054] La unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías basándose en la tensión medida por el medidor 220 de tensión. En este caso, la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías usando al menos un circuito equivalente según un estado de conmutación del conmutador incluido en el circuito 210 de medición. Esto se describirá más adelante con referencia a la figura 4B.
[0055] Además, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral preestablecido (por ejemplo, 100 kΩ), la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede recalcular la resistencia de aislamiento basándose en una cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo. Cuando el circuito 210 de medición se proporciona en sólo un terminal del terminal positivo (+) o el terminal negativo (-) del bloque de baterías como el aparato 200 para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, la precisión puede reducirse para la resistencia de aislamiento menos de un determinado valor debido a la asimetría. Por consiguiente, en el aparato 200 para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, la resistencia de aislamiento se recalcula a través de un método separado para un valor de resistencia de aislamiento calculado menor que un umbral en consideración a esta limitación.
[0056] Específicamente, cuando el valor de resistencia de aislamiento calculado es menor que el umbral preestablecido, la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede recalcular la resistencia de aislamiento calculando una cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías usando la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo. En este caso, la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede calcular la cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías basándose, por ejemplo, en una tabla de OCV-SOC almacenada previamente en la unidad 240 de almacenamiento.
[0057] Además, la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede calcular una corriente de fuga a partir de la cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías, y recalcular la resistencia de aislamiento basándose en la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo y la corriente de fuga.
[0058] Por ejemplo, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que el umbral preestablecido, la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede recalcular la resistencia de aislamiento basándose en una diferencia de tensión entre la tensión en el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías (por ejemplo, el punto en el tiempo cuando se apaga el arranque previo del vehículo) y la tensión en el punto en el tiempo antes de que se inicie el accionamiento del bloque de baterías (por ejemplo, el punto en el tiempo cuando se enciende el arranque del vehículo).
[0059] Además, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que el umbral preestablecido, la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento puede recalcular la resistencia de aislamiento basándose en la diferencia de tensión entre la tensión en el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías y la tensión del bloque de baterías que se activa por el sistema de gestión de baterías después de que haya transcurrido un tiempo preestablecido desde el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías. En este caso, el tiempo preestablecido desde el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías puede medirse a través de un reloj en tiempo real (RTC).
[0060] Tal como se describió anteriormente, puede haber diversos métodos para que la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento recalcule la resistencia de aislamiento cuando la resistencia de aislamiento es menor que
el umbral preestablecido, y un procedimiento a modo de ejemplo de los mismos se describirá en detalle más adelante en la figura 5.
[0061] La unidad 240 de almacenamiento puede almacenar diversos datos tales como datos de tensión medidos por la unidad 220 de medición de tensión, datos de resistencia de aislamiento calculados basándose en los datos de tensión, un cambio en la capacidad del bloque de baterías, y un valor de corriente de fuga, etc. Además, la unidad 240 de almacenamiento puede almacenar la tabla de OCV-SOC. Sin embargo, el aparato 200 para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención no incluye necesariamente la unidad 240 de almacenamiento, y puede estar configurado para incluir una unidad de comunicación (no ilustrada) y transmitir y recibir datos de una base de datos de un servidor externo a través de la unidad de comunicación.
[0062] Mientras tanto, aunque no se ilustra en la figura 2, el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención puede incluir además una unidad de alarma (no ilustrada). La unidad de alarma puede proporcionar una alarma de advertencia al usuario cuando la resistencia de aislamiento calculada por la unidad 230 de cálculo de resistencia de aislamiento está fuera de un intervalo de referencia preestablecido. Por ejemplo, la unidad de alarma puede proporcionar una alarma de advertencia al usuario de diversas maneras, tales como proporcionar una notificación de advertencia como una señal visual a través de una lámpara o generar un sonido o mensaje de notificación de advertencia a través de un altavoz. Por consiguiente, es posible proteger al usuario del riesgo de que se produzca una descarga eléctrica o similar debido al resistor de aislamiento.
[0063] Tal como se describió anteriormente, según el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, el tamaño del sistema de gestión de baterías puede reducirse y los costes pueden reducirse conectando el circuito 210 de medición sólo entre un terminal del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías y el chasis. Además, según el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, incluso si se retira una sección del circuito 210 de medición, puede implementarse un rendimiento sustancialmente equivalente al del circuito de medición existente.
[0064] La figura 3A es un diagrama que ilustra el cálculo de resistencia de aislamiento en un bloque de baterías convencional. Además, la figura 3B es un diagrama que ilustra un circuito equivalente para calcular la resistencia de aislamiento en un bloque de baterías convencional.
[0065] En referencia a la figura 3A, R<p>y R<n>150 indican los resistores de aislamiento del bloque de baterías, R<1>y R<2>indican los resistores de medición y un conmutador 110a del circuito de medición, y R<m1>y R<m2>indican un resistor 110b de división de tensión. Además, se proporciona un terminal 110c de medición de tensión entre los resistores R<m1>y R<m2>. Tal como se ilustra en la figura 3A, convencionalmente, la tensión del bloque de baterías se midió conectando el resistor de medición y el conmutador 110a tanto al terminal positivo (+) como al terminal negativo (-) del bloque de baterías, y conectando secuencialmente R<1>y R<2>controlando alternativamente el encendido/apagado de los conmutadores de ambos terminales.
[0066] Específicamente, en referencia a la figura 3B, se ilustra un circuito equivalente para medir una tensión encendiendo o apagando alternativamente el conmutador en el lado de resistor de medición R<1>y el conmutador en el lado de resistor de medición R<2>de la figura 3A. Como tal, para (a) y (b) de la figura 3B, un valor medido en el terminal 110c de medición de tensión y una fórmula para calcular la resistencia de aislamiento pueden resumirse y expresarse tal como sigue.
[0067] [Ecuación 1]
[0069]
[0071] (donde R<p>y R<n>indican resistencias de aislamiento en el lado positivo (+) y en el lado negativo (-) del bloque de baterías, respectivamente, R<1>y R<2>indican los resistores de medición del circuito de medición, E indica (R<m1>+ R<m>2), C indica una tensión de bloque de baterías, y D indica R<m2>/(R<m1>+ R<m2>), A indica una tensión en el lado de medición de terminal del circuito equivalente (a), y B indica la tensión en el lado de terminal de medición del circuito equivalente (b))
[0072] Resumiendo las ecuaciones 1 y 2, la resistencia de aislamiento puede calcularse tal como sigue.
[0073] [Ecuación 3]
[0075]
[0077] Como tal, según el método de cálculo de resistencia de aislamiento convencional, la resistencia de aislamiento puede calcularse de manera relativamente precisa, pero es inevitable que el tamaño del circuito de medición aumente y el coste sea alto debido al resistor de medición, el conmutador, etc. Por consiguiente, tal como se describe a continuación, en el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, la resistencia de aislamiento puede calcularse omitiendo el resistor de medición y el conmutador proporcionados en un extremo del bloque de baterías.
[0078] La figura 4A es un diagrama que ilustra el cálculo de resistencia de aislamiento del bloque de baterías usando el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención. Además, la figura 4B es un diagrama que ilustra un circuito equivalente para calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías usando el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención.
[0079] En referencia a la figura 4A, de manera similar a la figura 3A, R<p>y R<n>250 indican las resistencias de aislamiento del bloque de baterías, R<1>indica el resistor de medición y un conmutador 210a del circuito de medición, y R<m1>y R<m2>indician un resistor 210b de división de tensión. Se proporciona un terminal 210c de medición entre los resistores R<m1>y R<m2>.
[0080] Tal como se ilustra en la figura 4A, en el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, la tensión del bloque de baterías puede medirse conectando el resistor de medición y el conmutador 210a a sólo un terminal del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías, y controlando el encendido/apagado del conmutador para conectar o desconectar R<1>.
[0081] Específicamente, en referencia a la figura 4B, se ilustra un circuito equivalente para medir una tensión controlando el encendido/apagado del conmutador en el lado de resistor de medición R1 de la figura 4A. Como tal, para (a) y (b) de la figura 4B, el valor medido en el terminal 210c de medición de tensión y la fórmula de cálculo de resistencia de aislamiento pueden resumirse y expresarse tal como sigue.
[0082] [Ecuación 4]
[0084]
[0086] (en donde R<p>y R<n>indican resistencias de aislamiento en el lado positivo (+) y en el lado negativo (-) del bloque de baterías, respectivamente, R<1>y R<2>indican los resistores de medición del circuito de medición, E indica (R<m1>+ R<m>2), C indica una tensión de bloque de baterías, y D indica R<m2>/(R<m1>+ R<m2>), A indica una tensión en el lado de medición de terminal del circuito equivalente (a), y B indica la tensión en el lado de terminal de medición del circuito equivalente (b)).
[0087] Resumiendo las ecuaciones 4 y 5, la resistencia de aislamiento puede calcularse tal como sigue.
[0088] [Ecuación 6]
[0090]
[0091] Como tal, según el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, es posible reducir el tamaño y el coste del sistema de gestión de baterías conectando el circuito de medición sólo entre un terminal del terminal positivo (+) o negativo (-) del bloque de baterías y el chasis. Además, según el método para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, incluso si se retira una sección del circuito de medición, es posible implementar un rendimiento sustancialmente equivalente al del circuito de medición existente.
[0092] Sin embargo, dado que el circuito de medición para uno de los terminales positivo (+) y negativo (+) del bloque de baterías se omite en el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, existe el problema de que la precisión de medición es menor que la del método convencional debido a la asimetría de un circuito. Este problema es principalmente evidente a medida que el valor de resistencia de aislamiento calculado se vuelve más pequeño. Para mejorar la precisión de la medición para una resistencia de aislamiento tan pequeña, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral (por ejemplo, 100 kΩ), la resistencia de aislamiento puede recalcularse midiendo la tensión del bloque de baterías durante un cierto periodo de tiempo y calculando la corriente de fuga. Esto se describirá a continuación.
[0093] La figura 5 es un diagrama que ilustra una tabla de OCV-SOC (gráfico) del bloque de baterías para calcular la resistencia de aislamiento en el aparato para calcular la resistencia de batería según la realización de la presente invención. En la figura 5, el eje x representa el estado de carga (SOC) (%) y el eje y representa la tensión de circuito abierto (OCV) (V).
[0094] En la figura 5, se describirá un caso en el que la resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral preestablecido. Por ejemplo, en el caso de un bloque de baterías montado en un vehículo, se supone que una tensión V<1>del bloque de baterías medida en el punto en el tiempo cuando se apaga el arranque del vehículo es de 500 V, y una tensión V<2>del bloque de baterías medida el punto en el tiempo cuando se enciende de nuevo el arranque del vehículo es de 400 V.
[0095] En este caso, en referencia a la tabla de OCV-SOC ilustrada en la figura 5, puede observarse que una cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías es de 100 Ah para un total de 500 Ah. Además, si el tiempo Δt durante el cual el vehículo está aparcado es de 100 horas, puede observarse que una corriente de fuga i de la batería es de 100 Ah/100 h = 1 A debido a la cantidad de cambio en la capacidad de la batería/cantidad de cambio en el tiempo. De esta manera, cuando se calcula basándose en una cantidad de cambio en la tensión (V<1>- V<2>) del bloque de baterías y la corriente de fuga i, la resistencia de aislamiento puede calcularse como 100 V/1 A = 100 Ω. Mientras tanto, en la figura 5, aunque se calculó la diferencia de tensión de bloque de baterías entre el punto en el tiempo cuando se apagó el arranque del vehículo y el punto en el tiempo cuando se encendió de nuevo el arranque del vehículo, incluso para un caso en el que el vehículo está aparcado antes de encender el arranque del vehículo, la resistencia de aislamiento puede calcularse de la misma manera que se describió anteriormente incluso para el caso en el que el bloque de baterías se activa después de que haya transcurrido un tiempo predeterminado usando el RTC.
[0096] La figura 6 es un diagrama de flujo que ilustra un método para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención.
[0097] En referencia a la figura 6, se mide una tensión conectando en primer lugar un circuito de medición entre un terminal del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías y el chasis (S110). Por ejemplo, el circuito de medición en la etapa S110 puede incluir un resistor de medición y un conmutador, y puede incluir además un resistor de división de tensión.
[0098] Luego, se calcula la resistencia de aislamiento del bloque de baterías basándose en una tensión medida (S120). En este caso, en la etapa S120, la resistencia de aislamiento del bloque de baterías puede calcularse usando al menos un circuito equivalente según un estado de conmutación del conmutador incluido en el circuito de medición. Puesto que esto se ha descrito con referencia a las figuras 4A y 4B, se omitirá una descripción detallada del mismo.
[0099] A continuación, se determina si la resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral preestablecido (por ejemplo, 10 kΩ) (S130). Si la resistencia de aislamiento es igual a o mayor que el umbral (NO), la resistencia de aislamiento calculada se determina como un valor final.
[0100] Por otro lado, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que el umbral preestablecido (SÍ), la resistencia de aislamiento puede recalcularse basándose en una cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo. Específicamente, en primer lugar, se mide la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo (S140). En este caso, como la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo, una cantidad de cambio en la tensión entre el punto en el tiempo cuando se finaliza la operación anterior del bloque de baterías y el punto en el tiempo cuando comienza la siguiente operación, una cantidad de cambio en la tensión entre el punto en el tiempo cuando se finaliza la operación anterior del bloque de
baterías y el punto en el tiempo en el que el bloque de baterías se activa después de un determinado periodo de tiempo desde la finalización de la operación anterior del bloque de baterías, etc.
[0101] Luego, la cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías se calcula basándose en la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo (S150). En este caso, en la etapa S150, la cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías puede calcularse basándose en la tabla de OCV-SOC almacenada previamente.
[0102] Además, la corriente de fuga se calcula basándose en la cantidad calculada de cambio en la capacidad del bloque de baterías (S160). A continuación, la resistencia de aislamiento se recalcula basándose en la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías calculada en la etapa S140 y la corriente de fuga calculada en la etapa S160 (S170).
[0103] Como tal, en el aparato para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, dado que el circuito de medición se proporciona en sólo un terminal del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías, la precisión puede reducirse para la resistencia de aislamiento menos de un determinado valor debido a la asimetría. Por consiguiente, en el método para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, puede recalcularse una resistencia de aislamiento más precisa a través del método ilustrado en las etapas S140 a S170 para el valor de resistencia de aislamiento calculado menor que el valor umbral en consideración de esta limitación.
[0104] Como tal, según el método para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, es posible reducir el tamaño y el coste de un sistema de gestión de baterías conectando un circuito de medición sólo entre un terminal del terminal positivo (+) y el terminal negativo (-) del bloque de baterías y el chasis. Además, según el método para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención, incluso si se retira una sección del circuito de medición, es posible implementar un rendimiento sustancialmente equivalente al del circuito de medición existente.
[0105] La figura 7 es un diagrama de bloques que ilustra una configuración de hardware del aparato para calcular la resistencia de batería según la realización de la presente invención.
[0106] En referencia a la figura 7, un aparato 300 para calcular la resistencia de batería según una realización de la presente invención puede incluir una MCU 310, una memoria 320, una I/F 330 de entrada y salida, y una I/F 340 de comunicación.
[0107] La MCU 310 puede ser un procesador que ejecuta diversos programas (por ejemplo, programa de medición de tensión de batería, programa de cálculo de resistencia de aislamiento de batería, etc.) almacenados en la memoria 320, procesa diversos datos para calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías a través de estos programas, y realiza las funciones de la figura 2 descritas anteriormente.
[0108] La memoria 320 puede almacenar diversos programas relacionados con la medición de tensión de las celdas de batería, el cálculo de resistencia de aislamiento, etc. Además, la memoria 320 puede almacenar diversos datos tales como la tensión medida de la batería, datos de resistencia de aislamiento, cantidad de cambio en la capacidad, valor de corriente de fuga, tabla de OCV-SOC, etc.
[0109] Puede proporcionarse una pluralidad de estas memorias 320 según sea necesario. La memoria 320 puede ser una memoria volátil o una memoria no volátil. Como memoria 320 como memoria volátil, puede usarse una RAM, una DRAM, una SRAM, etc. Como memoria 320 como memoria no volátil, puede usarse una ROM, una PROM, una EAROM, una EPROM, una EEPROM, una memoria flash, etc. Los ejemplos de las memorias 320 enumeradas anteriormente son meramente ejemplos y no se limitan a estos ejemplos.
[0110] La I/F 330 de entrada y salida puede proporcionar una interfaz para transmitir y recibir datos conectando un dispositivo de entrada (no ilustrado) tal como un teclado, un ratón, y un panel táctil, y un dispositivo de salida tal como una pantalla (no ilustrada), y la MCU 310.
[0111] La I/F 340 de comunicación es una configuración capaz de transmitir y recibir diversos datos con un servidor, y puede ser diversos dispositivos capaces de soportar comunicación por cable o inalámbrica. Por ejemplo, un programa o diversos datos para la medición de tensión y el cálculo de resistencia de aislamiento del bloque de baterías pueden transmitirse a y recibirse desde un servidor externo proporcionado por separado a través de la I/F 340 de comunicación.
[0112] Como tal, un programa informático según una realización de la presente invención puede implementarse como un módulo que se graba en una memoria y se procesa por una MCU, por ejemplo, realizando cada bloque funcional ilustrado en la figura 2.
[0113] En la descripción anterior, aunque todos los elementos constituyentes que constituyen una realización de la presente
invención se describen como combinados en uno u funcionando en combinación, la presente invención no se limita necesariamente a la realización. Es decir, siempre que esté dentro del alcance del objeto de la presente invención, todos los elementos constituyentes pueden combinarse y hacerse funcionar selectivamente en uno o más.
[0114] Además, los términos tales como “incluir”, “configurar” o “tener” descritos anteriormente significan que puede incorporarse el elemento constituyente correspondiente a menos que se describa particularmente lo contrario y, por tanto, los términos deben interpretarse como capaces de incluir además otros elementos constituyentes, en lugar de excluir otros elementos constituyentes. Todos los términos usados en el presente documento, incluyendo los términos técnicos o científicos, pueden tener el mismo significado que entiende generalmente un experto habitual en el campo técnico al que pertenece la presente invención, a menos que se defina lo contrario. Los términos usados generalmente, tales como los términos definidos en el diccionario, deben interpretarse como coherentes con el significado del contexto de la tecnología relacionada, y no deben interpretarse como un significado ideal o excesivamente formal a menos que se defina explícitamente en la presente invención.
[0115] La descripción anterior es meramente ilustrativa de la idea técnica de la presente invención, y los expertos habituales en la técnica a la que pertenece la presente invención podrán realizar diversas modificaciones y variaciones en la misma en un intervalo sin desviarse de las características esenciales de la presente invención. Por consiguiente, no se pretende que las realizaciones divulgadas en la presente invención limiten la idea técnica de la presente invención, sino explicar la idea técnica, y el alcance de la idea técnica de la presente invención no está limitado por estas realizaciones. El alcance de protección de la presente invención debe interpretarse mediante las reivindicaciones expuestas a continuación.
Claims (8)
1. REIVINDICACIONES
1. Aparato (200) para calcular la resistencia de batería, comprendiendo el aparato:
un circuito (210) de medición configurado para conectarse entre sólo un terminal de entre un terminal positivo (+) y un terminal negativo (-) de un bloque de baterías y un chasis;
una unidad (220) de medición de tensión configurada para medir una tensión desde el circuito de medición; y
una unidad (230) de cálculo de resistencia de aislamiento configurada para calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías basándose en la tensión medida por la unidad de medición de tensión, caracterizado porque, cuando una resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral preestablecido, la unidad de cálculo de resistencia de aislamiento está configurada para recalcular la resistencia de aislamiento basándose en una corriente de fuga del bloque de baterías y una cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo, y basándose en una diferencia de tensión entre una tensión en el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías y una tensión en el punto en el tiempo antes de que se inicie el accionamiento del bloque de baterías, o basándose en una diferencia de tensión entre una tensión en el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías y una tensión del bloque de baterías que se activa después de que haya transcurrido un tiempo preestablecido desde el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías.
2. Aparato (200) según la reivindicación 1,
en donde el circuito (210) de medición incluye un resistor de medición y un conmutador conectados en serie, y
en donde el resistor de medición y el conmutador están conectados en paralelo a resistores de aislamiento.
3. Aparato (200) según la reivindicación 2,
en donde el circuito (210) de medición incluye además un resistor de división de tensión conectado en paralelo a uno de los resistores de aislamiento del bloque de baterías.
4. Aparato según la reivindicación 1,
en donde, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que el umbral preestablecido, la unidad (230) de cálculo de resistencia de aislamiento recalcula la resistencia de aislamiento calculando una cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías usando la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo.
5. Aparato según la reivindicación 4,
en donde la unidad (230) de cálculo de resistencia de aislamiento calcula una corriente de fuga a partir de la cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías, y recalcula la resistencia de aislamiento basándose en la cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo y la corriente de fuga.
6. Aparato (200) según la reivindicación 4,
en donde la unidad (230) de cálculo de resistencia de aislamiento calcula la cantidad de cambio en la capacidad del bloque de baterías basándose en una tabla de OCV-SOC almacenada previamente.
7. Aparato (200) según la reivindicación 1,
en donde el tiempo preestablecido desde el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías se mide a través de un reloj en tiempo real (RTC).
8. Método para calcular la resistencia de batería, comprendiendo el método:
medir una tensión conectando un circuito de medición entre sólo un terminal de entre un terminal positivo (+) y un terminal negativo (-) de un bloque de baterías y un chasis; y
calcular la resistencia de aislamiento del bloque de baterías basándose en la tensión medida,
caracterizado porque, en el cálculo de resistencia de aislamiento del bloque de baterías, cuando la resistencia de aislamiento calculada es menor que un umbral preestablecido, la resistencia de aislamiento se recalcula basándose en una corriente de fuga del bloque de baterías y una cantidad de cambio en la tensión del bloque de baterías a lo largo del tiempo, y basándose en una diferencia de tensión entre una tensión en el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías y una tensión en el punto en el tiempo antes de que se inicie el accionamiento del bloque de baterías, o basándose en una diferencia de tensión entre una tensión en el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías y una tensión del bloque de baterías que se activa después de que haya transcurrido un tiempo preestablecido desde el punto en el tiempo cuando se finaliza el accionamiento previo del bloque de baterías.
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